CN209985403U - 连续光化学反应装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种连续光化学反应装置及系统。该连续光化学反应装置包括反应单元，反应单元包括：透明盘管反应器；透明支架，透明盘管反应器螺旋盘绕在透明支架上；内光源，内光源沿透明盘管反应器的盘绕延伸方向延伸，透明盘管反应器环绕内光源设置；外光源，外光源为面光源且设置在透明盘管反应器的外部。透明盘管反应器内径相对于传统的釜式反应器大大减小，因此光源的利用率较高，进而提高光化学反应效率，缩短光化学反应时间；单位时间内参与反应的气态物料的量大大减少，安全风险得到极大地降低，易于实现放大生产。采用透明支架对透明盘管反应器进行单独支撑，有利于透明盘管反应器、内光源和外光源之间的数量和位置的灵活设置。

Description

连续光化学反应装置及系统

技术领域

本实用新型涉及光化学反应技术领域，具体而言，涉及一种连续光化学反应装置及系统。

背景技术

目前现有光化学反应技术大多采用釜式反应器，由于乙烯、乙炔、氢气等气体极易燃烧爆炸，对设备要求较高，在传统釜式反应中进行光化学反应存在极大的安全风险，不适于工业化大生产。

而且，传统釜式光化学工艺反应时间长，因为灯源单位发光面积的光照效率被大大减弱，反应完成往往需要十几个小时甚至几天，生产效率较低。

另外，传统光化学反应器大多使用发光波段范围较广的汞灯或疝气灯等，再配合滤波装置进行光化学反应，这种方式不仅结构复杂，且大大浪费了灯源的发光效率；同时由于产热量高，对设备散热能力要求高，同等电功率条件下较LED灯源普遍光强较低；且由于自身灯源的缺陷使用寿命也较短，造成光化学反应设备投资和设备运行费用的升高。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种连续光化学反应装置及系统，以解决现有技术中的光化学反应设备在用于气体反应时安全性低且不易工业化应用的问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种连续光化学反应装置，包括反应单元，反应单元包括：透明盘管反应器；透明支架，透明盘管反应器螺旋盘绕在透明支架上；内光源，内光源沿透明盘管反应器的盘绕延伸方向延伸，透明盘管反应器环绕内光源设置；外光源，外光源为面光源且设置在透明盘管反应器的外部。

进一步地，上述透明盘管反应器在与内光源的延伸方向垂直的平面上的投影为环形结构，环形结构包括两个相对且平行的直线段和两个曲线段，曲线段与直线段交替连接，环形结构的各直线段对应的透明盘管反应器一侧为平面侧。

进一步地，上述外光源包括两个平面光源，各平面侧均设置有一个平面光源，且平面光源与平面侧平行设置。

进一步地，上述平面光源的面积与平面侧的平面面积相等。

进一步地，上述透明支架有多个，平面侧的透明支架等间距设置。

进一步地，上述透明支架为中空支架。

进一步地，上述中空支架与冷源连通。

进一步地，上述透明盘管反应器为FEP管式反应器或石英管式反应器。

进一步地，上述内光源和外光源为UVLED光源。

进一步地，上述连续光化学反应装置还包括控温装置，反应单元设置在控温装置中，优选控温装置为空冷装置。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种连续光化学反应系统，包括：供料装置；一个或多个并联的上述任一种的连续光化学反应装置；

产物接收装置，供料装置、连续光化学反应装置的透明盘管反应器与产物接收装置依次连通。

进一步地，上述供料装置包括：气体原料供应器；液体原料供应器；气液混合器，与气体原料供应器和液体原料供应器连通，且气液混合器的出口与透明盘管反应器连通。

进一步地，上述气体原料供应器与气液混合器之间的管路上设置有气体流量控制器，液体原料供应器与气液混合器之间的管路上设置有液体泵，连续光化学反应系统还包括PLC控制装置，PLC控制装置与气体流量控制器、液体泵和连续光化学反.应装置的内光源与外光源电连接。

应用本实用新型的技术方案，连续光化学反应装置的反应器为透明盘管反应器，因此其内径相对于传统的釜式反应器大大减小，因此在其中的反应物能够得到充分的光照，光源的利用率较高，进而可以提高光化学反应效率，缩短光化学反应时间；另外，由于单位时间内参与反应的气态物料的量大大减少，安全风险得到极大地降低；而且反应规模可不受反应器大小限制，比如将多个连续光化学反应装置进行并联同时进行反应，进而易于实现放大生产。同时，由于采用透明支架对透明盘管反应器进行单独支撑，因此有利于透明盘管反应器、内光源和外光源之间的数量和位置的灵活设置，且透明盘管反应器进行放大设计时不会受到内光源的限制，因此可以满足更多种连续光化学反应装置的需要。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型的一种实施例提供的连续光化学反应装置侧视图；

图2示出了图1所示的连续光化学反应装置的俯视图；以及

图3示出了根据本实用新型一种实施例提供的连续光化学反应系统结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

11、透明盘管反应器；12、透明支架；13、内光源；14、外光源；

01、供料装置；011、气体原料供应器；012、液体原料供应器；013、气液混合器；014、气体流量控制器；015、液体泵；02、连续光化学反应装置；03、产物接收装置；04、PLC控制装置。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如本申请背景技术所分析的，现有技术的传统釜式反应中进行光化学反应存在极大的安全风险，不适于工业化大生产。为了解决该问题，本申请提供了一种连续光化学反应装置及系统。

在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种连续光化学反应装置，如图1和2所示，该连续光化学反应装置包括反应单元，反应单元包括透明盘管反应器11、透明支架12、内光源13和外光源14，透明盘管反应器11螺旋盘绕在透明支架12上；内光源13沿透明盘管反应器11的盘绕延伸方向延伸，透明盘管反应器11环绕内光源13设置；外光源14为面光源且设置在透明盘管反应器11的外部。

本申请的连续光化学反应装置的反应器为透明盘管反应器11，因此其内径相对于传统的釜式反应器大大减小，因此在其中的反应物能够得到充分的光照，光源的利用率较高，进而可以提高光化学反应效率，缩短光化学反应时间；另外，由于单位时间内参与反应的气态物料的量大大减少，安全风险得到极大地降低；而且反应规模可不受反应器大小限制，比如将多个连续光化学反应装置进行并联同时进行反应，进而易于实现放大生产。同时，由于采用透明支架12对透明盘管反应器11进行单独支撑，因此有利于透明盘管反应器11、内光源13 和外光源14之间的数量和位置的灵活设置，且透明盘管反应器11进行放大设计时不会受到内光源13的限制，因此可以满足更多种连续光化学反应装置的需要。

本申请的透明盘管反应器11可以为常规的圆形螺旋盘管反应器，为了提高散热效率，优选如图2所示，上述透明盘管反应器11在与内光源13的延伸方向垂直的平面上的投影为环形结构，环形结构包括两个相对且平行的直线段和两个曲线段，曲线段与直线段交替连接，环形结构的各直线段对应的透明盘管反应器11一侧为平面侧。通过设置直线段和曲线段，使得透明盘管反应器11的盘管相对分散，有利于热量发散。

为了进一步提高透明盘管反应器11内物料的反应效率，优选如图1和2所示，上述外光源14包括两个平面光源，各平面侧均设置有一个平面光源，且平面光源与平面侧平行设置，优选平面光源的面积与平面侧的平面面积相等。利用平面光源对透明盘管反应器11的平面侧内物料进行辐照，使其中物料能够均匀地接受更多光能，进而提高了物料的反应效率。上述内光源13也可以设置为多个，即根据反应需求可以增减内光源个数；反应需要的光强越强/ 密，内光源越多；多个内光源需要分布尽可能均匀，以尽可能保证透明盘管反应器相对位置照射的光强相同。

本申请的上述透明支架12主要是为了支撑透明盘管反应器11，使其相对于内光源13和外光源14相对固定，为了提高透明盘管反应器11的稳定性，如图1和2所示，优选上述透明支架12有多个，平面侧的透明支架12等间距设置。另外为了进一步提高透光率，优选透明支架12为中空支架，同时由于透明支架12中空设置，可以将该中空部分与冷源进行连接，从而使透明支架12实现换热效果，提高反应热的散发效率。利用透明支架12中空设置，可以将其作为控温装置，避免了在灯源和盘管之间设置冷却夹套，进而避免了冷却夹套造成灯源光强减弱。

为了提高透明盘管反应器11的透光性，优选上述透明盘管反应器11为FEP(全氟乙烯丙烯共聚物)管式反应器或石英管式反应器。上述FEP管式反应器或石英管式反应器，结构更具轻量化性能，透光性能高，且可耐高温及较高的压力。

优选地，上述内光源13和外光源14可以是中压汞灯、高压汞灯，优选为UVLED光源。上述UVLED光源发光效率高、产热量低、寿命长。

在本申请一种实施例中，上述连续光化学反应装置还包括控温装置，反应单元设置在控温装置中，优选控温装置为空冷装置。利用所设置的控温装置对透明盘管反应器11的温度进行调控，提高了其内部反应的稳定性和反应效率。

在本申请另一种典型的实施方式中，提供了一种连续光化学反应系统，如图3所示，该连续光化学反应系统包括供料装置01、一个或多个并联的上述任一种的连续光化学反应装置 02和产物接收装置03，供料装置01、连续光化学反应装置02的透明盘管反应器11与产物接收装置03依次连通。

由于本申请的连续光化学反应装置02的反应器为透明盘管反应器11，因此其内径相对于传统的釜式反应器大大减小，在其中的反应物能够得到充分的光照，光源的利用率较高，进而可以提高光化学反应效率，缩短光化学反应时间；另外，利用供料装置01持续供料，产物接收装置03持续接收反应产物，因此在连续反应的状态下单位时间内参与反应的气态物料的量大大减少，安全风险得到极大地降低；而且反应规模可不受反应器大小限制，比如将多个连续光化学反应装置02进行并联同时进行反应，进而易于实现放大生产。同时，由于采用透明支架12对透明盘管反应器11进行单独支撑，因此有利于透明盘管反应器11、内光源13和外光源14之间的数量和位置的灵活设置，满足更多种连续光化学反应装置02的需要。

在本申请一种实施例中，上述供料装置01包括气体原料供应器011、液体原料供应器012 和气液混合器013，气液混合器013与气体原料供应器011和液体原料供应器012连通，且气液混合器013的出口与透明盘管反应器11连通。气液混合器013使气体原料供应器011提供的反应气体和液体原料供应器012提供的反应液均匀混合，有效保证了反应条件的稳定性。

为了进一步提高反应条件的控制的精确性，优选如图3所示，上述气体原料供应器011 与气液混合器013之间的管路上设置有气体流量控制器014，液体原料供应器012与气液混合器013之间的管路上设置有液体泵015，连续光化学反应系统还包括PLC控制装置04，PLC 控制装置04与气体流量控制器014、液体泵015和连续光化学反应装置02的内光源13与外光源14电连接。PLC控制装置04与气体流量控制器014、液体泵015和连续光化学反应装置02的内光源13与外光源14电连接，利用PLC控制装置04利用气体流量控制器014实时调整气体原料的流速同时利用液体泵015实时调整液体原料的流速，并且根据气体原料和液体原料的比例对内光源13和外光源14的光照强度进行调整，通过对上述反应条件的控制保证反应的稳定性。

以下将结合实施例和对比例进一步说明本申请的有益效果。

实施例1

室温下，将化合物A

溶解于溶剂乙腈中搅拌澄清后，用液体泵015以10mL/min的速度，同时通过气体流量控制器014将丙烯烯气体以200mL/min的速度同时打入到气液混合器013(体积为200mL)中，出气液混合器013后接入FEP材质的透明盘管反应器11(如图 1所示)接受光照反应，透明盘管反应器11的管内径为4mm，直线段长度为30cm，曲线段为弧形，其半径为5cm，透明盘管反应器的总长度为16m，其中内光源13为一个圆柱形 UVLED，功率在100～500W之间调节，外光源14为两个平板式UVLED，各自的面积与透明盘管反应器的平面侧面积相等，功率在100～500W之间调节，控制透明盘管反应器11内物料温度在30～60℃，出口取样采用IPC-GC分析，产品纯度为98％，流出的体系于真空下浓缩脱除溶剂得到产品收率90％。

实施例2

室温下，将化合物A

溶解于溶剂乙腈中搅拌澄清后，用液体泵015以10mL/min的速度，同时通过气体流量控制器014将苯乙烯(二苯乙烯)液体以200mL/min的速度同时打入到液液混合器013(体积为200mL)中，出气液混合器013后接入FEP材质的透明盘管反应器11(如图1所示)接受光照反应，透明盘管反应器11的管内径为4mm，直线段长度为 30cm，曲线段为弧形，其半径为5，透明盘管反应器的总长度为16m，其中内光源13为三个等间距排布的圆柱形UVLED，功率在100～500W之间调节，外光源14为两个平板式UVLED，各自的面积与透明盘管反应器的平面侧面积相等，功率在100～500W之间调节，控制透明盘管反应器11内物料温度在30～60℃，出口取样采用IPC-GC分析，产品纯度为97％，流出的体系于真空下浓缩脱除溶剂得到产品收率90％。

对比例1

与实施例1不同之处在于透明盘管反应器的形状为圆形螺旋，盘管的半径为6cm，透明盘管反应器的总长度为16m且固定在圆柱形的内光源上，内光源为圆柱形UVLED，，功率在 100～500W之间调节，不设置外光源，出口取样采用IPC-GC分析，产品纯度为95％，流出的体系于真空下浓缩脱除溶剂得到产品收率82％。

对比例2

与实施例1不同之处在于透明盘管反应器的形状为圆形螺旋，盘管的半径为6cm，透明盘管反应器的总长度为16m，且固定在圆柱形的内光源上，内光源为冷阱包裹的圆柱形UVLED，功率在100～500W之间调节，不设置外光源，出口取样采用IPC-GC分析，产品纯度为91％，流出的体系于真空下浓缩脱除溶剂得到产品收率79％。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：

本申请的连续光化学反应装置的反应器为透明盘管反应器，因此其内径相对于传统的釜式反应器大大减小，因此在其中的反应物能够得到充分的光照，光源的利用率较高，进而可以提高光化学反应效率，缩短光化学反应时间；另外，由于单位时间内参与反应的气态物料的量大大减少，安全风险得到极大地降低；而且反应规模可不受反应器大小限制，比如将多个连续光化学反应装置进行并联同时进行反应，进而易于实现放大生产。同时，由于采用透明支架对透明盘管反应器进行单独支撑，因此有利于透明盘管反应器、内光源和外光源之间的数量和位置的灵活设置，且透明盘管反应器进行放大设计时不会受到内光源的限制，因此可以满足更多种连续光化学反应装置的需要。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种连续光化学反应装置，其特征在于，包括反应单元，所述反应单元包括：

透明盘管反应器(11)；

透明支架(12)，所述透明盘管反应器(11)螺旋盘绕在所述透明支架(12)上；

内光源(13)，所述内光源(13)沿所述透明盘管反应器(11)的盘绕延伸方向延伸，所述透明盘管反应器(11)环绕所述内光源(13)设置；

外光源(14)，所述外光源(14)为面光源且设置在所述透明盘管反应器(11)的外部。

2.根据权利要求1所述的连续光化学反应装置，其特征在于，所述透明盘管反应器(11)在与所述内光源(13)的延伸方向垂直的平面上的投影为环形结构，所述环形结构包括两个相对且平行的直线段和两个曲线段，所述曲线段与所述直线段交替连接，所述环形结构的各直线段对应的透明盘管反应器(11)一侧为平面侧。

3.根据权利要求2所述的连续光化学反应装置，其特征在于，所述外光源(14)包括两个平面光源，各所述平面侧均设置有一个所述平面光源，且所述平面光源与所述平面侧平行设置。

4.根据权利要求3所述的连续光化学反应装置，其特征在于，所述平面光源的面积与所述平面侧的平面面积相等。

5.根据权利要求2所述的连续光化学反应装置，其特征在于，所述透明支架(12)有多个，所述平面侧的所述透明支架(12)等间距设置。

6.根据权利要求5所述的连续光化学反应装置，其特征在于，所述透明支架(12)为中空支架。

7.根据权利要求6所述的连续光化学反应装置，其特征在于，所述中空支架与冷源连通。

8.根据权利要求1所述的连续光化学反应装置，其特征在于，所述透明盘管反应器(11)为FEP管式反应器或石英管式反应器。

9.根据权利要求1所述的连续光化学反应装置，其特征在于，所述内光源(13)和所述外光源(14)为UVLED光源。

10.根据权利要求1所述的连续光化学反应装置，其特征在于，所述连续光化学反应装置还包括控温装置，所述反应单元设置在所述控温装置中。

11.一种连续光化学反应系统，其特征在于，包括：

供料装置(01)；

一个或多个并联的权利要求1至10中任一项所述的连续光化学反应装置(02)；

产物接收装置(03)，所述供料装置(01)、所述连续光化学反应装置(02)的透明盘管反应器(11)与所述产物接收装置(03)依次连通。

12.根据权利要求11所述的连续光化学反应系统，其特征在于，所述供料装置(01)包括：

气体原料供应器(011)；

液体原料供应器(012)；

气液混合器(013)，与所述气体原料供应器(011)和所述液体原料供应器(012)连通，且所述气液混合器(013)的出口与所述透明盘管反应器(11)连通。

13.根据权利要求12所述的连续光化学反应系统，其特征在于，所述气体原料供应器(011)与所述气液混合器(013)之间的管路上设置有气体流量控制器(014)，所述液体原料供应器(012)与所述气液混合器(013)之间的管路上设置有液体泵(015)，所述连续光化学反应系统还包括PLC控制装置(04)，所述PLC控制装置(04)与所述气体流量控制器(014)、所述液体泵(015)和所述连续光化学反应装置(02)的内光源(13)与外光源(14)电连接。

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