CN218339769U - 一种降膜光化学反应器 - Google Patents

Abstract

本专利申请公开了一种降膜光化学反应器，包括：灯源和灯源层，所述灯源安装于灯源层内；反应层，所述反应层下部设有出料口；预反应层，所述预反应层下部设有进料口；灯源层、反应层和预反应层从内到外同轴心依次套设，且反应层与灯源层之间形成密闭的反应空间，预反应层与反应层之间形成密闭的预反应空间，所述反应层上端位于预反应空间内，且反应层上端形成原料的环形溢流通道。本实用新型单位时间内进行光化学反应的原料量少，因此能够提高反应速率，缩短光照时间，光化学反应产生的副反应少，原料基本不氧化、不降解。

Description

一种降膜光化学反应器

技术领域

本实用新型涉及光化学反应设备，具体涉及一种降膜光化学反应器。

背景技术

光催化有机合成反应是最近越来越热门的研究领域之一,其原理是利用物质对光吸收的选择性，使光作用于相关有机分子或者光催化剂，从而产生光化反应。

目前国内外的光化学反应装置主要有间歇式和连续式两种反应器,间歇式光化学反应器按批量进行光化学反应的光化学反应器，需要装卸料、清洗等工序，产品质量不易稳定，而且现有的两种光化学反应器单位时间内进行光化学反应的原料量大，需要照射较长时间才能促使反应进行，原料由于长时间紫外照射，经常会产生副反应，其中一部分自由基会相互结合生成副产物，另一部分自由基会与空气中的氧气发生反应使原料被氧化，还有一部分会由于持续光照而分解为更细小的分子和自由基。

为了解决上述光化反应器存在的问题，特别是由于紫外光照射过程过长而引起的物料氧化、分解和生成其他副产物等相关问题，需要一种能够支持连续光化反应、减少副产物的光化学反应器。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种降膜光化学反应器，能够支持连续光化反应且减少副反应、原料的氧化反应和降解。

本实用新型所采用的技术方案如下：一种降膜光化学反应器，包括：

灯源和灯源层，所述灯源安装于灯源层内；

反应层，所述反应层下部设有出料口；

预反应层，所述预反应层下部设有进料口；

灯源层、反应层和预反应层从内到外同轴心依次套设，且反应层与灯源层之间形成密闭的反应空间，预反应层与反应层之间形成密闭的预反应空间，所述反应层上端位于预反应空间内，且反应层上端形成原料的环形溢流通道。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：原料由进料口进入预反应空间进行预反应，待原料充满预反应空间便从反应层上端的环形溢流通道溢流至反应空间中，然后成膜状从反应层上端流至反应层底部，并从出料口出料，原料从反应空间中通过的过程中，原料成膜进行光化学反应，单位时间内进行光化学反应的原料量少，因此能够提高反应速率，缩短光照时间，减少光化学反应产生的副反应，且原料基本不氧化、不降解。

作为本实用新型优选的实施方式，设有打料泵和原料储存罐，所述原料储存罐与进料口通过管道连接，所述打料泵安装于原料储存罐与进料口之间的管道上。打料泵将原料从原料储存罐泵入预反应空间中，同时可以调节原料的流速，调节原料通过反应空间的时间和单位时间内原料的量，从而提高原料的光化学反应速率，减少副反应、原料的氧化反应和降解反应的发生。

作为本实用新型优选的实施方式，所述预反应层的底部，反应层的外部套设有反应液冷凝层，所述反应液冷凝层与反应层之间形成密闭的反应液冷凝空间，所述反应液冷凝层下部设有反应冷却液进口，上部设有反应冷却液出口。反应冷却液从反应冷却液进口进入反应液冷凝空间，并从反应冷却液出口流出；反应冷却液在反应液冷凝空间流过，可以调控位于反应液冷凝空间内的反应空间的温度，为原料的光化学反应提供稳定的温度环境，提高降膜光化学反应器的泛用性。

作为本实用新型优选的实施方式，所述灯源为汞灯、氙灯或锑灯。所述汞灯、氙灯和锑灯都是高能量灯源，高能量灯源可以缩短原料反应需要的时间，从而减少副反应和原料的氧化反应及降解反应的发生。

作为本实用新型优选的实施方式，所述灯源层和反应层之间设有灯源冷凝层，所述灯源冷凝层与灯源层之间形成密闭的灯源冷凝空间，所述反应空间为反应层与灯源冷凝层之间的密闭空腔，所述灯源冷凝层上部设有灯源冷却液出口，下部设有灯源冷却液进口。所述灯源冷凝空间可以使用换热介质稳定位于灯源冷凝空间内的灯源层和灯源环境的温度，保护灯源，避免灯源过热。

作为本实用新型优选的实施方式，所述灯源层、反应层、预反应层、反应液冷凝层和灯源冷凝层均为石英玻璃或高硼硅玻璃。在保证良好的透光性同时具有良好的耐腐蚀性。

作为本实用新型优选的实施方式，设有产物收集罐，所述产物收集罐通过管道与出料口连接。产物收集罐可以储存光化学反应的产物，无需中断反应收集产物。

附图说明

图1是本实用新型一种降膜光化学反应器总体结构示意图；

图2是本实用新型一种降膜光化学反应器实施例1的结构示意图；

图3是本实用新型一种降膜光化学反应器实施例2的结构示意图；

图4是本实用新型一种降膜光化学反应器实施例3的结构示意图。

说明书附图中的附图标记包括：灯源1、灯源层2、灯源冷凝层3、灯源冷却液出口301、灯源冷却液进口302、灯源冷凝空间303 、反应层4、出料口401、反应空间402、环形溢流通道403、预反应层5、进料口501、预反应空间502、打料泵6、原料储存罐7、反应液冷凝层8、反应冷却液进口801、反应冷却液出口802、反应液冷凝空间803、产物收集罐9。

具体实施方式

体现本实用新型特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中具体叙述。应理解的是本实用新型能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本实用新型。

实施例1

本实施例基本如图2所示：一种降膜光化学反应器，包括：

灯源1和灯源层2，灯源1安装于灯源层2内。本实施例中，灯源1上设有外螺纹，灯源层2上设有内螺纹，灯源1通过螺纹固定于灯源层2上；灯源1为汞灯，高能量的汞灯可以缩短原料反应需要的时间，从而减少副反应和原料的氧化反应及降解。在另一些实施例中，所述灯源1还可以是钨灯和其他的常用或非常用的高能量灯源；所述灯源1还可以通过卡合等方式固定于灯源层2上。

反应层4，所述反应层4底部设有出料口401；

预反应层5，所述预反应层5下部设有进料口501；灯源层2、反应层4和预反应层5从内到外同轴心依次套设，为套管结构；反应层4与灯源层2之间形成密闭的反应空间402，预反应层5与反应层4之间也形成密闭的预反应空间502，所述反应层4上端位于预反应空间502内，且反应层4上端形成原料的环形溢流通道403；同时设有打料泵6和原料储存罐7，所述原料储存罐7与进料口501通过管道连接，所述打料泵6安装于原料储存罐7与进料口501之间的管道上。

本实施例中的打料泵6将原料从原料储存罐7泵至进料口501，同时调节原料的流速，原料由进料口501进入预反应空间502进行预反应，待原料充满预反应空间502便从反应层4上端的环形溢流通道403溢流至反应空间402中，然后成膜状从反应层4上端流至反应层4底部，最后，在反应空间402中完成光化学反应的产物流至反应层4底部从出料口401流入产物收集罐9。所述灯源层2、反应层4、预反应层5、反应液冷凝层8和灯源冷凝层3均为石英玻璃或高硼硅玻璃，并通过焊接固定，在保证良好的透光性同时具有良好的耐腐蚀性。在另外一些实施例中，可以根据降膜光化学反应器使用需求选择合适的透明材料，且各层间可通过螺纹，卡盘等方式进行固定。

具体实施过程

实施例1的降膜光化学反应器在使用时，将汞灯通过螺纹连接安装于灯源层2内；原料从原料储存罐7中被泵出，经过打料泵6调整流速，从进料口501进入预反应空间502,使用时，先将选定的换热介质分别通入灯源冷凝空间303和反应液冷凝空间803中，然后打开灯源1，再通入反应液，待预反应空间502被充满，原料便从预反应层5上部通过环形溢流通道403溢流至反应空间402，并成膜状从反应层4上端流下，至反应层4底部的出料口401流出到产物收集罐9中，原料在通过反应空间402的过程中进行光化学反应。本实施例的降膜光化学反应器通过使用高能量灯源和控制原料流速的方法，实现减少单位时间进行反应的原料量和缩短原料反应时间的功能，从而减少副反应和原料的氧化反应及降解反应的产生，从而减少光化学反应的副产物。

实施例2

如图3所示，本实施例与实施例1的区别之处在于：所述预反应层5的底部，反应层4的外部套设有反应液冷凝层8，所述反应液冷凝层8与反应层4之间形成密闭的反应液冷凝空间803，所述反应液冷凝层8下部设有反应冷却液进口801，上部设有反应冷却液出口802。本实施例中，所述反应液冷凝层8使用乙醇作为换热介质，低温的乙醇由反应冷却液进口801进入反应液冷凝空间803，并从反应冷却液出口802流出，可以有效调控反应空间402中原料的温度环境。在另一些实施例中，所述反应冷却液可以使用纯化水、乙二醇、硅油等常用的换热介质和其他非常用的换热介质。

实施例3

如图4所示，本实施例与实施例1的区别之处在于：所述灯源层2和反应层4之间设有灯源冷凝层3，所述灯源冷凝层3与灯源层2之间形成密闭的灯源冷凝空间303，所述反应空间402为反应层4与灯源冷凝层3之间的密闭空腔，所述灯源冷凝层3上部设有灯源冷却液出口301，下部设有灯源冷却液进口302。本实施例中，所述灯源冷凝层3使用乙二醇作为换热介质，低温的乙二醇由灯源冷却液进口302进入灯源冷凝空间303，并从灯源冷却液出口301流出，灯源冷却液在流动过程中带走灯源1与灯源层2的热量，保护灯源1，避免灯源1过热。在另一些实施例中，所述灯源冷却液可以为纯化水、乙二醇、硅油等常用的换热介质和其他非常用的换热介质。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围。例如，所述灯源层2、反应层4、预反应层5、反应液冷凝层8和灯源冷凝层3除了石英玻璃或高硼硅玻璃，其他根据特定的光化学反应选择的专用材料也属于本实用新型的保护范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种降膜光化学反应器，其特征在于，包括：

灯源和灯源层，所述灯源安装于灯源层内；

反应层，所述反应层下部设有出料口；

预反应层，所述预反应层下部设有进料口；

灯源层、反应层和预反应层从内到外同轴心依次套设，且反应层与灯源层之间形成密闭的反应空间，预反应层与反应层之间形成密闭的预反应空间，所述反应层上端位于预反应空间内，且反应层上端形成原料的环形溢流通道。

2.根据权利要求1所述的一种降膜光化学反应器，其特征在于：设有打料泵和原料储存罐，所述原料储存罐与进料口通过管道连接，所述打料泵安装于原料储存罐与进料口之间的管道上。

3.根据权利要求1所述的一种降膜光化学反应器，其特征在于：所述预反应层的底部，反应层的外部套设有反应液冷凝层，所述反应液冷凝层与反应层之间形成密闭的反应液冷凝空间，所述反应液冷凝层下部设有反应冷却液进口，上部设有反应冷却液出口。

4.根据权利要求1所述的一种降膜光化学反应器，其特征在于：所述灯源为汞灯、氙灯或锑灯。

5.根据权利要求4所述的一种降膜光化学反应器，其特征在于：所述灯源层和反应层之间设有灯源冷凝层，所述灯源冷凝层与灯源层之间形成密闭的灯源冷凝空间，所述反应空间为反应层与灯源冷凝层之间的密闭空腔，所述灯源冷凝层上部设有灯源冷却液出口，下部设有灯源冷却液进口。

6.根据权利要求1或3或5所述的一种降膜光化学反应器，其特征在于：所述灯源层、反应层、预反应层、反应液冷凝层和灯源冷凝层均为石英玻璃或高硼硅玻璃。

7.根据权利要求1所述的一种降膜光化学反应器，其特征在于：设有产物收集罐，所述产物收集罐通过管道与出料口连接。

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