一种微通道光化学反应装置的制作方法

1.本实用新型涉及化学反应装置技术领域，尤其涉及一种微通道光化学反应装置。

背景技术：

2.光化学反应是以光作为反应的引发因素或促进因素的一类化学反应。在相关技术中，一般采用对釜式反应器施加光照的方式，而釜式反应器的光照效率比较低，尤其是在对反应进行逐级放大的时候，釜式反应器面积的增加正比于其特征尺寸的二次方，而反应器体积的增加正比于其特征尺寸的三次方，故光照效率会进一步降低。
3.针对上述提到的相关技术，其存在以下缺陷：
4.以釜式反应器进行光化学反应，在放大的过程中，由于本就不高的光照效率会进一步降低，会出现明显的放大效应，从而限制光化学反应的工业级放大生产。

技术实现要素：

5.本实用新型的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供了一种简化光化学反应，并实现光化学反应的放大生产的微通道光化学反应装置。
6.为了实现上述的目的，本实用新型的微通道光化学反应装置如下：
7.该微通道光化学反应装置，其主要特点是，包括反应模块、存贮模块及温控模块；
8.所述反应模块包括用于进行光化学反应的微通道反应管、光化学反应器及光照组件，所述微通道反应管螺旋状地盘绕于所述光化学反应器内，所述光照组件对所述微通道反应管进行照射；
9.所述存贮模块与所述微通道反应管相连接；
10.所述温控模块与所述光化学反应器相连接，用于对所述光化学反应器内的循环液的温度进行控制。
11.该微通道光化学反应装置，其中，所述光化学反应器呈中空的筒状结构，筒状结构的所述光化学反应器包括反应器外壁、反应器内壁、法兰和法兰螺栓；
12.所述反应器内壁嵌套在所述反应器外壁内，所述反应器内壁与所述反应器外壁之间形成夹层，所述法兰通过法兰螺栓连接固定所述反应器内壁和所述反应器外壁，且所述法兰设于所述夹层的顶端；
13.所述微通道反应管设于所述夹层内，且所述微通道反应管螺旋状地盘绕于所述反应器内壁外侧，并且所述微通道反应管中的微通道反应管入口和微通道反应管出口均穿过所述法兰与所述存贮模块相连接。
14.该微通道光化学反应装置，其中，所述循环液设于所述夹层内；
15.所述温控模块包括用于控制所述循环液的温度的温度控制器、循环液输入管道和循环液输出管道；
16.所述温度控制器通过所述循环液输入管道与所述法兰上的循环液输入管入口相连接，所述温度控制器通过所述循环液输出管道与所述法兰上的循环液输出管出口相连
接。
17.该微通道光化学反应装置，其中，所述反应器外壁、所述反应器内壁及所述法兰均由透光材质构成；
18.所述光照组件包括反应器外侧光源和/或反应器内侧光源，所述反应器外侧光源设于所述反应器外壁的外侧，所述反应器内侧光源设于所述反应器内壁的内侧。
19.该微通道光化学反应装置，其中，所述反应器外侧光源和所述反应器内侧光源均由led灯带、led灯板和高压汞灯中的至少一个光源构成。
20.该微通道光化学反应装置，其中，所述透光材质由玻璃、石英及机玻璃中的至少一种材料构成。
21.该微通道光化学反应装置，其中，所述微通道光化学反应装置还包括输送模块，所述输送模块包括用于输送反应原料的计量进料泵和输送管道组件，其中，所述输送管道组件包括计量进料泵进料管、计量进料泵出料管及产物反应液出料管；
22.所述存贮模块包括用于存放所述反应原料的原料罐和用于存放产物反应液的收集罐；
23.所述原料罐通过所述计量进料泵进料管与所述计量进料泵相连接，所述计量进料泵通过计量进料泵出料管与所述微通道反应管中的微通道反应管入口相连接；
24.所述收集罐通过所述产物反应液出料管与所述微通道反应管中的微通道反应管出口相连接。
25.该微通道光化学反应装置，其中，所述微通道光化学反应装置还包括流量监测模块，所述流量监测模块用于监测所述原料罐内流出的所述反应原料的量，所述流量监测模块通过通讯线路与所述计量进料泵相连接。
26.该微通道光化学反应装置，其中，所述流量监测模块由重量监测组件或流量检测组件构成。
27.该微通道光化学反应装置，其中，所述微通道反应管由具有透光性的材料制成。
28.本实用新型的微通道光化学反应装置的有益效果：
29.该微通道光化学反应装置可将物料贮存、原料输送、光化学反应和控温功能集成一体，有效实现物料的准确稳定进料、体系温度的精准控制以及光化学反应的高效稳定运行，自动化程度高，操作简单，使用效率高；且由于微通道反应管螺旋状地盘绕于所述光化学反应器内，并通过所述光照组件对所述微通道反应管进行照射，故可使得微通道反应管的光照效率高、传质传热快，使反应效果更好；同时，将光化学反应的传统釜式工艺改为连续化运行的连续流工艺，使原本放大困难的光化学反应，可以进行工业级放大生产。该微通道光化学反应装置具备光化学反应效果更好，设备成本和能耗更低的特点。
附图说明
30.以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。
31.图1是一实施例中本实用新型的微通道光化学反应装置的结构示意图。
32.附图标记
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原料罐
[0034]2ꢀꢀꢀꢀꢀ
重量监测装置
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计量进料泵进料管
[0036]4ꢀꢀꢀꢀꢀ
计量进料泵
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计量进料泵出料管
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微通道反应管入口
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反应器内侧光源
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反应器外侧光源
[0041]9ꢀꢀꢀꢀꢀ
反应器外壁
[0042]
10
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反应器内壁
[0043]
11
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微通道反应管
[0044]
12
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循环液
[0045]
13
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微通道反应管出口
[0046]
14
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产物反应液出料管
[0047]
15
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收集罐
[0048]
16
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温度控制器
[0049]
17
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循环液输入管道
[0050]
18
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循环液输出管道
[0051]
19
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循环液输入管入口
[0052]
20
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循环液输出管出口
[0053]
21
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法兰
[0054]
22
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法兰螺栓
[0055]
23
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通讯线路
具体实施方式
[0056]
为了使实用新型实现的技术手段、创造特征、达成目的和功效易于明白了解，下结合具体图示，进一步阐述本实用新型。但本实用新型不仅限于以下实施的案例。
[0057]
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
[0058]
如图1所示，在该实施例中，微通道光化学反应装置包括：
[0059]
反应模块，主要用于提供光化学反应的微通道反应场所；
[0060]
存贮模块，主要用于存放原料和产物反应液；
[0061]
温控模块，主要用于控制反应模块内的温度；
[0062]
存贮模块通过输送模块将原料输送至反应模块中进行反应；
[0063]
所述反应模块包括用于进行光化学反应的微通道反应管11、光化学反应器及光照组件，所述微通道反应管11螺旋状地盘绕于所述光化学反应器内，所述光照组件对所述微通道反应管11进行照射；
[0064]
所述存贮模块通过输送模块与所述微通道反应管11相连接；
[0065]
所述温控模块与所述光化学反应器相连接，用于对所述光化学反应器内的循环液12的温度进行控制，以对微通道反应管11的温度进行控制。
[0066]
在该实施例中，所述光化学反应器呈中空的筒状结构，筒状结构的所述光化学反应器包括反应器外壁9、反应器内壁10、法兰21和法兰螺栓22；
[0067]
所述反应器内壁10嵌套在所述反应器外壁9内，所述反应器内壁10与所述反应器外壁9之间形成夹层，所述法兰21通过法兰螺栓22连接固定所述反应器内壁10和所述反应器外壁9，且所述法兰21设于所述夹层的顶端；其中，法兰21通过法兰螺栓22密封紧固；
[0068]
所述微通道反应管11设于所述夹层内，且所述微通道反应管11螺旋状地盘绕于所述反应器内壁10外侧，并且所述微通道反应管11中的微通道反应管入口6和微通道反应管出口13均穿过所述法兰21通过输送模块与所述存贮模块相连接。
[0069]
在该实施例中，所述循环液12设于所述夹层内，即进行光化学反应的微通道反应管11缠附于反应器内壁10上，且微通道反应管11浸泡于循环液12中；
[0070]
该结构中的光化学反应器具备可灵活性拆卸和良好的密封性的特点，由于光化学反应器可灵活拆卸，故可使附载于其内壁的微通道反应管11，可以根据反应的类型和项目的规模灵活调整更换；法兰螺栓22将反应器密封紧固，使温度控制器16的循环液12可以稳定循环而不出现渗漏，保证了各通电反应设备及实验室的安全。
[0071]
所述温控模块包括用于控制所述循环液12的温度的温度控制器16、循环液输入管道17和循环液输出管道18(其中，由循环液输入管道17和循环液输出管道18共同构成循环液输送管道)；
[0072]
所述温度控制器16通过所述循环液输入管道17与所述法兰21上的循环液输入管入口19相连接，所述温度控制器16通过所述循环液输出管道18与所述法兰21上的循环液输出管出口20相连接。
[0073]
实施时，温控模块中控制循环液12温度的温度控制器16通过循环液输入管道17将循环液12注入光化学反应器的底部，循环液12通过光化学反应器顶部的循环液输出管道18流回温度控制器16实现循环，从而有效控制循环液12温度。由于实施时将携带反应所需温度的循环液12注入光化学反应器底部，故可使得循环液12自下而上运动，循环液12与微通道反应管11进行充分的热量交换后，从光化学反应器顶部流回温度控制器16，使得光化学反应即使有光照器件散发大量热量，也可保持反应所需的稳定温度。
[0074]
所述循环液12可由水、乙醇或乙二醇中的至少一种导热介质构成，或可由其它透光性较好的导热介质构成。从而可有效降低光照效率在控温介质上的损失，使得光照器件发出的光波，可以有效地作用在微通道反应管11内的反应物质上，从而高效引发反应。
[0075]
在该实施例中，所述反应器外壁9、所述反应器内壁10及所述法兰21均由透光材质构成，实施时，所述透光材质为玻璃、石英或有机玻璃中的任一种材料，或其它具有透光性的材料；
[0076]
所述光照组件包括反应器外侧光源8和/或反应器内侧光源7，所述反应器外侧光源8设于所述反应器外壁9的外侧，所述反应器内侧光源7设于所述反应器内壁10的内侧。
[0077]
在该实施例中，所述反应器外侧光源8和所述反应器内侧光源7均由led灯带、led灯板和高压汞灯中的至少一个光源构成，故可提供光波相对稳定的光源。
[0078]
由于光源的光波相对稳定，使微通道反应管11内的反应物质可以被稳定地引发，从而保证了光化学反应的高效稳定运行。
[0079]
图1中为了便于展示各个结构间的关系采用了虚线表示光源，光源沿图中的箭头方向照向微通道反应管11。
[0080]
在实施时，所述微通道反应管11由具有透光性的材料制成，所述具有透光性的材料可为pfa(四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚)、fep(氟化乙烯丙烯共聚物)或ptfe(聚四氟乙烯)中的任一种材料，也可以由其它具有透光性的材质制成，实际应用时微通道反应管11可选用一体式的管道构成微通道反应管11，也可该用多根管道拼接后构成微通道反应管11，拼接构成微通道反应管11的各根管道可以由同一种材料的透明的管道组成，也可由不同材料的透明的管道组成。
[0081]
由于该实施例中，选用透光性较好的材质构成微通道反应管11和光化学反应器部件，故可以提高光照利用率，使光化学反应的效率更高、效果更佳；此外，由于反应器是透明的，还可观察反应的实际情况，监测反应指标及时发现反应过程中的意外情况，保证反应的稳定运行。
[0082]
该结构为微通道反应管11提供很好的固定位置，且微通道反应管11的温度始终接近循环液12的温度，使微通道反应管11所处的光照和温度状态不会频繁变化，从而保证光化学反应的稳定进行；
[0083]
且该结构也为光照组件提供了稳定的固定场所，使微通道反应管11和光源的相对位置保持稳定，从而保持光照状态的稳定；光化学反应器的内、外两侧的光源可根据具体的光化学反应所需光强灵活调整，可提供双侧光源以增强光化学反应效果，也可提供单侧光照节省设备成本和能耗。
[0084]
在该实施例中，所述微通道光化学反应装置还包括输送模块，所述输送模块包括用于输送反应原料的计量进料泵4和输送管道组件，其中，所述输送管道组件包括计量进料泵进料管3、计量进料泵出料管5及产物反应液出料管14；
[0085]
在具体实施时中，可同时设置多个并行安装的计量进料泵4分别对不同的反应原料进行输送，各所述计量进料泵4可根据实际需要选用柱塞泵、蠕动泵、隔膜泵、注射泵及齿轮泵等泵中的任一种泵构成；
[0086]
所述存贮模块包括用于存放所述反应原料的原料罐1和用于存放产物反应液的收集罐15；
[0087]
所述原料罐1中的原料出口通过所述计量进料泵进料管3与所述计量进料泵4相连接，实现将原料输送出去；所述计量进料泵4通过计量进料泵出料管5与所述微通道反应管11中的微通道反应管入口6相连接；
[0088]
所述收集罐15通过所述产物反应液出料管14与所述微通道反应管11中的微通道反应管出口13相连接。
[0089]
该实施例中，原料罐1用于贮存原料，打开计量进料泵4即可通过输送管道组件快速地将原料从原料罐1中抽出，并通过输送管道泵送到微通道反应管11中。由于微通道反应管11浸没于与温度控制器16连接的循环液12介质中，温度控制器16通过控制循环液12的温度即可实现反应温度的调节，操作简单，实现方便。
[0090]
实施时，计量进料泵4通过计量进料泵进料管3连接原料罐1的原料出口，通过计量
进料泵出料管5连接反应模块中的微通道反应管11，微通道反应管11通过产物反应液出料管14连接收集产物反应液的收集罐15。原料罐1中原料因泵内负压被吸出后，通过计量进料泵进料管3和计量进料泵4，泵入微通道反应管11内开始光化学反应，反应完经过产物反应液出料管14进入收集产物反应液的收集罐15。
[0091]
在该实施例中，所述微通道光化学反应装置还包括流量监测模块，所述流量监测模块用于监测所述原料罐1内流出的所述反应原料的量，所述流量监测模块通过通讯线路23与所述计量进料泵4相连接，该流量监测模块可有效对流量进行反馈。
[0092]
在该实施例中，所述流量监测模块由重量监测组件或流量检测组件构成；重量监测组件可由天平等重量监测装置2构成，流量检测组件可由流量计等流量监测装置构成。
[0093]
采用该实施例中的微通道光化学反应装置，计量进料泵4调节泵送流量，流量监测模块将所获得的流量信息通过通讯线路23传导给计量进料泵4，从而对计量进料泵4的流量设定进行反馈调节，从而使得装置的自动化水平进一步提高，对于反应的控制更加精确。
[0094]
当采用重量监测装置2构成流量监测模块时，流量反馈系统的重量监测装置2通过通讯线路23与计量进料泵4连接，将重量监测装置2所获得的重量差信息传导给计量进料泵4，并以此为依据对计量进料泵4的流量设定进行反馈调节。
[0095]
上述实施例中的微通道光化学反应装置的实施过程及原理为：
[0096]
打开计量进料泵4，将反应原料从原料罐1中泵送到微通道反应管11中，微通道反应管11浸没在循环液12中进行加热/制冷，在微通道反应管11中，反应原料快速达到所需温度，并得到光源的充分照射，发生光化学反应，反应完毕产物反应液从产物反应液出料管14导出，进入收集罐15。
[0097]
在反应过程中，操作人员可以通过温度控制器16的温度显示随时读取循环液12的温度，然后通过调整温度控制器16的设置温度来调整光化学反应的温度。操作人员可以通过重量监测装置2读取原料的重量，并且通过调整计量进料泵4来调整其输送原料的速度。从而有效控制光化学反应过程。
[0098]
采用上述实施例中的微通道光化学反应装置，具备如下有益技术效果：
[0099]
1、该微通道光化学反应装置将物料贮存、原料输送、光化学反应和控温功能集成一体，可以实现物料的准确稳定进料、体系温度的精准控制以及光化学反应的高效稳定运行，自动化程度高，操作简单，使用方便，使用效率高；
[0100]
2、微通道反应管的光照效率高、传质传热快，使反应效果更好；
[0101]
3、反应模块的内、外两侧的光源可根据具体反应的所需光强灵活调整成双侧或单侧，光化学反应效果更好，设备成本和能耗更低；
[0102]
4、将光化学反应的传统釜式工艺改为连续化运行的连续流工艺，使原本放大困难的光化学反应，可以进行工业级放大生产，简化光化学反应，易于放大生产的效果。
[0103]
以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

技术特征：

1.一种微通道光化学反应装置，其特征在于，包括反应模块、存贮模块及温控模块；所述反应模块包括用于进行光化学反应的微通道反应管、光化学反应器及光照组件，所述微通道反应管螺旋状地盘绕于所述光化学反应器内，所述光照组件对所述微通道反应管进行照射；所述存贮模块与所述微通道反应管相连接；所述温控模块与所述光化学反应器相连接，用于对所述光化学反应器内的循环液的温度进行控制。2.根据权利要求1所述的微通道光化学反应装置，其特征在于，所述光化学反应器呈中空的筒状结构，筒状结构的所述光化学反应器包括反应器外壁、反应器内壁、法兰和法兰螺栓；所述反应器内壁嵌套在所述反应器外壁内，所述反应器内壁与所述反应器外壁之间形成夹层，所述法兰通过法兰螺栓连接固定所述反应器内壁和所述反应器外壁，且所述法兰设于所述夹层的顶端；所述微通道反应管设于所述夹层内，且所述微通道反应管螺旋状地盘绕于所述反应器内壁外侧，并且所述微通道反应管中的微通道反应管入口和微通道反应管出口均穿过所述法兰与所述存贮模块相连接。3.根据权利要求2所述的微通道光化学反应装置，其特征在于，所述循环液设于所述夹层内；所述温控模块包括用于控制所述循环液的温度的温度控制器、循环液输入管道和循环液输出管道；所述温度控制器通过所述循环液输入管道与所述法兰上的循环液输入管入口相连接，所述温度控制器通过所述循环液输出管道与所述法兰上的循环液输出管出口相连接。4.根据权利要求2所述的微通道光化学反应装置，其特征在于，所述反应器外壁、所述反应器内壁及所述法兰均由透光材质构成；所述光照组件包括反应器外侧光源和/或反应器内侧光源，所述反应器外侧光源设于所述反应器外壁的外侧，所述反应器内侧光源设于所述反应器内壁的内侧。5.根据权利要求4所述的微通道光化学反应装置，其特征在于，所述反应器外侧光源和所述反应器内侧光源均由led灯带、led灯板和高压汞灯中的至少一个光源构成。6.根据权利要求4所述的微通道光化学反应装置，其特征在于，所述透光材质为玻璃、石英或有机玻璃中的任一种材料。7.根据权利要求1所述的微通道光化学反应装置，其特征在于，所述微通道光化学反应装置还包括输送模块，所述输送模块包括用于输送反应原料的计量进料泵和输送管道组件，其中，所述输送管道组件包括计量进料泵进料管、计量进料泵出料管及产物反应液出料管；所述存贮模块包括用于存放所述反应原料的原料罐和用于存放产物反应液的收集罐；所述原料罐通过所述计量进料泵进料管与所述计量进料泵相连接，所述计量进料泵通过计量进料泵出料管与所述微通道反应管中的微通道反应管入口相连接；所述收集罐通过所述产物反应液出料管与所述微通道反应管中的微通道反应管出口相连接。
8.根据权利要求7所述的微通道光化学反应装置，其特征在于，所述微通道光化学反应装置还包括流量监测模块，所述流量监测模块用于监测所述原料罐内流出的所述反应原料的量，所述流量监测模块通过通讯线路与所述计量进料泵相连接。9.根据权利要求8所述的微通道光化学反应装置，其特征在于，所述流量监测模块由重量监测组件或流量检测组件构成。10.根据权利要求1所述的微通道光化学反应装置，其特征在于，所述微通道反应管由具有透光性的材料制成。

技术总结

本实用新型涉及一种微通道光化学反应装置，其中，包括反应模块、存贮模块及温控模块；所述反应模块包括用于进行光化学反应的微通道反应管、光化学反应器及光照组件，所述微通道反应管螺旋状地盘绕于所述光化学反应器内，所述光照组件对所述微通道反应管进行照射；所述存贮模块与所述微通道反应管相连接；所述温控模块与所述光化学反应器相连接，用于对所述光化学反应器内的循环液的温度进行控制。该微通道光化学反应装置可将物料贮存、原料输送、光化学反应和控温功能集成一体，有效实现物料的准确稳定进料、体系温度的精准控制以及光化学反应的高效稳定运行，操作简单，使用效率高，反应效果更好，设备成本和能耗更低。设备成本和能耗更低。设备成本和能耗更低。