基于微化工技术的光化学反应系统的制作方法

本发明涉及的是一种光化学反应领域的技术，具体是一种基于微化工技术的光化学反应系统。

背景技术

光化学转化因其具有环境友好、相较热化学反应具有较温和的反应条件、能实现一些热化学转化难以实现的反应过程等特点，自20世纪70年代以来在世界范围内获得广泛的关注。

但是现有光反应技术中反应器内部光照不均匀，易引起副反应，因而反应选择性低，严重影响了生产效率；另一方面，能量利用率低、光源及反应系统的有效温控困难以及反应过程放大也是制约光化学转化实现大规模产业化应用的难题。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种基于微化工技术的光化学反应系统，能够结合光化学转化和微化工技术的特点，达到较高热质传递性能的同时，提高光化学转化过程中产品的收率和纯净度。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：多通道微反应器和led光带，其中：多通道微反应器设有反应通道群，反应通道群一端连接有混合室、另一端连接有收集腔，反应通道群外侧螺旋缠绕有led光带；

所述的反应通道群由若干环形阵列的反应通道组成。

所述的反应通道为毛细管；优选地，毛细管内径为0.25～3mm。

所述的混合室设有若干进料口以及毛细管出料口，毛细管出料口数量与反应通道数量相同、位置与反应通道一一对应。

所述的led光带由若干环形阵列的光源固定杆支撑，以保证反应通道内部良好的光强分布、提高产率；所述光源固定杆的两端分别与混合室、收集腔固定连接。

所述的光源固定杆数量不少于3根。

所述led光带的光源为波长范围200～400nm的紫外光或波长范围400～760nm的可见光；可根据不同反应体系的要求更换光源。

所述反应通道的材质为fep、pfa、etfe、ectfe等具有透光性的塑性聚合物材料；其余结构材质可以是无机材料，如不锈钢、铜、锌、铝、碳化硅或有机玻璃；根据各部件不同的材质可选用相应的固定连接方式为焊接或压力紧固。

优选地，所述的led光带外部套设有换热套筒，增强换热效率，及时移除光源发光过程产生的热量，进一步提高光源的寿命及光化学转化过程的产率。

所述换热套筒中的换热介质为低温空气、低温氮气和低温氩气中的一种或多种混合气体。

技术效果

与现有技术相比，本发明结合光化学转化和微化工技术的特点，达到较高传质、传热速率的同时，实现了反应通道良好的光强分布、高效的光电转化效率以及较大的通量操作，提高光化学转化过程中产品的收率、纯净度，降低能耗，适用于多种光化学反应体系；同时本系统内部结构简单，各部件均可独立安装拆卸，加工制造方便。

附图说明

图1为本发明安装有换热套筒的整体结构前视图；

图2为本发明未安装换热套筒的结构前视图；

图3为本发明无换热套筒与led光带的内部结构前视图；

图4为图2中a-a剖视图；

图中：混合室1、收集腔2、换热套筒3、led光带4、反应通道5、光源固定杆6。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1、图2和图3所示，本实施例包括：多通道微反应器和led光带4，其中：多通道微反应器设有反应通道群，反应通道群一端连接有混合室1、另一端连接有收集腔2，反应通道群外侧螺旋缠绕有led光带4，led光带4外部设有换热套筒3；

如图4所示，所述的反应通道群由25根环形阵列的反应通道5组成。

所述的反应通道5为毛细管；优选地，毛细管内径为0.75mm，长度为2.5m，材质为pfa。

所述的混合室1设有两个进料口以及25个毛细管出料口。

优选地，所述的led光带4由3根环形阵列的光源固定杆6支撑，所述光源固定杆6的两端分别与混合室1、收集腔2固定连接。

所述led光带4发射特征波长为530nm的可见光，功率为60w。

优选地，所述换热套筒3中的换热介质为低温空气。

本实施例采用上述系统进行苯硫醇光催化反应：以氧气为气相，含苯硫酚、四甲基乙二胺和伊红的甲醇溶液为液相，反应停留时间为90s，收集到的产物二苯二硫醚，其产率为90％。

实施例2

如图2和图3所示，本实施例包括：多通道微反应器和led光带4，其中：多通道微反应器设有反应通道群，反应通道群一端连接有混合室1、另一端连接有收集腔2，反应通道群外侧螺旋缠绕有led光带4；

如图4所示，所述的反应通道群由25根环形阵列的反应通道5组成。

所述的反应通道5为毛细管；优选地，毛细管内径为1.59mm，长度为4.1m，材质为fep。

所述的混合室1设有两个进料口以及25个毛细管出料口。

优选地，所述的led光带4由3根环形阵列的光源固定杆6支撑；所述光源固定杆6的两端分别与混合室1、收集腔2固定连接。

所述led光带4发射波长为365nm的紫外光，功率为300w。

本实施例采用上述系统进行马来酸酐光催化二聚反应：气相为氮气，液相为质量分数5％的马来酸酐溶液，其溶剂为乙酸乙酯，反应停留时间为19.1min，收集到产物环丁烷四甲酸二酐，其产率为30％。

实施例3

如图1、图2和图3所示，本实施例包括：多通道微反应器和led光带4，其中：多通道微反应器设有反应通道群，反应通道群一端连接有混合室1、另一端连接有收集腔2，反应通道群外侧螺旋缠绕有led光带4，led光带4外部设有换热套筒3；

如图4所示，所述的反应通道群由25根环形阵列的反应通道5组成。

所述的反应通道5为毛细管；优选地，毛细管内径为1.59mm，长度为4.1m，毛细管材质为fep。

所述的混合室1设有两个进料口以及25个毛细管出料口。

优选地，所述的led光带4由3根环形阵列的光源固定杆6支撑；所述光源固定杆6的两端分别与混合室1、收集腔2固定连接。

所述led光带4发射特征波长为365nm的紫外光，功率为300w。

优选地，所述换热套筒3中的换热介质为低温氮气。

本实施例采用上述系统进行马来酸酐光催化二聚反应：气相为氮气，液相为质量分数5％的马来酸酐溶液，其溶剂为乙酸乙酯，反应停留时间为19.1min，收集到产物环丁烷四甲酸二酐，其产率为42％；

现有技术中通常将高压汞灯设置于釜式反应器的中心作为光源：将呈正三角形布置的3个200w的高压汞灯设置在釜式反应器的中心区域，发射特征波长为365nm的紫外光，在相同反应条件下，采用低温氮气换热，换热量为本实施例的2倍，产率仅为20％；若单个高压汞灯的功率提升至600w，反应光照时间需增加至1小时，产率仅为10％。