本发明涉及光化学反应的光流动反应器领域，具体地，涉及具有连续的流动通道的光化学反应模块。
背景技术：
：光化学反应是指由一个原子、分子、自由基或离子吸收一个光子所引发的化学反应，是化学合成过程中很重要的一类反应。这类化学反应具有许多优点，取决于所讨论的具体反应，这些优点可单独表现或以各种结合的形式表现为下述情形：(1)光可以被认为是高度特异性及生态洁净的“试剂”；(2)光化学方法在化学合成中比热方法可提供更少的“侵害性”路线；(3)光化学反应可以有助于工业过程的安全，因为它们一般在室温下或低于室温下进行；(4)进行光化学反应的有机化合物不需要任何的保护基团；和(5)通过加入光化学反应步骤可缩短许多常规合成的时间。目前光化学反应装置通常采用两类方式实施：(1)反应釜--间歇合成；(2)连续反应装置，如降膜反应器，盘管反应器，康宁的心形玻璃反应器。常规反应釜装置一般为在装有换热盘管或夹套的反应釜中，安装深入釜腔内部的石英玻璃灯罩，在灯罩内安装可见光或者紫外光光源。该类设备一般为批次式反应，即全部底物在釜内和光源在特定时间段内反应。存在的缺陷是：(1)底物受光照程度极不均匀；(2)升降温时间很长，控温速度以小时计算；(3)换热面积小，效率低，控温区间波动大，温度控制不准确；(4)搅拌传质效率低；(5)存在明显的放大效应。而且前述缺陷会随着反应釜体积的增大而越发明显。采用釜式设备得到的产物含量低，收率差，产品质量不稳定，产量扩大受限。虽然专利号为201720792912.6的技术方案对釜式设备的形式做了优化，一定程度上提高了反应速度和反应充分性，但整体仍受限于釜式形式，在反应速度、充分性和产品品质稳定性上依然不足。连续反应装置通常是使底物溶液流过筒状的玻璃壁、玻璃盘管、玻璃微通道等的方式，在中心位置(如专利号为201720973262.5的文件所公开的方案)或者侧面安装光源(如专利号为201680029863.9的文件所公开的方案)，同时装置上安设有换热器等辅助设备。连续反应类装置在温度控制，受光均匀程度和传质传热都明显优于釜式反应器。但依然有如下缺陷：(1)降膜和盘管反应器受设计结构约束，传热效果比较差；(2)其他通道式的反应器，其反应通道的部分侧部设有换热通道，光源一般设置在反应通道的中心，换热通道不能够作用于光源，使得中心位置设置的光源散热效果相对较差，而如果在光源外围设置换热通道结构，则光线需要穿过多层玻璃壁和换热介质，又存在光效效能利用差、反应效率相对低的问题。技术实现要素：针对当前连续反应的光化学装置传热性能较差的问题，本发明所涉及的方案提供了一种能够应用于连续进行光化学反应装置中的反应模块，其在改善连续流反应装置传热效能的同时，能够达到稳定、可靠的光效利用率和反应效率。本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种连续流光化学反应模块，其包括上下相间叠置的四层壁体，其中于最上层、最下层所设壁体为透光性的玻璃板，中间两层壁体为采用导热材料制作的热传导板。玻璃板与热传导板之间形成的腔体为反应液腔，两热传导板之间形成的腔体为换热介质腔。应用时，光源相对设置在两个玻璃板的上部或下部，光线穿过玻璃板后直接与流经反应液腔的反应液作用而进行光化学反应。换热介质流经换热介质腔时将反应生成的热带走。在一些实施例中，用于制作热传导板的材料其导热系数不小于1w/(m·k)，即导热系数比普通玻璃要高。上述方案下的反应模块，其上部和下部分别设置光源，相对于上部和下部形成的反应液腔，光源发出的光几乎只透过一层玻璃板便能直达反应液腔，大大减缓光线衰减程度，有助于提高光效利用程度，提升反应效率。反应液腔的内侧为换热介质腔，中间仅隔着热传导板，能够快速地将反应生成的热量迅速传送出去。光源相对模块整体独立设置在外侧，相对地形成开放式的布置的结构，不仅有利于自身生成热量的迅速散发，而且也方便在光源相对背离反应模块中的玻璃板的一侧或其他外围设置换热结构，且不会对光效利用造成不利影响。有助于改善反应器整体的散热性能。在一些实施方式下，所述热传导板采用二氧化硅或金属材质或硅或碳化硅制作。在一些具体实施例中金属材质可以为钢、铝、钛及其合金等。需要说明的是，该连续流光化学反应模块中使用的两块热传导板原则上采用相同的材质制作。实际应用中包含使用不同材质(包括不同类或不同纯度)制作的热传导板的该连续流光化学反应模块也必然落入本专利方案的保护范围内。在一些实施方式下，所述热传导板采用含量为50％～99％的碳化硅制成，优选采用含量为89％～99％的碳化硅制作。通过碳化硅材质构建的换热介质腔的两侧为碳化硅板和玻璃板共同构建的反应液腔。换热介质和碳化硅板之间能发生快速的热量传导，基于碳化硅自身超优异的导热性能，能使得制作的反应器整体的换热效能几乎能等效于反应液和换热介质直接接触发生的热量交换速度，明显优于采用玻璃或金属材质制作的热传导板的换热速度。在该连续流光化学反应模块中使用的玻璃板应为具有高透光性的玻璃板。在一些实施方式下，玻璃板采用的是具有极佳的透光性能的石英玻璃或高硼硅玻璃。在一些实施方式下，所述反应液腔内设有一条或多条连续弯折变化的反应液通道。在一些实施例中，所述反应液通道包括相间排列的多个v型通道，相邻v型通道的两端顺次串联成所述反应液通道。在一些实施例中，所述反应液通道的全部或部分弯折位置设有柱形或球形的混合腔，所述混合腔的内径大于所述反应液通道的宽度。设置混合腔后，能够不断地使反应液在各混合腔内发生混流，促进混合均匀程度。在一些实施例中，所述混合腔内设有扰流部，所述扰流部能够使得反应液流入混合腔时被强制分散或在混合腔内形成局部的湍流和/或涡流。受到扰流部的作用，反应液进入混合腔内后被散成多股或四散飞溅或形成湍流或涡流，被改变液流形态，然后于混合腔内重新混合再流出。设置扰流部后，能够促进反应液重新混合均匀的程度，此时可以相对设置较少的混合腔，简化该反应模块的制作复杂性。在部分实施例中，所述扰流部为设置在所述混合腔内的挡块或挡板或挡板组。所述扰流部能够使得流入混合腔的反应液被强制分割成多股或者在混合腔内产生均的湍流和/或涡流。在部分实施例中，所述扰流部为设置在所述混合腔内的分流板。所述扰流部能够将流入混合腔的反应液分割成多股，使得反应液在混合腔内重新混合后流出。一种连续流光化学反应模块，其包括上下相间叠置的三层壁体，其中上层所设壁体为透光性的玻璃板，至少中间一层壁体为采用导热材料制作的热传导板。玻璃板与中间设置的热传导板之间形成的腔体为反应液腔，中间设置的热传导板与下层板之间形成的腔体为换热介质腔。应用时，光源相对设置在玻璃板的上部，光线穿过玻璃板后直接与流经反应液腔的反应液作用而进行光化学反应。换热介质流经换热介质腔时将反应生成的热带走。在一些实施例中，用于制作热传导板的材料其导热系数不小于1w/(m·k)，即导热系数比普通玻璃要高。上述方案下的反应模块，其上部设置光源，相对于形成的反应液腔，光源发出的光几乎只透过一层玻璃板便能直达反应液腔，大大减缓光线衰减程度，有助于提高光效利用程度，提升反应效率。反应液腔的内侧为换热介质腔，中间仅隔着热传导板，能够快速地将反应生成的热量迅速传送出去。光源相对模块整体独立设置在外侧，相对地形成开放式的布置的结构，不仅有利于自身生成热量的迅速散发，而且也方便在光源相对背离反应模块中的玻璃板的一侧或其他外围设置换热结构，且不会对光效利用造成不利影响。有助于改善反应器整体的散热性能。在一些实施方式下，另外两层板可以均为采用导热材料制作的热传导板，这样能够使得导热介质与空气之间形成换热，甚至可以在下层板下部设置为导热介质散热的空气介质或水介质循环装置。上述三层叠置结构的反应模块，其热传导板同样可采用二氧化硅或金属材质或硅或碳化硅制作。在一些具体实施例中金属材质可以为钢、铝、钛及其合金等。具体地，热传导板采用含量为50％～99％的碳化硅制成，优选采用含量为89％～99％的碳化硅制作。玻璃板采用的是具有极佳的透光性能的石英玻璃或高硼硅玻璃。另外，该三层叠置结构的反应模块，其反应液腔内设置的反应液通道结构，可以参照四层叠置的反应模块。故不再赘述。本发明的有益效果是：相对现有使用的连续流反应装置，在将本专利方案下的连续流光化学反应模块应用于反应装置(器)内后，能够显著改善反应装置的传热效能。在选择地使用制作玻璃板和/或热传导板的制造材料后，能够相对现有的反应装置，在光效利用率、反应效率上得到显著的提升、导热性能也能得到显著改善。通过改善反应腔内反应液通道的结构，在反应液的流动反应过程中能够实现不断地对反应液进行切割、混流，增加其与入射光的接触充分程度，进而能再次提升光效利用程度，促进反应效率和充分性，提升散热性能。附图说明图1示出了连续流光化学反应模块的整体应用状态示意图；图2示出了反应液通道的一种具体实施方式示意图；图3示出了针对图2所示反应液通道的一种优选实施方式一的示意图；图4示出了针对图2所示反应液通道的一种优选实施方式二的示意图；图5示出了反应液通道另一种连接实施方式的示意图；图6示出了混合腔内设置的扰流部的一种实施结构示意图；图7示出了混合腔内设置的扰流部的第二种实施结构示意图；图8示出了混合腔内设置的扰流部的第三种实施结构示意图；图9示出了玻璃板与热传导板之间键合连接的一种结构示意图。具体实施方式说明书附图所绘示的结构、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，并非用以限定本发明可实施的限定条件，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，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。如图1所示的一种连续流光化学反应模块，其包括上下相间叠置的四层壁体，其中于最上层、最下层所设壁体为透光性的玻璃板3，中间两层壁体为采用导热材料制作的热传导板4。玻璃板3与热传导板4之间形成的腔体为反应液腔1，两热传导板4之间形成的腔体为换热介质腔2。应用时，光源相对设置在两个玻璃板3的上部或下部，入射光穿过玻璃板3后直接与流经反应液腔1的反应液作用而进行光化学反应。换热介质流经换热介质腔2时将反应生成的热带走。在一些实施例中，用于制作热传导板4的材料其导热系数不小于1w/(m·k)，即导热系数比普通玻璃要高。本专利方案下的连续流光化学反应模块，其上部和下部分别设置光源，相对于上部和下部形成的反应液腔1，光源发出的入射光只透过一层玻璃板3而直达反应液腔1，入射光的损耗较小，能够对光照实现有效利用，大大提高了反应效率。特别是在使用具有高透光性的玻璃板，如具有极佳的透光性能的石英玻璃或高硼硅玻璃时，能够进一步减小光线损耗程度，使尽可能多的不同波长的光到达反应液。反应液腔1的内侧为换热介质腔2，中间仅隔着热传导板4，能够快速地将反应生成的热量迅速带走。光源相对模块整体独立设置在外侧，相对地形成开放布置的结构，不仅有利于自身生成热量的迅速散发，而且也方便在光源相对背离反应模块中玻璃板的一侧或其他外围设置换热结构，且不会对光效利用造成不利影响。所述热传导板可采用二氧化硅或金属材质或硅或碳化硅制作。表1为不同材质的导热系数对比表：表1：材质二氧化硅碳化硅普通玻璃不锈钢钛铝硅钢材导热系数[w/(m·k)]7.64900.6--11715.622015059由表1可以看到，碳化硅导热系数远远高于玻璃材质两个数量级。根据傅里叶方程：q＝ka△t/d，q:热量,w；k:导热率,w/mk；a:接触面积；d:热量传递距离；△t:温度差。相同结构的反应通道和流体温度条件下，换热面积减半后，单位时间传递的热量仅和导热系数的二分之一有关。即反应器为相同反应通道结构的同类装置，玻璃材质的热传导板相对碳化硅材质的热传导板，后者换热效率为前者的32倍(石英玻璃材质)--400倍(其他玻璃材质)。碳化硅材质的热传导板也远胜于常规使用的金属材质热传导板的反应器的换热效率。在一些具体实施例中，应用本专利方案的模块，其热传导板采用的金属材质可以为钢、铝、钛及其合金等。在一些实施例中，所述热传导板4采用含量为50％--99％的碳化硅制成，优选采用含量为89％--99％的碳化硅制作，如纯度为95％的黑碳化硅，或纯度大于97％的绿碳化硅。通过碳化硅材质构建的换热介质腔的两侧为碳化硅板和玻璃板共同构建的反应液腔。换热介质和碳化硅板之间能发生快速的热量传导，基于碳化硅自身超优异的导热性能，能使得制作的反应器整体的换热效能几乎能等效于反应液和换热介质直接接触发生的热量交换速度，明显优于采用玻璃或金属材质制作的热传导板的换热速度。需要说明的是，该连续流光化学反应模块中使用的两块热传导板原则上采用相同的材质制作。实际应用中包含使用不同材质(包括不同类或不同纯度)制作的热传导板的该连续流光化学反应模块也必然落入本专利方案的保护范围内。如图2、图5所示，所述反应液腔1内设有一条或多条连续弯折变化的反应液通道11。图5中的反应液通道为串联连接形式，在一些实施方式下也可采用并联的连接方式或者串联与并联混合使用的方式，具体需要根据反应器整体结构的布置形式及反应的要求确定。反应液通道的长度可以根据反应实际需要，调整模块数量来准确设定，以保证精确的(反应)保留时间。如图2至图5所示，所述反应液通道11包括相间排列的多个v型通道111，相邻的v型通道111的两端顺次串联地形成所述的反应液通道11。所述的反应液通道11为低深宽比的通道，使得其内流动的反应液流层相对较薄，受光均匀。当设置为连续弯折的形式时，通道最窄处的深宽比通常小于0.5。这样的深宽比例设置能够使得反应液与入射光线充分接触，有助于提升光效利用率和反应充分程度。反应液通道的设置，可以使反应液在反应液通道内以切割混合的方式、涡流混合的方式、切割混合和涡流混合组合的方式或仅简洁的平推流方式流动。具体根据物料性质的不同，构建不同类型的反应液通道。反应液通道可以布设在玻璃板的内侧，其下端或上端通过热传导板密封。相反地，反应液通道也可以布设在热传导板上，相对端口通过玻璃板密封。反应液通道还可以为设置在反应液腔内的独立管道。如图2所示，反应液通道11形成的为涡流混合通道，该通道具有多角度折线型结构，反应液在流经折角处时会被切割，产生涡流搅动，有助于促进反应液的混合均匀性，提升反应的充分性。为了进一步增加反应液的混合均匀程度，如图3所示，在反应液通道11的每个折弯处均设置了(圆)柱形或者球形的混合腔112。图4、图5所示，所述反应液通道11的部分弯折位置设有柱形或球形的混合腔112。所述混合腔112的内径大于所述反应液通道11的宽度。设置混合腔112后，能够不断地使反应液在各混合腔内形成更充分的混流，进一步促进混合均匀程度。总之，设置的折弯和混合腔，能进一步增强反应液的混合均匀程度，同时也有助于提升换热效率。如图6至图8所示，于所述混合腔112内设有扰流部(又称扰流器)51、52、53，所述扰流部51、52、53能够使得反应液流入混合腔112时被强制分散或分割成多股或受到阻挡形成湍流和/或涡流。受到扰流部51、52、53的作用，反应液进入混合腔112内后被分散成多股或四散飞溅或形成湍流/涡流后，再于混合腔112内重新混合后流出。设置扰流部51、52、53后，能够促进反应液重新混合均匀的程度，此时可以相对设置较少的混合腔，简化该反应模块的制作复杂性。如图6所示，所述扰流部51设在混合腔112中心，反应液流入混合腔112内受到扰流部51的阻挡，液流产生扰动，在扰流部51附近出现涡流。当设置的扰流部51与混合腔112某一侧的内壁间距相对较小时，在该处还会出现局部湍流。扰流部51的设置能够促进反应液的混合均匀性。如图7所示，所述扰流部52的一端固定在混合腔112的内壁上，另一端朝混合腔112的中心方向延伸。反应液流入混合腔内后会冲击扰流部52的自由端，部分流体发生折流，从而出现涡流现象，促进反应液的混合均匀性。在一些实施方式下所述扰流部还可为栅板，栅板的一端连接在混合腔的壁体上，另一端向反应液出口的相反方向倾斜延伸，端部与混合腔的内壁之间存有间距。优选地使栅板上的缝为(于栅板的)自由端处开放的槽口形式，且至少使缝自栅板中部朝自由端的一段的宽度逐渐变大。栅板与所述混合腔连接的一端优选地通过(多个)弹簧件连接，这样栅板相对混合腔形成柔性连接结构，在栅板受到反应液的冲击作用时，能够发生振动，有助于促进液体混合的均匀效果。所述弹簧件可以为螺旋弹簧或者较薄的柔性平板或者较薄的(斜体)n形板。如图8所示，所述扰流部53设置在混合腔112的中心，反应液流入混合腔112内至中心位置时受到阻挡而分流，绕过扰流部后再混合。本专利方案所涉及的连续流光化学反应模块特别适合于液体均相、液-液非均相、气-液非均相、气-液-液非均相的光化学过程。也可以适合其他类型化学、物理、生物等反应过程。玻璃板3和热传导板4(如碳化硅板)之间可以为键合、密封材质粘合、平面压紧等密封方式。如图9所展示的为键合连接的一种形式。上述实施方式仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。本发明还有许多方面可以在不违背总体思想的前提下进行改进，对于熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，可对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属
技术领域：
中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。当前第1页12