一种工业级连续流动光化学反应器

1.本发明属于光化学反应设备领域，具体涉及一种工业级连续流动光化学反应器。


背景技术：

2.光化学合法具有一定的优势，如，合成过程绿色、简单、重现性高、成本低、产品纯度高以及可随时控制反应；近年来，随着工业的发展，来自学术界和工业界的越来越多的化学家致力于发展在微反应器中进行的连续流动过程。几乎所有规模的连续流设备的普遍可用性和可承受的成本也影响了这一趋势。连续流动合成技术的出现，为光化学反应带了更好的重现性、更高的选择性、对各种参数更好控制优点；与传统的光化学釜式反应器相比，连续流动光反应器，由于反应堆体积小，不仅发生故障的风险降至最低，而且增加其传质、传热效率，此外，微反应器极小的特征尺寸确保了整个反应介质良好的光照射，从而增加了辐射均匀性，又因反应是在封闭的空间进行，进而产生更高的转化率、反应选择性，更短的反应时间，纯度高优点。
3.但微反应器通道内径在10-1000μm，所以产量比较低，每天达到千克级以上需要时间久，不满足于工业界需求；
4.此外在光化学反应中，由于光源带来的热辐射，对于低沸点溶剂，会造成溶剂汽化，进而导致反应系统不稳定，影响实验结果的准确性，对产物的分离、提纯、会造成实验步骤或产物量的损失；因此光化学反应系统不仅对光源波长、反应时间精确控制，还需要稳定的热交换系统。


技术实现要素：

5.为解决现有技术中光源发热及生产能力较低的问题，本发明旨在提供一种工业级连续流动光化学反应器。
6.为了实现上述目的，本发明技术方案如下：
7.一种工业级连续流动光化学反应器，包括进料系统、热交换系统、反应系统和混合器3。
8.所述进料系统包括多个储料罐2和多个进料泵1；所述热交换系统包括控温箱和循环单元；循环单元包括加热/降温循环泵5、冷凝循环泵6和循环介质；所述反应系统包括反应器7、光源9、在线分离装置8和在线淬灭装置11。
9.储料罐2将物料通过进料泵1传送至混合器3中混合，混合器3与反应器7一端相连，反应器7另一端连接在线分离装置8；反应器7置于保温箱内层4中，光源9照射反应器7；在线分离装置8与在线淬灭装置11并联后通过另一在线分离装置8后连接产物储存罐12；在线分离装置8用于分离目的产物，用于下步反应；产物储存罐12设置于反应系统终端。
10.控温箱为含有封闭夹层14的双层结构；控温箱内外层控温箱内外层分别开有内层循环口13和夹层循环口16，控温箱内层4与加热/降温循环泵5相连，外层与冷凝循环泵6相连；加热/降温循环泵5和冷凝循环泵6内装有循环介质，用于冷却光源9带来的热辐射和提
供反应所需温度；控温箱内布置单个或多个温度传感器15，用于检测反应器7内的温度或控温箱内的温度。
11.所述反应器7单个或多个连接于在线分离装置8和在线淬灭装置11之间的线路上，连接方式为并联或串联。反应器7每小时产量不低于：0.5kg。
12.所述各个反应器7前均并联一进料单元，进料单元由进料泵(1)和储料罐(2)串联组成；各个反应器7后增加并联的在线淬灭装置11以及串联的在线分离装置8。
13.反应器7和控温箱面向光源9侧材质为透明材质。透明材质为玻璃、聚四氟乙烯(ptfe)、全氟烷氧基树脂(pfa)、氟化乙烯丙烯共聚物(fep)、聚碳酸酯(pc)、聚苯乙烯(ps)。
14.反应器7为盘管式反应器或螺旋式反应器，其反应通道内径2mm-30mm。
15.所述光源9选择单面、光源组合或反射装置多面形式照射反应器7；所述光源9发射光波长范围在210nm-780nm，其由光源控制器10调节光强。所述光源9可为单一波长光源或多波长光源，光源利用灯珠发光，或利用灯带发光。光源发射光的波长范围在210nm-780nm。
16.所述混合器3类型为两通道、三通道、多通道或花洒型，其材质为不锈钢、特种陶瓷、聚四氟乙烯、全氟烷氧基树脂或氟化乙烯丙烯共聚物。
17.在线淬灭装置11采用化学淬灭技术，所述在线淬灭装置11内部装有淬灭剂，用以除去未反应的反应试剂，特别是危险化学试剂；所述淬灭剂原理为用另一种更易与该过量反应试剂反应的化合物，通过化学反应，将反应试剂转化为低危险性物质并从体系中除去；在线淬灭装置11通过驱动泵将内部装有的淬灭剂注入到所述反应器7出口流出的粗产物中，消耗掉未反应的反应试剂；所述驱动泵可为蠕动泵、平流泵、恒流泵；
18.所述进料泵1，是采用耐酸、耐碱、耐氧化工业级进料泵；
19.上述技术方案中，进一步地，所述反应器，反应器结构可为螺旋式、盘管式，其反应通道其材质为透明材质，包括，所述反应通道内径2mm-30mm，所述循环介质为油、水或乙醇控制反应温度所述控温单元中根据温度传感器15对反应系统进行温度校正；
20.所述光源9，置于控温箱一侧或多侧照射，所述控温箱夹层14两面可循环冷凝液，用于冷却对光源带来的热辐射。
21.所述混合器3与进料系统是螺纹方式连接。此装置中各零件之间的连接均采用耐腐蚀，耐酸碱管道与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
22.光源带来的热辐射，会造成溶剂汽化或整个反应系统的不稳定，影响实验结果的准确性；本装置对光源实施冷凝循环，也解决光源带来的辐射热；各管路采用的是螺纹式或者航空插头连接，连接装置方便，占用空间小，多个反应器可串联使用；本装置用于实验时，可原位生成，原位消耗、在线淬灭，降低危险系数；此外反应器受光照面积大且均匀，反应物混合均匀，转化率达95％以上、选择性达90％以上、纯度达96％以上，每小时产量不低于：0.5kg；
附图说明
23.图1工业级连续流动光化学反应装置结构示意图；
24.图2工业级连续流动光化学反应单个反应器装置结构示意图；
25.图3光源双面照射结构示意图；
26.图4光源单面照射结构示意图；
27.图5控温箱立体结构示意图；
28.图6控温箱俯视图示意图。
29.图中，1.进料泵，2.储料罐，3.混合器，4.控温箱内层，5.加热/降温循环泵，6.冷凝循环泵，7.反应器，8.在线分离装置，9.光源，10.光源控制器，11.在线淬灭装置，12.产物储存罐，13.内层循环口，14.控温箱夹层，15.温度传感器，16.夹层循环口
具体实施方式
30.一种连续流动工业级光化学流动反应器，包括反应系统、热交换系统、进料系统和混合器3，所述反应系统包括反应器7、光源9、在线分离装置8和在线淬灭装置11，所述热交换系统包括控温箱和循环单元；
31.所述进料系统包括多个储料罐2和多个进料泵1，进料泵1均由耐酸、耐碱的工业级泵组成，进料泵与混合器3螺纹式相连，混合均匀后进入反应器7，混合器7与反应通道之间采用螺纹式连接；
32.反应系统包括反应器7、光源9、在线分离装置8和在线淬灭装置11，反应器7置于四周有夹层控温箱中，控温箱形状可为正方体或长方体，其上端可拆卸，控温箱内外层各开一进一出循环口13并连接循环泵，控温箱内层4与加热/降温循环泵5相连，外层与冷凝循环泵6相连；所述透明材质为对波长210nm-780nm无吸收且透射率高的材质；循环介质用于加热或降温；光源9与交流电源和光源控制器10相连；其中光源由单一波长或混波长组成，波长、光功率、电功率均由控制器控制，改变不同的光功率和电功率，其中波长210nm-780nm，可根据实验要求调节。反应器7分为盘管式、螺旋式，反应通道可采用对光线无吸收的聚四氟乙烯(ptfe)，全氟烷氧基树脂(pfa)，氟化乙烯丙烯共聚物(fep)、聚碳酸酯(pc)、聚苯乙烯(ps)透明材质，温度传感器15安装在控温箱一侧,实时反馈反应温度；
33.热交换系统包括控温箱和循环单元，循环单元是由循环泵和循环介质组成，循环泵调节温度0℃-200℃，循环通道两接口各连接循环泵两端，循环通道并与反应通道相邻置于本反应器装置中；循环介质用来对反应液加热或者降温，循环通道两接口各连接循环泵两端，用于对光源降温，循环介质可以是水、乙醇、硅油，以上连接方式均为螺纹式；
34.控温箱内包括制冷单元、加热单元，控温器和温度传感器15，根据反应需求调节温度。
35.实施例1
36.反应系统包括反应器7、光源9、在线分离装置8和在线淬灭装置11，将螺旋式反应器7放置于控温箱中，反应器7进口一端连接进料系统，反应液由进料泵输送，经过混合器3后进入反应器7，出口一端接背压阀；光源可在控温箱前后照射，灯头与光控制箱连接；循环装置通过控温箱上循环进出口相连接；控温箱中，温度传感器15放置于控温箱中，实施反馈反应温度，反应温度的控制采用的是huber循环泵；除去热辐射的循环单元，连接在控温箱夹层14外侧；在线淬灭装置11安装在反应器7出口端，淬灭剂由泵输送；
37.本实验是原位生成br2，原位消耗，反应过量的br2利用在线淬灭装置11将其除去，淬灭剂：1mol/l na2s2o3水溶液，利用在线分离装置8，将有机相和水相分离；通过调节光源控制器10，筛选出本实验的最佳波长405nm，光功率50w；三路进料，经过混合器3后进入持液量100ml的反应器7，三路进料试剂分别是：2,6-二氯甲苯(neat)，hbr(8.8mol/l)，nabro3水
溶液(2.2mol/l)，2,6-二氯甲苯先与nabro3水溶液混合，使与hbr混合后，增强有机相和br2的混合效果,混合三种试剂当量比1：1.1：0.37，保留时间：0.3min，经过对反应温度的筛选，最佳反应温度65℃，在最优条件实验结果：产物2,6-二氯溴苄，产率95％，纯度99％(hplc)，产量：0.7kg/h。
38.实施例2
39.实施例2实施方式与实施例1基本相同，经过光源控制器10，最佳波长405nm，光功率75w，采用的是两路进料，经过混合器3后进入持液量50ml的反应器，反应试剂4-叔丁基甲苯、nbs分别溶于乙腈，经过对反应温度、浓度、保留时间的筛选，反应试剂浓度分别是：4-叔丁基甲苯，nbs：0.2mol/l，0.22mol/l，当量比：1:1，保留时间：3min，温度:30℃，产物4-叔丁基溴苄产率：90％，纯度98％(hplc)，产量：0.6kg/h。