一种电化学合成β-胡萝卜素的反应装置的制作方法

本发明属于生产有机化合物电解工艺所用的设备领域，具体涉及一种电化学合成β-胡萝卜素的反应装置。

背景技术：

β-胡萝卜素在生命体中具有非常重要的生理功能，其还具有着色、保健、抗氧化等作用，被广泛地应用于医药、食品、化妆品等行业。

β-胡萝卜素的合成路线比较多，以维生素a醇或其衍生物的有机膦盐为原料，通过氧化偶联反应来实现是其中非常重要的路线之一，该路线的传统化学氧化法(专利cn200610051814.3(β-胡萝卜素的合成工艺)，专利cn200610050013.5(改进的β-胡萝卜素合成工艺)）牵涉到大量偶联氧化剂的使用和后处理问题，在效果应用、成本节约和安全生产等方面存在着比较大的问题。近年来，人们积极开拓其他新的工艺方法，电化学氧化法就是其中非常重要的方向。专利cn201710847599.6(一种β-胡萝卜素的合成方法)提供了电化学氧化法合成β-胡萝卜素的有益方案，单单从反应结果来看，其在原料成本、产物品质、环保处理等方面优势明显，然而该工艺并未获得更广泛的推广应用，其中一个很重要的原因就是反应装置的能耗大，反应装置的反应速率偏慢和反应效率不高等问题。遗憾的是，该发明仅仅以电化学合成方案为主题，只是粗略地描述了其所用到的合成装置，并未公开其装置设计方面的技术方案。

β-胡萝卜素的电化学合成过程具有其特殊性，电化学合成β-胡萝卜素的反应装置在电极形状、动力循环、导流方向等方面都需要针对性进行设计，除此之外，还需要特别注意产物β-胡萝卜素的特性、影响及其处理方案，因为其是橙色或红色色素，随着反应的进行，生成量会越来越多，而其不溶于该反应的电解液中，并且在含水溶液中容易呈糊状悬浮物，如果不能及时沉降，容易黏附于电极材料表面，也容易直接干扰反应的传质传电过程，进而影响反应的速率和效率。基于以上种种技术问题，设计一种“结构合理、反应速率快、反应效率高、能耗低、操作和维护简单”的装置对于更广泛的推广应用电化学合成β-胡萝卜素是非常必要的。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种电化学合成β-胡萝卜素的反应装置，其可以有效提高反应速率和反应效率，降低能耗。

为实现上述目的，本发明通过如下技术方案来实现：

一种电化学合成β-胡萝卜素的反应装置，包括电解槽槽体(1)、外层带夹套的方形封头(2)、电解反应液入口(3)、带过滤网的电解反应液出口(4)、曝气管(5)，其特征是：所述的电解槽槽体(1)为方形结构，设置有若干个隔板(101)，将电解槽槽体空间分隔成若干个空腔，每个空腔内部设置阳极板(102)和阴极板(103)，每个空腔顶部设置通气口(104)，每个空腔下端与外层带夹套的方形封头(2)相接。

所述的一种电化学合成β-胡萝卜素的反应装置，其特征在于：所述的隔板(11)半边设置百叶窗导流通道，第一个空腔与第二个空腔之间的隔板百叶窗导流通道设置在上半边，相邻隔板百叶窗导流通道的位置上半边、下半边交错设置。

所述的一种电化学合成β-胡萝卜素的反应装置，其特征在于：所述的方形封头底部设置出口(201)，并由阀门(202)控制开关，阀门前设置管路视镜(203)。

所述的一种电化学合成β-胡萝卜素的反应装置，其特征在于：所述的方形封头外层夹套是彼此连通的，夹套的冷冻液入口(204)设置在第一个方形封头，夹套的冷冻液出口(205)设置在最后一个方形封头。

所述的一种电化学合成β-胡萝卜素的反应装置，其特征在于：所述的电解反应液入口(3)设置在第一个空腔下部，所述的电解反应液出口(4)设置在最后一个空腔上部，并通过循环泵(401)与电解反应液入口(3)相接。

所述的一种电化学合成β-胡萝卜素的反应装置，其特征在于：所述的曝气管(5)设置在阳极板、阴极板下方，每个空腔的曝气管串联设置，并与空压机(501)相连。

所述的一种电化学合成β-胡萝卜素的反应装置，其特征在于：所述的阳极板(102)、阴极板(103)为拉伸网状电极，通过非导电性固定杆(105)固定，分别与直流电源正负极连接，阳极板和阴极板之间设置绝缘材料相隔。

与现有技术相比，本发明可以获得以下有益效果：

本发明采用隔板对电解槽槽体进行分空腔处理，将整体复杂体系转化为个体相对简单体系，每个空间相对独立的高效工作，又通过隔板的百叶窗导流通道将电解反应液有目的性设置流向，形成内部环流，协同工作，化零为整，可以提高处理效率，进而节省能耗。

本发明每个空腔下端与外层带夹套的方形封头相接，将整体复杂体系转化为个体相对简单体系，夹套的冷冻液循环可以将反应产生的β-胡萝卜素较快沉降，避免其悬浮干扰反应或沉积在电极板结垢，有助于电解反应液和电极内部传质传电，可以提高处理效率，进而节省能耗。

本发明采用拉伸网状电极，可以有效地增大电极与反应物的接触面积，又通过空压机可控的曝气作用冲刷网状电极表面的沉积物，有效控制电极污染等维护难题，可以提供氧气，增加单位时间内自由基产生的数量，自由基通过拥有更大分布空间的网孔在电解反应液中传质扩散，可以提高处理速率和效率，进而节省能耗。

综上所述，本发明具有结构合理、反应速率快、反应效率高、能耗低、操作和维护简单等优点，适用于电化学合成β-胡萝卜素。

附图说明

图1是本发明反应装置的结构示意图；

图2是本发明带百叶窗导流通道的隔板结构示意图；

图3是本发明拉伸网状电极的结构示意图；

图1中：1-电解槽槽体，101-半边带百叶窗导流通道的隔板，102-阳极板，103-阴极板，104-通气口，105-电极固定杆，2-外层带夹套的方形封头，201-封头出口，202-管道视窗，203-管道阀门，204-封头外层夹套的冷冻液入口，204-封头外层夹套的冷冻液出口，3-电解反应液入口，4-带过滤网的电解反应液出口，401-循环泵，5-曝气管，501-空压机。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

参照图1所示，一种电化学合成β-胡萝卜素的反应装置，包括电解槽槽体(1)、外层带夹套的方形封头(2)、电解反应液入口(3)、带过滤网的电解反应液出口(4)、曝气管(5)。电解槽槽体(1)由若干个半边带百叶窗导流通道的隔板(101)分隔成若干个空腔，每个空腔内部设置网状拉伸网状的阳极板(102)和阴极板(103)，分别与直流电源正负极连接，每个空腔下端与外层带夹套的方形封头(2)相接，阳极板、阴极板下方设置曝气管，第一个空腔和最后一个空腔分别设置电解反应液入口(3)和电解反应液出口(4)。

在进行电化学合成β-胡萝卜素时，每个空腔下端的方形封头出口关闭，外层夹套冷冻液循环，从电解反应液入口(3)引入电解反应液，待每个空腔的电解反应液达到设定液位，关闭电解反应液入口(3)的阀门，开启循环泵(401)，每个空腔的电解反应液“由上往下-由下往上”进行空腔间流体传动，形成电解槽槽体内部环流，开启直流电源，按照电化学合成β-胡萝卜素的工艺条件进行反应。随着反应的进行，电化学合成产生的β-胡萝卜素越来越多，可以在反应一段时间后开启空压机进行曝气，为反应提供氧气的同时又有效控制电极污染，使得反应过程整体在传质传电效果良好的情况下进行。产物β-胡萝卜素在冷媒的沉降促进作用下沉降到每个方形封头内，通过方形封头出口管路的管路视镜(203)可以进行观察，当产物的生成量满足设定的放料量时，开启对应方形封头出口的阀门进行放料，直至管路视镜内产物沉降量不足以放料时，关闭阀门，继续反应。如此循环上述反应-放料操作，最终将电解反应液以较快的反应速率、较高的反应效率、较低的能耗成功转化为β-胡萝卜素。

根据反应效果和装置维护效果来看，本发明为电化学合成β-胡萝卜素工艺提供了有益的反应装置，具有结构合理、反应速率快、反应效率高、能耗低、操作和维护简单等优点。

最后需要说明的是，以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围，并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。