一种光反应器及中试级的光合成设备的制作方法

1.本实用新型涉及光反应设备技术领域，尤其是涉及一种光反应器及中试级的光合成设备。


背景技术：

2.在光化学反应中，反应物分子吸收光能，反应物分子基态跃迁至激发态，成为活化反应物分子，而后发生化学反应。光反应器，主要是用于利用光照条件来进行反应的容器，光反应器按照反应器的结构和形状一般可分为釜式光反应器和管式光反应器。影响光反应器效率的因素很多，如光源(光源强度、波段与光照方式)、流动力学特征、温度和停留时间等因素对反应器的运行都有影响。釜式光反应器光往往是顶照射或内置在釜内，物料的受光面非常有限，光的穿透率和吸收利用率都非常低，反应不充分，而且属于间歇反应方式，反应时间长，反应效率低，且反应副产物多。相较于釜式光反应器，管式光反应器有所改进，实现了连续流动生产，流体在管中容易以近似平推流方式流动，但对于非均相体系，混合传质效果不理想。
3.专利cn209222092 u中公开了一种连续光反应器以及一种连续光反应系统，连续光反应器包括：光源腔室、反应腔室、换热腔室；光源腔室为圆柱体结构，其内部设置有至少一个光源部件；反应腔室具有第一层曲面玻璃和第二层曲面玻璃，所述反应腔室设置于光源腔室外层，并通过第一层曲面玻璃与光源腔室相连；换热腔室设置于反应腔室外层，通过第二层曲面玻璃与反应腔室相连，换热腔室还具有第三层曲面玻璃，所述第三层曲面玻璃与第二层曲面玻璃之间形成换热空间；反应腔室内设置有至少一个扰流部件，所述扰流部件固定于反应腔室的第一层曲面玻璃上。利用该连续光反应器，可以使光化学反应过程被强化，在高透光率的条件下，同时实现良好的传质和传热效率。但该技术中光源与反应器为在侧面垂直照射，受光特性较差；且由于将光源室设置在反应腔室的内侧，物料在反应腔室内沿径向的移动能力差，阻碍物料的充分混合，特别是对于非均相体系，混合效果差，反应不充分。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种光反应器及中试级的光合成设备，以解决现有技术中物料在光反应器中反应不充分的问题，本实用新型的光反应器能够使物料充分混合、吸收光照，反应更充分、均匀，提高反应效率，适用于非均相体系。
5.本实用新型提供的一种光反应器，包括光反应透明管体、柔性光带和扰流强化件，所述柔性光带呈螺旋状沿所述光反应透明管体的长度方向缠绕于其外侧，所述扰流强化件沿所述光反应透明管体的长度方向设置于所述光反应透明管体内，在所述光反应透明管体的上下两端分别设置有流入口和流出口。
6.作为本实用新型的一个优选方案，所述扰流强化件上设置有螺旋状导流板，所述螺旋状导流板沿所述光反应透明管体的长度方向设置。
7.作为本实用新型的一个优选方案，在所述光反应透明管体的外壁上涂覆有导热导光涂层。
8.作为本实用新型的一个优选方案，所述光反应透明管体为直管、弯管或螺旋管。
9.本实用新型还提供了一种中试级的光合成设备，包括至少一个所述的光反应器，还包括混合搅拌釜，所述混合搅拌釜内设置有转动设置的搅拌器，在所述混合搅拌釜的顶端设置有加料口，在所述混合搅拌釜的底端设置有出料口，所述出料口与所述光反应器的流入口通过输料管连接，在所述输料管上设置有输送泵和流量计，所述流量计设置于所述输送泵与所述光反应器之间。
10.作为本实用新型的一个优选方案，在所述混合搅拌釜的所述出料口处设置有出料阀，在所述光反应器的流入口处设置有进口阀。
11.作为本实用新型的一个优选方案，在所述混合搅拌釜的顶端还设置有惰气通入口和回流口，所述光反应器的流出口通过回流管与所述回流口连接，在所述回流管上连接有分支管并通过所述分支管与纯化设备连接。
12.作为本实用新型的一个优选方案，所述混合搅拌釜通过循环管道连接有恒温循环机，所述循环管道一端连接于所述混合搅拌釜的底端且另一端连接于所述混合搅拌釜的侧壁上。
13.作为本实用新型的一个优选方案，所述混合搅拌釜为夹套玻璃釜，在所述夹套玻璃釜的外侧设置有柔性光源。
14.与现有技术相比，本实用新型有以下积极效果：
15.1、本实用新型提供的中光反应器，包括光反应透明管体、柔性光带和扰流强化件，柔性光带呈螺旋状沿光反应透明管体的长度方向缠绕于其外侧，扰流强化件沿光反应透明管体的长度方向设置于光反应透明管体内，在光反应透明管体的上下两端分别设置有流入口和流出口。本实用新型的光反应器通过在光反应透明管体的内外两侧分别设置扰流强化件和柔性光带，其中，光反应透明管体能够对光反应透明管体进行全角度照射，增强内部反应的吸光利用率，使反应更充分、均匀，扰流强化件能够对流入光反应透明管体内的流体进行全方位扰动，使流体在光反应透明管体内翻动，充分混合，受管线照射更均匀，该光反应器特别适用于非均相体系，能够使不同相物质充分混合反应，提供反应效率。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
17.图1为本实用新型中的光反应器的内部结构示意图；
18.图2为本实用新型中的光反应器的外部结构示意图；
19.图3为本实用新型的中试级的光合成设备的结构示意图。
20.图中：1、光反应器；11、光反应透明管体；12、柔性光带；13、扰流强化件；14、流入口；15、流出口；2、混合搅拌釜；21、加料口；22、出料口；23、搅拌器；24、驱动件；25、惰气通入口；26、回流口；3、输送泵；4、流量计；5、进口阀；6、恒温循环机；7、纯化设备；8、输料管；9、回
流管；10、循环管道；101、分支管。
具体实施方式
21.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
22.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
23.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步详细的说明。
24.实施例1：
25.本实施例提供的一种光反应器，如图1-图2所示，包括光反应透明管体11、柔性光带12和扰流强化件13。柔性光带12呈螺旋状沿光反应透明管体11的长度方向缠绕于其外侧。扰流强化件13沿光反应透明管体11的长度方向设置于光反应透明管体11内。在光反应透明管体11的上下两端分别设置有流入口14和流出口15。优选地，柔性光带12覆盖于反应透明管体11的外壁上设置。
26.本实施例的光反应器通过在光反应透明管体11的内外两侧分别设置扰流强化件13和柔性光带12，其中，光反应透明管体11能够对光反应透明管体11进行全角度照射，增强内部反应的吸光利用率，使反应更充分、均匀，扰流强化件13能够对流入光反应透明管体11内的流体进行全方位扰动，使流体在光反应透明管体11内翻动，充分混合，受管线照射更均匀，该光反应器特别适用于非均相体系，不同相物质在其内部充分混合反应，反应效率更高。
27.本实施例的光反应器结构简单，反应流体从流入口14流至光反应透明管体11内部，在流动的过程中不断受扰流强化件13作用而翻动，并受外侧光照进行充分反应，然后从流出口15流出，本实施例的光反应器能够实现连续性反应，反应充分，生产效率高。
28.优选地，扰流强化件13上设置有螺旋状导流板，螺旋状导流板沿光反应透明管体11的长度方向设置。扰流强化件13固定连接在光反应透明管体11的内部。流体在光反应透明管体11中流动的过程中不断受螺旋状导流板的扰动而在光反应透明管体11中翻转，从而更充分的接受光照，充分混合，反应更均匀、更充分。
29.本实施例中的扰流强化件13类似于静态混合器中的扰流件，对流入光反应透明管体11内的流体起到扰动作用。
30.优选地，在光反应透明管体11的外壁上涂覆有导热导光涂层。其中，导热导光涂层可以为硅油涂层。柔性光带12贴覆在光反应透明管体11的外壁上时，能够将光和热传递至光反应透明管体11内，使光反应透明管体11内的反应物反应更充分。
31.优选地，光反应透明管体11为直管、弯管或螺旋管，光反应透明管体11可以根据反应的需求设计为不同形状的管状反应器，流体在沿管体流动的过程中进行充分反应，光反应透明管体11为耐酸耐碱材质。光反应透明管体11管径为几到几十厘米级，更利于实现中试及生产级别系统开发应用。
32.实施例2
33.本实施例提供了一种中试级的光合成设备，包括至少一个实施例1中的光反应器1，还包括混合搅拌釜2。混合搅拌釜2内设置有转动设置的搅拌器23，在混合搅拌釜2的顶端设置有加料口21，在混合搅拌釜2的底端设置有出料口22。出料口22与光反应器的流入口14通过输料管8连接。在输料管8上设置有输送泵3和流量计4，流量计4设置于输送泵3与光反应器1之间。
34.其中，当光反应器为两个以上时，将光反应器之间串联连接。搅拌器23的顶端与驱动件24连接，驱动件24为电机，用于驱动搅拌器转动。
35.本实施例中通过设置混合搅拌釜2，将预反应物先通过加料口21加入混合搅拌釜2中，通过搅拌器23转动搅拌反应物料，使其充分混合后，再通过混合搅拌釜2底端的出料口22流出，并在输送泵3的动力下通过输料管8输送至光反应器1中。
36.本实施例的中试级的光合成设备使预反应物在进入光反应器之前先进行充分混合，然后再输送至光反应器中，进一步使反应物料混合充分性，特别适用于中试过程中的非均相体系。
37.优选地，在混合搅拌釜2的出料口22处设置有出料阀，在光反应器1的流入口14处设置有进口阀5。出料阀用于控制混合搅拌釜2的出料状态，进口阀5用于控制光反应器1的进料状态，使系统控制更具灵活性。
38.优选地，在混合搅拌釜2的顶端还设置有惰气通入口25和回流口26，光反应器的流出口15通过回流管9与回流口26连接。在回流管9上连接有分支管101并通过分支管101与纯化设备7连接。其中，惰气通入口25用于向混合搅拌釜2中通入惰性气体，以保证反应过程的安全性。
39.本实施例中通过使回流管和分支管与光反应器的流出口15连接，使在光反应器中反应后的产物能够通过分支管流至纯化设备进行下一步的分离纯化处理，进行连续生产；也可以通过回流管流回至混合搅拌釜2中，进行进一步的混合处理，进而进行循环反应。因此本实施例的中试级的光合成设备能够实现连续式生产也可以实现半间歇式生产，以此来适用于更多的反应场景。
40.优选地，混合搅拌釜2为夹套玻璃釜，在夹套玻璃釜的外侧设置有柔性光源。反应物料在混合搅拌釜2进行搅拌的过程中也可以与外侧的光源发射的光进行反应，使反应更充分。
41.优选地，混合搅拌釜2通过循环管道10连接有恒温循环机6，循环管道10一端连接于混合搅拌釜2的底端且另一端连接于混合搅拌釜2的侧壁上。其中，恒温循环机6一般为恒温水槽，如果光反应用于低温或高温体系也可采用高低温一体机和其他导热介质。
42.本实施例中通过设置恒温循环机6，使混合搅拌釜2中的反应物料通过夹套与外部导热介质进行换热来达到反应所需温度，然后再输送至管反应器。
43.本实施例的中试级的光合成设备的运行过程如下：
44.首先，通过混合搅拌釜2的顶部的惰气通入口25向混合搅拌釜2内通入惰性气体，待气体置换干净后通过加料口21将反应溶剂及物料加入混合搅拌釜2，打开搅拌器23、恒温循环机6，待反应物料达到反应所需温度后。然后打开混合搅拌釜2底部的出料阀和光反应器的进口阀5。
45.然后，启动可调速输送泵3、流量计4，反应物料在输送泵的作用下被送入光反应器内，可通过对输送泵3调速实现对流量的控制，进而调节物料在光反应透明管体11内的停留时间；设置运行参数后打开柔性光带，开始进行光反应。物料送入光反应器1内后，在扰流强化件13的作用下实现非均相的有效分散混合，可有效避免分相分层，且柔性光带12缠绕包覆在光反应透明管体11的外壁上，通过导热导光涂层涂层可强化柔性光带12对光反应透明管体11的导热导光效果。
46.最后，反应产物从流出口15流至后续的分离纯化设备7或循环回流至混合搅拌釜2中。
47.以上所述的仅为本实用新型的优选实施方式，但本实用新型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不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可做出若干变形和改进，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。