顶侧照式光化学反应器及其使用方法与流程

1.本发明涉及光化学反应领域，尤其是涉及顶侧照式光化学反应器及其使用方法。


背景技术：

2.光化学反应器广泛用于研究气相、液相固相、流动体系在模拟紫外光、模拟可见光、特种模拟光照射下的光化学反应。传统的光化学反应器如图5所示，为设有夹层13.1外壁结构的釜体13.2，工作时在夹层13.1中通入载冷剂，载冷剂与釜体13.2内物料13.3的换热面积为夹层部分内层的外表面积，釜体13.2内的物料13.3与釜体13.2的换热面积为夹层13.1部分内层的内表面积；因此，物料13.3与釜体13.2的换热面积受夹层部分的容积所限；且由于釜体容积与釜体13.2半径的三次方成正比，而换热面积与釜体13.2内径的平方成正比；因此，随着釜体容积的增大，换热面积增大缓慢，换热效率变差。同时，模拟光线通过的路径为夹套外层、载冷剂、夹套内层，路径较长，且因玻璃与载冷剂对模拟光线的吸收作用较强，能达到物料的光子较少，导致釜体内物料中的分子吸收光子的机会不均匀，光能吸收效率较低。


技术实现要素：

3.本发明目的在于提供一种顶侧照式光化学反应器，本发明另一目的在于提供该光化学反应器的使用方法。
4.为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：本发明所述的顶侧照式光化学反应器，包括由硼硅玻璃材质制成的反应釜体，所述反应釜体设有物料添加管口、载冷剂进管、载冷剂出管和抽真空管口；所述载冷剂进管、载冷剂出管分别为垂直向上设置的盲管结构，载冷剂进管、载冷剂出管的管口分别密封延伸出反应釜体上盖；位于反应釜体内围绕载冷剂进管或载冷剂出管自上而下水平设置有多个换热盘管，每个所述换热盘管的载冷剂进、出液口分别与载冷剂进管和载冷剂出管相连通；所述抽真空管口设置在反应釜体上盖位置，所述物料添加管口倾斜向上设置在反应釜体侧壁位置；在反应釜体内底部设置有磁力搅拌子，所述磁力搅拌子用于在磁力驱动装置作用下水平旋转，对反应釜体内物料进行搅拌。
5.所述换热盘管为逆时针螺旋外扩式结构；所述载冷剂进管位于所述反应釜体中部设置，每个所述换热盘管的载冷剂进液口分别与载冷剂进管连通，每个换热盘管的载冷剂出液口分别与载冷剂出管连通，从而在反应釜体内腔构成多层逆时针螺旋外扩换热系统，使得当反应釜体内待反应物料逆时针方向旋转运动时，由于与换热盘管的螺旋方向一致，反应釜体内待反应物料作逆时针向上螺旋外扩运动，实现提升待反应物料旋转速率、增强搅拌混合均匀效果，达到充分混合目的。而当反应釜体内待反应物料顺时针方向旋转运动时，由于与换热盘管的螺旋方向相反而存在阻尼作用，在换热盘管附近形成向下涡流运动，从而加大待反应物料暴露在光照区域的表面积，使待反应物料中分子有均等吸收光子的机会，实现提升光能吸收效率、加强光照反应效果。
6.螺旋外扩式换热盘管的设置，使得换热面积与釜体表面积无关，因此可采取加长盘管或增加盘管层数的方法来增加换热面积，提高换热效率。
7.所述反应釜体上盖与反应釜体通过夹紧装置密封连接，采用夹紧装置便于反应釜体上盖与反应釜体的快速安装和拆卸。
8.所述物料添加管口与反应釜体为一体结构；所述载冷剂进管、载冷剂出管和抽真空管口与反应釜体上盖为一体结构。
9.本发明所述光化学反应器的使用方法，包括下述步骤：步骤1，按照设计要求向反应釜体内装入待反应物料及所需加入的其它成分；步骤2，通过载冷剂进管向每个换热盘管内加入载冷剂，并经载冷剂出管构成持续循环流动的载冷剂循环系统，载冷剂温度为-80℃~200℃；步骤3，将抽真空管口与真空泵连接，将反应釜体内腔压力抽至50~101325pa，即相对应真空度为101.275~0kpa；步骤4，在反应过程中，按照设计要求需要滴加的成分，由物料添加管口加入，加入量及加入速率通过调节滴加泵转速实现；步骤5，反应过程所需的光照由光源提供，根据反应体系所需波长选择光谱光源，光照强度由光源输入电压及占空比控制；步骤6，在反应釜体下方安装磁力驱动装置，驱动反应釜体内底部设置的磁力搅拌子逆时针或顺时针方向水平旋转；步骤6.1，当反应釜体内待反应物料在磁力搅拌子作用下逆时针方向旋转运动时，由于与换热盘管的螺旋方向一致，反应釜体内待反应物料作逆时针向上螺旋外扩运动，实现提升待反应物料旋转速率、增强搅拌混合均匀效果，达到充分混合目的；步骤6.2，当反应釜体内待反应物料在磁力搅拌子作用下顺时针方向旋转运动时，由于与换热盘管的螺旋方向相反而存在阻尼作用，待反应物料顺时针旋转运动过程中，在换热盘管附近形成向下涡流运动，从而加大待反应物料暴露在光照区域的表面积，使待反应物料中分子有均等吸收光子的机会，实现提升光能吸收效率、加强光照反应效果。
附图说明
10.图1是本发明的结构示意图。
11.图2是本发明所述载冷剂进管、载冷剂出管与换热盘管的组装结构示意图。
12.图3是本发明所述反应釜体内待反应物料作逆时针向上螺旋外扩运动的状态示意图。
13.图4是本发明所述反应釜体内待反应物料作顺时针旋转时，在换热盘管附近形成向下涡流运动的状态示意图。
14.图5是传统的光化学反应器结构示意图。
具体实施方式
15.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其
他实施例，都属于本发明保护的范围。
16.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
17.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
18.另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“a和/或b为例”，包括a方案，或b方案，或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
19.如图1、2所示，本发明所述的顶侧照式光化学反应器，包括由硼硅玻璃材质制成的透光反应釜体1，透光反应釜体1设有物料添加管口2、载冷剂进管3、载冷剂出管4和抽真空管口5；透光反应釜体上盖6与透光反应釜体1通过夹紧装置7密封连接，采用夹紧装置7便于透光反应釜体上盖6与透光反应釜体1的快速安装和拆卸。
20.抽真空管口设置在透光反应釜体上盖位置，并与透光反应釜体上盖为一体结构；物料添加管口倾斜向上设置在透光反应釜体侧壁位置，并与透光反应釜体为一体结构；载冷剂进管、载冷剂出管分别为垂直向上设置的盲管结构，载冷剂进管、载冷剂出管的管口与透光反应釜体上盖为一体结构。
21.位于透光反应釜体1内围绕载冷剂进管3自上而下水平设置有五个换热盘管8，每个换热盘管8均为逆时针螺旋外扩式结构，如图2所示；载冷剂进管3位于透光反应釜体1中部设置，载冷剂出管4位于载冷剂进管3的一侧；每个换热盘管8的载冷剂进液口分别与载冷剂进管3连通，每个换热盘管8的载冷剂出液口分别与载冷剂出管4连通，从而在透光反应釜体1内腔构成五层逆时针螺旋外扩的换热系统。
22.在透光反应釜体1内底部设置有磁力搅拌子9，磁力搅拌子9用于在磁力驱动装置10作用下水平逆时针或顺时针旋转，对透光反应釜体1内物料进行搅拌。
23.本发明所述光化学反应器的使用方法，包括下述步骤：步骤1，按照设计要求向透光反应釜体1内装入待反应物料及所需加入的其它成分；步骤2，通过载冷剂进管3向每个换热盘管8内加入载冷剂，并经载冷剂出管4构成持续循环流动的载冷剂循环系统，载冷剂温度为-80℃~200℃；步骤3，将抽真空管口5与真空泵连接，将透光反应釜体1内腔压力抽至50~101325pa，即相对应真空度为101.275~0kpa；步骤4，在反应过程中，按照设计要求需要滴加的成分，由物料添加管口2加入，加入量及加入速率通过调节滴加泵转速实现；步骤5，反应过程所需的光照由光源提供，根据反应体系所需波长选择光谱光源，
光照强度由光源输入电压及占空比控制；步骤6，在透光反应釜体1下方安装磁力驱动装置10，驱动透光反应釜体1内底部设置的磁力搅拌子9逆时针或顺时针方向水平旋转；步骤6.1，当透光反应釜体1内待反应物料在磁力搅拌子9作用下逆时针方向旋转运动时，由于与换热盘管8的螺旋方向一致，透光反应釜体1内待反应物料作逆时针向上螺旋外扩运动，运动曲线11如图3所示，使得流体形状呈现中空状态；实现提升待反应物料旋转速率、增强搅拌混合均匀效果，达到充分混合目的；步骤6.2，当透光反应釜体内待反应物料在磁力搅拌子作用下顺时针方向旋转运动时，由于与换热盘管的螺旋方向相反而存在阻尼作用，待反应物料顺时针旋转运动过程中，在换热盘管附近形成向下涡流运动，运动曲线12如图4所示，从而加大待反应物料暴露在光照区域的表面积，使待反应物料中分子有均等吸收光子的机会，实现提升光能吸收效率、加强光照反应效果。