一种微分光化反应器及应用制造技术

本发明专利技术属于光化学反应技术领域，特别涉及到光化目标产物在紫外光作用下会进一步发生光化学反应生成其它副产物的体系，如维生素Ｄ２和Ｄ３的合成。在该类体系中，光化产物比较复杂。一种微分光化反应器，其特征是：有一个垂直中空圆管，在圆管的中心处装有紫外光源系统，在垂直中空圆管壁面和紫外光源系统间装有能促使分布液膜表面不断更新的料液分布装置，整个圆管系统有防止空气进入的密封。微分光化反应器所采用的料液分布装置，能促使靠近光源的最外层液体的不断更新，使整个反应器内的反应类似微分反应，从而可有效降低副产物的比例，大大提高目标产物的选择性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光化学反应
，涉及一种新型光化反应器及应用，特别涉及到光化目标产物在紫外光作用下会进一步发生光化学反应生成其它副产物的体系。
技术介绍
光化学反应相应于热化学，由于具有选择性好且可在常温常压下进行等特点，在合成化学、精细化工、环境工程以及生化过程等很多领域有着良好的应用前景。近年来，针对光化学的研究越来越多，并逐步将其应用于生产实际。比较成功的例子有光化学合成维生素D系列，光卤化等。光化学反应器作为光化学生产中的关键设备，其性能的优劣对于光化学反应过程的应用有着十分重要的作用。因此，研究光化学反应器的特性、模拟、设计、放大等问题已逐渐引起重视。对于光化目标产物在紫外光作用下会进一步发生光化学反应生成其它副产物的体系，反应产物非常复杂，如麦角醇和7-去氢胆固醇在紫外光作用下转化为预D2和预D3的反应，体系中存在着下列反应 为了减少光化学过程中副产物的生成，需要选择合适波长的光源及合适的溶剂体系。更重要的是，在反应的过程中要尽可能避免料液的过照射。对于液相中进行的光化学反应，光的吸收与料液中各吸光物质的组成及液膜的厚度有关。光的吸收遵从Lambert定律，在液膜内光强呈指数衰减。对于维生素D光化学合成这样的反应体系，在有效的紫外波长范围内，各物质的摩尔吸光系数均比较高，在不到0.5mm的液膜距离上，就吸收了超过99％的有效紫外光，尤其是在离光源最近的液膜表面，往往会造成过照射。在液膜范围内，距离液膜表面不同的各层间的转化率相差很大，最靠近光源的地方，可能转化率很高，而离表面一段距离的料液可能根本就没有光化学反应的发生。对于光化目标产物在紫外光作用下会进一步发生光化学反应生成其它副产物的体系，转化率高也同时会带来副产物比例的升高，导致的结果就是当原料转化到一定程度时，产物中副产物的比例要远高于完全均匀反应时该转化率情况下副产物所占的比例。为了减少副产物的比例，需要不断促进靠近光源的最外层液膜的更新，避免最外层液膜中原料转化率与料液平均转化率相差过大。为了促进料液的混合，开发了各种光化反应器，如搅拌式(US3345140)、鼓泡式(CN02104444,9)、降膜式(US6180805)、连续流动管式(AU166479)等，在有些光化反应器中还加入内构件来增强混合效果，如US4043886，US5994705。尽管采取了各种方法来增强光反应过程中料液的混合，但目前工业上采用的各种光化反应器仍未能很好的解决近光源液层中原料转化率与平均转化率差异过大的问题。在维生素D生产中常用的鼓泡反应器和降膜反应器，前者在近光源冷却管外存在层流底层，在管壁处料液的速度基本为零，鼓泡只能加强主体的混合及减少层流底层的厚度，但却无法克服，从而会造成冷却管外壁面处料液的过照射；而对于降膜光化反应器，在靠近光源的最外层液膜虽然不是静止层，但其流型仍属于层流，层与层之间的混合程度很小，仍然会造成过照射。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决近光源液层中转化率与主体差异过大问题，从而降低在光化学反应过程中副产物生成的比例。为了达到上述目的，本专利技术的技术解决方案是一种微分光化反应器，其特征是有一个垂直中空圆管，在圆管的中心处装有紫外光源系统，在垂直中空圆管壁面和紫外光源系统间装有能促使分布液膜表面不断更新的料液分布装置，整个圆管系统有防止空气进入的密封。本专利技术中所采用的料液分布装置采用刮膜式来分布料液及更新液面；或采用将数个喷雾分布器进行一定的布置，使得喷出的料液能够均匀分布于垂直中空圆管的内壁面；或采用料液在垂直中空圆管上端均匀分布，在垂直中空圆管内壁上每隔一段距离设有静止内构件来更新液面；或采用在垂直中空圆管上装有超声装置，利用超声能量来进行液面的更新。料液分布装置可以将几种方式进行搭配使用。所采用的垂直中空圆管的直径为100mm至3000mm，高度为500mm至3000mm。紫外光源系统由紫外光源及光源附属装置组成；附属装置包括紫外光源外面的浸没管和冷却管，浸没管内通惰性气体，用于冷却和保护光源；浸没管与冷却管间通蒸馏水或滤光液进行冷却和滤光；对于小功率的紫外光源，可以没有外面的附属装置。在操作前微分光化反应器内需要用惰性气体，一般采用氮气置换微分光化反应器中可能存在的空气，微分光化反应器系统密封以防止在光照过程中有空气进入。一种微分光化反应器的应用，其特征是微分光化反应器应用于光照目标产物在紫外光的照射下会进一步发生光化学反应生成其它副产物的体系。本专利技术中所述的微分光化反应器的应用，可用于光化学反应制备维生素D2和D3。其应用程序为搅拌釜内待光照的料液，经过精密过滤器进行过滤，除去其中未溶解的固体颗粒，滤液进入到料液分布装置进行分布；控制合适的流量保证微分光化反应器垂直中空圆管内壁面布满液体，经过反应器的料液进入搅拌釜进行循环，至反应进行到一定程度后停止光照。由于靠近光源最外层液体能不断进行更新，该层液体中原料转化率与主体非常接近，整个反应器内的反应类似微分反应。本专利技术的有益效果为通过促使靠近光源的最外层液体的不断更新，使整个反应器内的反应类似微分反应，从而可有效降低副产物的比例，大大提高目标产物的选择性。附图说明图1为采用喷雾分布时微分光化反应器结构示意图；图2为采用喷雾分布时微分光化反应器喷雾时料液分布图；图3为采用静态内构件时微分光化反应器结构示意具体实施例方式实施例1. 将120公斤7-去氢胆固醇溶于3000升甲醇-正己烷混合溶剂中，加入100克BHT抗氧剂，在搅拌釜中混合均匀。搅拌釜中的料液，经过精密过滤器进行过滤，去除其中未溶解的固体颗粒。滤液进入到料液分布装置，由喷雾分布器喷出，控制合适的流量保证反应器壁面布满液体，经过微分光化反应器的料液进入搅拌釜进行循环。微分光化反应器所采用的垂直中空圆管高3000mm，直径3000mm，所采用的紫外光源为进口高压汞灯。启动高压汞灯并每隔一段时间进行取样分析，至7-去氢胆固醇的转化率为20％左右停止光照。通过蒸发、结晶过滤等步骤去除未反应的.7-去氢胆固醇，滤液经浓缩得淡黄色树脂状粗油，单位在2900万I.U/克以上。作为对比，目前采用降膜式光化反应器或鼓泡式光化反应器进行维生素D3生产，直接光照后得到的粗油单位一般低于2400万I.U/克。如图1所示，待光照的料液经过精密过滤器，进入料液分布装置2，并通过装置上按一定规则分布的喷雾分布器1，均匀分布于垂直中空圆管的内壁3上。图2中4所示的为从喷雾分布器中出来的料液的分布示意情况。料液在位于反应器中间的紫外光源中发出的紫外光作用下，发生光化学反应。从壁面流下的反应液重新进入搅拌釜进行混合。实施例2. 将400克7-去氢胆固醇溶于10升甲醇-正己烷混合溶剂中，加入0.35克BHT抗氧剂，在一15升搅拌容器中混合均匀。搅拌容器搅拌中的料液，经过精密过滤器进行过滤，除去其中未溶解的固体颗粒，滤液进入到料液分布装置，由一环形分布器中喷出，控制合适的流量，保证料液在微分光化反应器垂直中空圆管上端内壁呈均匀膜状流下。垂直中空圆管直径约100mm，高约1000mm。在垂直中空圆管的内表面，每隔一段距离分布有静态内构件，液膜经静态内构件发生混合并改变流向，造成液膜的更新。所采用的紫外光源为常用的直管紫外线杀菌灯。启动紫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微分光化反应器，其特征是：有一个垂直中空圆管，在圆管的中心处装有紫外光源系统，在垂直中空圆管壁面和紫外光源系统间装有能促使分布液膜表面不断更新的料液分布装置，整个圆管系统有防止空气进入的密封。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱旻，
申请(专利权)人：朱旻，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]