用于光化学反应的流动反应器制造技术

用于光化学反应的流动反应器包括延伸的流动通道(20)，所述延伸的流动通道(20)被一个或多个流动通道壁(22)包围，所述流动通道具有长度；和光漫射杆(30)，所述光漫射杆具有至少500μm的直径并具有长度，所述杆(30)的长度的至少一部分在流动通道(20)的内部并沿着流动通道(20)延伸流动通道(20)的长度的至少一部分。

A flow reactor for photochemical reaction

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光化学反应的流动反应器本申请依据35U.S.C.§119要求于2015年3月26日提交的系列号为62/138971的美国临时申请的优先权的权益，本文以该申请的内容为基础并将其通过引用全文纳入本文。
本公开涉及用于化学反应的光流动反应器，即，用于使用光辐射的流动反应的光流动反应器，具体地，涉及具有流动通道的流动反应器，在流动通道中设置了光漫射杆。
技术介绍
光化学包括通过吸收波长通常在200nm至约700nm范围内的光而被电子激发的原子或分子的化学反应。这类化学具有许多优点，取决于所讨论的具体反应，这些优点可单独表现或以各种结合的形式表现：(1)光可以被认为是高度特异性及生态洁净的“试剂”；(2)光化学方法在化学合成中比热方法可提供更少的“侵害性”路线；(3)光化学反应可以有助于工业过程的安全，因为它们一般在室温下或低于室温下进行；(4)进行光化学反应的有机化合物不需要任何的保护基团；和(5)通过加入光化学反应步骤可缩短许多常规合成的时间。尽管有这些已知的优点，但是光化学工艺在工业规模上却是少见的。在工业中使用受限出于许多原因。一个原因为难以放大。如今，最佳的放大一般为扩大实验室反应器。试验性工厂实验使用生产尺寸的灯完成，然后放大通过将多个灯增加到反应器中或者增加多个反应器完成，这是极昂贵的。反应器根据灯放置的方式、因灯的功率与反应物的灯距离的关系以及因灯的数目而有所不同。另一个限制是出于经济考虑。光反应消耗大量的能量。这一能量消耗可被分成两类：一部分与化学本身相关并由量子产率限定，其为一个常数。另一部分由光反应器设置造成。在通常的光反应器与光反应中，平均仅10％的灯能量用于反应，而90％产生热，这些热必需通过冷却从系统中抽出。这通常使用水在其中进行循环的冷却套管来完成。这增加了能量成本。另一缺点为需要非常有规律地进行维修，这是因为灯的寿命是有限的(通常为2000-6000小时)。灯的更换通常是极耗时间的，需要大量的体力劳动。因此，期望在放大或能效方面、或者在维修要求方面或这些方面的结合中提供改善的光反应器。
技术实现思路
根据具体实施方式和本文描述的各个示例性实施方式，本公开涉及用于光化学反应的流动反应器，其包括延伸的流动通道，所述延伸的流动通道被一个或多个流动通道壁包围，所述流动通道具有长度；光漫射杆，所述光漫射杆具有至少500μm的直径并具有长度，其中所述杆的长度的至少一部分在流动通道的内部并沿着流动通道延伸流动通道的长度的至少一部分。根据一个替代性实施方式，流动反应器可包括热控制通道，该热控制通道通过一个或多个流动通道壁中的至少一个与延伸的流动通道分开。在任意的实施方式中，所述杆可包括玻璃。在任意的实施方式中，光漫射杆可包括散射和/或漫射纳米结构。这些散射和/或漫射纳米结构可包括无规空气线。在本公开的另一个方面中，结合上述实施方式中的任意一个实施方式，在流动通道的内部并沿着流动通道延伸的杆长度的部分可由外部涂层或护套径向包围。所述杆具有第一折射率而所述涂层或护套具有第二折射率，并且第一折射率可比第二折射率大至少0.05，或者比第二折射率大至少0.1。护套或涂层可包括耐化学材料。耐化学材料可以为例如PTFE、PFA和FEP中的一种或多种。在所述杆被护套径向包围的实施方式中，作为一个替换性次级实施方式(sub-embodiment)，护套与所述杆是可分离的以使得护套可独立于杆而保持在流动反应器中的合适位置。在任意的上述各实施方式和变化形式中，流动反应器还可包括含有延伸流动通道的蜂窝体。作为另一种替换，在任意的上述实施方式和变化形式中，流动反应器还可包括三明治结构，该三明治结构具有中心工艺流体层和两个外部热控制流体层，所述中心工艺流体层含有延伸的流动通道，所述两个外部热控制流体层位于中心工艺流体层的任意侧上。另外，在任意的上述实施方式和变化形式中，所述一个或多个流动通道壁中的至少一者的内表面可包括在其上或在其中的散射或反射层。此外，在任意的上述实施方式和变化形式中，流动反应器的外表面可包括在其上或在其中的散射或反射层。此外，一般在任意的上述实施方式中，所述一个或多个流动通道壁对可见光辐射可以是不透明的。应注意，根据本公开的至少某些实施方式可以不具有上文提及的特性中的一种或多种特性，但是这样的实施方式仍然旨在落在本公开的范围内。附图的简要说明所包含的附图供进一步理解本专利技术，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图不旨在对要求保护的本专利技术构成限制，而是用来例示本专利技术的示例性的实施方式，并与说明书一起用来解释本专利技术的原理。图1是根据本公开的一个实施方式的流动反应器的示意性透视图；图2是可用于本公开的流动反应器的实施方式的光漫射杆的实施方式的示意性截面图；图3是根据本公开的另一个实施方式的流动反应器的示意性透视图；图4是示出了本公开的流动反应器的另一个实施方式的另外的细节的示意性截面图；图5和6是根据本公开的流动反应器的两个另外的实施方式的透视示意图，在各自的实施方式中所述反应器包括蜂窝体；图7是根据本公开的反应器的另一个实施方式的示意性侧视图，在这一实施方式中，所述反应器具有三层三明治结构。图8是沿着图7中指示的线截取的图7的反应器的俯视截面图。具体实施方式应理解，前面的一般性描述和下面的具体实施方式都只是示例性和解释性的，不对要求保护的本专利技术构成限制。本领域的技术人员通过考虑说明书及实施本文公开的实施方式，可以显而易见地想到其它的实施方式。本说明书和实施例应仅视为示例性的，本专利技术真正的范围和精神由权利要求书来说明。还应理解，虽然在本文所述的各个实施方式中，以特定顺序引用了示例性方法的步骤，但这意指可以以本领域技术人员能理解的、不会显著改变所期望产品的任意顺序来实施。本文所用的冠词“该”、“一个”或“一种”表示“至少一个(一种)”，并且不应局限为“仅一个(一种)”，除非有明确相反的说明。当“内部”用于指光漫射杆在流动通道“内部”时，“内部”用于意指杆的至少一部分以径向方向被完全包封在通道的至少一部分中。在各个实施方式中，本公开还涉及用于光化学反应的流动反应器。图1示出了根据本公开的一个实施方式的简单流动反应器结构的示意性透视图。图1的流动反应器10包括光漫射杆30，所述光漫射杆30在流动反应器10内部并且沿着流动通道延伸。光漫射杆30为固体透明材料，例如聚合物或玻璃等，玻璃是目前来说优选的选择。玻璃在UV辐射中有优势，其对许多反应有用处，这些反应使大多数聚合物随着时间显著降解，从而使聚合物不那么透明，而玻璃不会这么容易被损坏。图2示出了图1的光漫射杆30的一个实施方式的截面。在这一光漫射杆30的实施方式中，光漫射杆30包括分布在杆30中的散射和/或漫射纳米结构32(在图中用斑点表示，其中的一些在括号内)，这造成光沿着棒30传播并通过棒30的周围辐射出去。纳米结构30可为无规气体空隙34的形式。本专利技术人和/或他们的同事已经开发并公开了用于制备所述结构(例如这些无规气体空隙)的方法，例如，如在第8,926,143号美国专利中所公开的，出于美国法律的目的，该专利通过引用全文纳入本文。也可以使用固体纳米结构，例如可以如相分离玻璃的形式来提供固体纳米结构。图2的杆30还任选地具有涂层36或护套3本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于光化学反应的流动反应器(10)，所述反应器包括：延伸的流动通道(20)，所述延伸的流动通道(20)被一个或多个流动通道壁(22)包围，所述流动通道(20)具有长度；和光漫射杆(30)，所述光漫射杆(30)具有至少500μm的直径或截面并具有长度，所述杆(30)的长度的至少一部分在流动通道(20)的内部并沿着流动通道(20)延伸流动通道(20)的长度的至少一部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.26 US 62/138,9711.用于光化学反应的流动反应器(10)，所述反应器包括：延伸的流动通道(20)，所述延伸的流动通道(20)被一个或多个流动通道壁(22)包围，所述流动通道(20)具有长度；和光漫射杆(30)，所述光漫射杆(30)具有至少500μm的直径或截面并具有长度，所述杆(30)的长度的至少一部分在流动通道(20)的内部并沿着流动通道(20)延伸流动通道(20)的长度的至少一部分。2.根据权利要求1所述的流动反应器(10)，其还包括至少一个热控制通道(40)，所述热控制通道(40)通过一个或多个流动通道壁(22)中的至少一个与延伸的流动通道(20)分开。3.根据权利要求1和2中任一项所述的流动反应器(10)，其中，所述杆(30)包括玻璃。4.根据权利要求1-3中任一项所述的流动反应器(10)，其中，所述杆(30)包括光散射和/或光漫射纳米结构(32)。5.根据权利要求4所述的流动反应器(10)，其中，所述光散射和/或光漫射纳米结构(32)包括无规气体空隙(34)。6.根据权利要求1-5中任一项所述的流动反应器(10)，其中，杆(30)的长度的所述部分被外部涂层(36)或护套(38)径向包围。7.根据权利要求6所述的流动反应器(10)，其中，所述杆(30)具有第一折射率而所述涂层(36)或护套(38)具有第二折射率，并且第一折射率比第二折射率...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·J·富克斯，C·R·霍恩，S·L·洛古诺夫，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US