專(zhuān)利名稱：用于進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)的微型光致反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在一種反應(yīng)介質(zhì)里面進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)的微型光致反應(yīng)器，其中這種介質(zhì)是液體的、氣體的或者是彌散的。
光化學(xué)反應(yīng)用于例如制藥、植物保護(hù)劑、氣味劑和維生素領(lǐng)域中的化學(xué)化合物的工藝合成?，F(xiàn)在，這些反應(yīng)首先是在大尺寸的反應(yīng)器中進(jìn)行。在此存在一個(gè)問(wèn)題，反應(yīng)物為了進(jìn)行反應(yīng)均勻地通過(guò)光照射。在DE 101 05 427 A1中描述了一種光化學(xué)的反應(yīng)器，其中玻璃或石英空心體位于要被轉(zhuǎn)換的介質(zhì)里面，所述空心體被氣體充滿。在空心體中的氣體通過(guò)一個(gè)外部的電磁場(chǎng)激勵(lì)，由此使光直接在介質(zhì)中產(chǎn)生。
為了避免在燈冷卻器表面上形成吸收光的覆層，在DE 36 25 006 A1中描述了一個(gè)用于光化學(xué)合成的光反應(yīng)器，它從內(nèi)向外包括一個(gè)同心設(shè)置的具有電接頭的燈、一個(gè)圓環(huán)形的由玻璃制成的燈冷卻器和一個(gè)反應(yīng)空間，它通過(guò)燈冷卻器的外殼和反應(yīng)器的內(nèi)殼以鏡化(verspiegelter)的內(nèi)壁限制，其中在反應(yīng)空間中一個(gè)配有刷子或刮水器的裝置旋轉(zhuǎn)，它這樣設(shè)置，使得在光反應(yīng)器運(yùn)行中燈冷卻器的外殼沒(méi)有吸收光的覆層。
與常見(jiàn)的反應(yīng)器不同，光反應(yīng)器可以提供一個(gè)更有利的表面與體積比例。這個(gè)表面與體積比例也可以用于使光線在反應(yīng)溶液中的傳輸與傳統(tǒng)的光化學(xué)設(shè)備相比明顯改進(jìn)。在常見(jiàn)的光化學(xué)反應(yīng)裝置中的該比例經(jīng)常導(dǎo)致，只能使用微小濃度的離析物。這部分地造成不能良好地監(jiān)控所照射的液體層的厚度。
在H.Ehrich等人出版的“Application of MicrostructuredReactor Technology for the Photochemical Chlorination ofAlkylaromatics”，Chimia 56(2002)第647至653頁(yè)中描述了使用一種用于甲苯-2、4-二異氰酸脂的選擇光氯化的微落膜反應(yīng)器。在DE101 62 801 A1中也描述了一種相應(yīng)的微落膜反應(yīng)器。通過(guò)一個(gè)窗口這個(gè)反應(yīng)器盡管允許射入光線，但是不利用全部的入射光線量，因?yàn)橐徊糠钟捎诮Y(jié)構(gòu)而被遮蔽。此外這個(gè)反應(yīng)器存在缺陷，不能在一個(gè)寬范圍上監(jiān)控停留時(shí)間和照射時(shí)間，因?yàn)閷?duì)于落膜原理總是存在至少潛在的裂膜的危險(xiǎn)。
由Hang Lu等人出版的“Photochemical reactions and on-line UVdetection in microfabricated reactors”，Lab on a chip 2001，1第22至28頁(yè)描述了另一種用于光化學(xué)反應(yīng)的微反應(yīng)器。在這個(gè)微反應(yīng)器中一個(gè)硅芯片配有一個(gè)通道。該反應(yīng)器通過(guò)一個(gè)派萊克斯板覆蓋，因此它允許通過(guò)光照射。對(duì)于在這里公開(kāi)的微反應(yīng)器的缺陷是，不能良好地確定反應(yīng)物在通道中的停留時(shí)間特性，并且具有一個(gè)唯一通道的反應(yīng)器構(gòu)思不能夠?qū)崿F(xiàn)通流率與照射時(shí)間的良好匹配性。此外對(duì)于由Hang Lu等人描述的反應(yīng)器所使用的硅材料是脆性的并因此易于斷裂，難以清潔并且對(duì)于許多介質(zhì)是不相容的。
因此本發(fā)明的目的是，提供一種微型光致反應(yīng)器，它使反應(yīng)物在反應(yīng)空間中具有一個(gè)確定的停留時(shí)間特性以及能夠使通流率與照射時(shí)間適配。
按照本發(fā)明的解決方案是一個(gè)用于在至少一種反應(yīng)介質(zhì)中進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)的微型光致反應(yīng)器，所述反應(yīng)介質(zhì)是液體的、氣體的或彌散的，其中為了進(jìn)行反應(yīng)所需的光由一個(gè)設(shè)置在反應(yīng)器外部的照射源輸送。所述反應(yīng)介質(zhì)在此通流至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)通道，其中在這個(gè)反應(yīng)區(qū)中的至少一個(gè)部位對(duì)于光是透明的并且通流方向這樣相對(duì)于水平面傾斜，并且使相對(duì)于至少一個(gè)反應(yīng)通道的輸入和排出這樣設(shè)置，使得所述反應(yīng)介質(zhì)在至少一個(gè)反應(yīng)通道里面通過(guò)一個(gè)與重力反向的壓差輸送。
使通流方向相對(duì)于水平面傾斜的角度最好位于10°至90°的范圍內(nèi)。由此在反應(yīng)通道中產(chǎn)生一個(gè)通流阻力，它大于在各個(gè)反應(yīng)通道中產(chǎn)生的邊緣效應(yīng)。由此在反應(yīng)通道中實(shí)現(xiàn)一個(gè)較窄的停留時(shí)間分布。通流方向相對(duì)于水平面傾斜的斜度取決于反應(yīng)介質(zhì)的粘度。隨著粘度的增加可以選擇一個(gè)更小的角度，因?yàn)殡S著粘度的增加通流阻力同樣增加。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中所述反應(yīng)區(qū)具有一個(gè)板的形狀，至少一個(gè)反應(yīng)通道位于其中并且它的至少一個(gè)板平面是透明的。在此也可以這樣描述一個(gè)這樣的反應(yīng)區(qū)板，所述反應(yīng)通道只位于一個(gè)板件里面并且使這個(gè)板件通過(guò)一個(gè)透明的板件覆蓋，但是也可以實(shí)現(xiàn)相反的結(jié)構(gòu)。
所述通流方向通過(guò)反應(yīng)區(qū)的斜度確定。反應(yīng)介質(zhì)在設(shè)備中的總停留時(shí)間的一個(gè)判定分量是時(shí)間，在其期間反應(yīng)介質(zhì)通流照射區(qū)并且可以光化學(xué)地轉(zhuǎn)換。用于使一種物質(zhì)的確定摩爾量轉(zhuǎn)換所需的照射時(shí)間可以通過(guò)下列關(guān)系式推測(cè)t=nhcNLIλφ---(1)]]>t是照射時(shí)間(s)，I是光線功率(W)，h是普朗克作用量子，(Js)，c是光速(m/s)，λ是波長(zhǎng)(m)，NL是亞佛加多羅數(shù)(mol-1)，n是照射分子的摩爾數(shù)，是反應(yīng)的量子輸出。
這個(gè)關(guān)系式表示，照射時(shí)間主要取決于量子輸出、光源強(qiáng)度和要被轉(zhuǎn)換分子的數(shù)量。按照本發(fā)明的微型光致反應(yīng)器的照射時(shí)間可以通過(guò)調(diào)節(jié)通流量通過(guò)所施加的壓力差適配于要求。所述反應(yīng)區(qū)板的更換附加地允許適配于所輸送的流量。
在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中在反應(yīng)區(qū)中存在10至10,000個(gè)反應(yīng)通道。反應(yīng)通道的尺寸最好適配于要進(jìn)行的光化學(xué)轉(zhuǎn)換地實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選的反應(yīng)通道深度和寬度位于10μm至1000μm之間。
所述反應(yīng)通道優(yōu)選借助于腐蝕法、激光材料加工、微電火花侵蝕或其它微加工方法制成。這樣選擇反應(yīng)通道的深度，使得一方面直到通道邊緣產(chǎn)生足夠的照射強(qiáng)度，用于在邊緣也實(shí)現(xiàn)所期望的轉(zhuǎn)換。另一方面在反應(yīng)介質(zhì)中吸收盡可能大的光線量，用于可以使盡可能多的入射能量用于轉(zhuǎn)換。滲透深度可以借助于朗伯特-比爾定律計(jì)算來(lái)作為液體層的厚度，按照該厚度使入射的光線強(qiáng)度降低到原始入射光線強(qiáng)度的90％。
d90%=1ϵc---(2)]]>其中ε和c是摩爾的消光系數(shù)(L mol-1cm-1)或濃度(mol/L)。也可以選擇其它的滲透深度(例如強(qiáng)度降低到初始強(qiáng)度的1/e tel)。
在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中所述反應(yīng)通道具有一個(gè)圓形橫截面。由此避免包含在反應(yīng)介質(zhì)中的物質(zhì)粘附在拐角里面。
所述微通道在并聯(lián)的結(jié)構(gòu)中直線地、拐角地、曲折地或以普通技術(shù)人員公知的其它幾何形狀構(gòu)成。為了適配于照射時(shí)間對(duì)于相同的通流率優(yōu)選在照射的反應(yīng)區(qū)中實(shí)現(xiàn)一個(gè)更長(zhǎng)的反應(yīng)通道段。
在另一優(yōu)選的實(shí)施方式中這樣構(gòu)成到反應(yīng)通道的輸入，使得至少兩種組分混合。
在一種特別優(yōu)選的實(shí)施方式中對(duì)反應(yīng)通道涂覆。在此可以使用作用于反應(yīng)介質(zhì)表面應(yīng)力的覆層，用于影響流動(dòng)特性。特別優(yōu)選的是催化激活的覆層，它們可以有利地影響微型光致反應(yīng)器中的化學(xué)反應(yīng)。也可以使用一種材料涂覆，所述材料對(duì)于所使用光譜范圍中的光線具有高的反射性。
除了對(duì)反應(yīng)通道的涂覆以外在另一優(yōu)選的實(shí)施方式中可以使下板層由一種催化激活的材料制成，它影響反應(yīng)介質(zhì)的表面應(yīng)力，或者它對(duì)于所使用光譜范圍中的光線具有高的反射性。
為了能夠?qū)崿F(xiàn)反應(yīng)介質(zhì)的照射，所述反應(yīng)區(qū)板在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中包括至少一個(gè)下板件和一個(gè)透明的覆蓋板件，它平齊地頂靠在下板件上。
在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中作為照射源例如使用氣體放電燈、半導(dǎo)體光源或激光，它們通過(guò)透明的覆蓋板照射要被照射的反應(yīng)介質(zhì)。同時(shí)可以使用多個(gè)照射源，它們以不同的波長(zhǎng)或者在不同的光譜范圍中發(fā)射。對(duì)于光化學(xué)反應(yīng)優(yōu)選使用的照射源在所選擇的范圍中均勻且光譜選擇地照射反應(yīng)介質(zhì)。
所述微型光致反應(yīng)器可以平面地、彎曲地或圓柱形地構(gòu)成。對(duì)于彎曲的或圓柱形的實(shí)施方案透明的板件最好設(shè)置在指向一個(gè)照射源的內(nèi)側(cè)面上。
在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中所述透明的板件是隔熱的。為此該板件可以由一種隔熱材料制成或者優(yōu)選雙壁地通過(guò)一個(gè)空氣間隙構(gòu)成。由此防止在反應(yīng)介質(zhì)低溫時(shí)沉積。在另一優(yōu)選的實(shí)施方式中該板件構(gòu)成光譜過(guò)濾器。該光譜過(guò)濾器可以是一個(gè)短通道、長(zhǎng)通道、帶通道或干擾抑制過(guò)濾器。此外所述透明的板件可以包括一個(gè)IR過(guò)濾器，用于防止反應(yīng)介質(zhì)通過(guò)來(lái)自照射源的紅外分量不期望地加熱。
在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中所述反應(yīng)通道在下板件中構(gòu)成。為了使反應(yīng)介質(zhì)不能從反應(yīng)通道中排出，所述反應(yīng)通道通過(guò)透明覆蓋板覆蓋。透明的板件在此可以是光滑的或者同樣包括在其中構(gòu)成的反應(yīng)通道。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中所述反應(yīng)通道不僅容納在下板件中而且容納在透明板件中并且相互對(duì)準(zhǔn)。由此使反應(yīng)通道的橫截面幾何形狀通過(guò)反應(yīng)通道在下板件中的形狀和反應(yīng)通道在透明板件中的形狀確定。
為了排出在反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的熱量或者為了輸入附加的熱量可以使反應(yīng)區(qū)可拆卸地固定在一個(gè)傳熱模塊上。該傳熱模塊為了溫度調(diào)節(jié)反應(yīng)區(qū)板可以包括一個(gè)電加熱器或珀?duì)柼蛘哂蓳Q熱器構(gòu)成。通過(guò)在傳熱模塊中的各個(gè)加熱區(qū)或冷卻區(qū)之間容納縫隙能夠調(diào)節(jié)在反應(yīng)區(qū)板中在通流方向上的溫度梯度。通過(guò)或者集成在反應(yīng)區(qū)板下板件中或者集成在傳熱模塊中的傳感器能夠確定例如壓力、溫度、粘度或流速。為此例如可以使用壓力傳感器、溫度傳感器、導(dǎo)熱傳感器、粘度傳感器或光線傳感器以及電容式、電感式、壓電式、介電式傳感器、導(dǎo)電性檢測(cè)器或超聲波檢測(cè)器。
下面借助于附圖附加地詳細(xì)描述本發(fā)明。附圖中

圖1以一個(gè)透視圖示出一個(gè)垂直豎立的具有照射裝置的微型光致反應(yīng)器，圖2.1以一個(gè)示意圖示出一個(gè)具有直線反應(yīng)通道的反應(yīng)區(qū)板，圖2.2以一個(gè)示意圖示出一個(gè)具有拐角反應(yīng)通道的反應(yīng)區(qū)板，圖2.3以一個(gè)示意圖示出一個(gè)具有結(jié)構(gòu)化的壁的通道的反應(yīng)區(qū)板，圖3以一個(gè)示意圖示出一個(gè)具有集成的混合器結(jié)構(gòu)的反應(yīng)區(qū)板，圖4示出一個(gè)具有傳熱模塊和反應(yīng)區(qū)板的微型光致反應(yīng)器，圖5.1以一個(gè)截面圖示出一個(gè)反應(yīng)區(qū)板的第一實(shí)施方式，圖5.2以一個(gè)截面圖示出一個(gè)反應(yīng)區(qū)板的第二實(shí)施方式。
在圖1中示出一個(gè)垂直豎立的具有照射源的微型光致反應(yīng)器的透視圖。
一個(gè)微型光致反應(yīng)器1包括一個(gè)由反應(yīng)區(qū)板2構(gòu)成的反應(yīng)區(qū)，它容納在一個(gè)外殼3里面。在反應(yīng)區(qū)板2里面容納反應(yīng)通道4，在其中進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)反應(yīng)區(qū)板2的尺寸在反應(yīng)區(qū)板2中最好可以容納10至10000個(gè)反應(yīng)通道4。除了在圖1中所示的具有平行的、直線的反應(yīng)通道4結(jié)構(gòu)以外反應(yīng)通道4也可以是拐角的或曲折的或者由普通技術(shù)人員公知的任何其它的結(jié)構(gòu)。
所述反應(yīng)區(qū)板2在外殼3中的固定可以傳力配合連接或形狀配合連接地實(shí)現(xiàn)。對(duì)于在圖1中所示的實(shí)施方式該反應(yīng)區(qū)板2傳力配合連接地通過(guò)螺栓5固定在外殼3里面。該反應(yīng)區(qū)板2最好包括一個(gè)下板件，它通過(guò)一個(gè)透明的覆蓋板件6封閉，該覆蓋板件可以透過(guò)具有反應(yīng)所需波長(zhǎng)的光。
通過(guò)一個(gè)入口7使反應(yīng)介質(zhì)輸送到反應(yīng)區(qū)板2。如果要使反應(yīng)物在反應(yīng)區(qū)板2中才實(shí)現(xiàn)混合，則對(duì)于每種反應(yīng)物配有一個(gè)自身的入口7。
通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)品通過(guò)一個(gè)出口8從微型光致反應(yīng)器1中排出。為了附加地對(duì)于由于重力擠壓在反應(yīng)通道4中產(chǎn)生的通流阻力提高通流阻力，可以在出口8上設(shè)置一個(gè)閥門(mén)。反應(yīng)介質(zhì)通過(guò)一個(gè)壓差輸送到反應(yīng)通道4里面。對(duì)于光化學(xué)反應(yīng)所需的光通過(guò)一個(gè)照射源9發(fā)出。適合于作為照射源的例如是氣體放電燈、半導(dǎo)體光源或激光。在此這樣選擇所述照射源9，使得光在以對(duì)于光化學(xué)反應(yīng)所需的波長(zhǎng)范圍中發(fā)出。在此光的波長(zhǎng)范圍可以從可見(jiàn)光范圍的紅外范圍一直延伸到紫外范圍。最好這樣構(gòu)成照射源9，使得所發(fā)出的光沿著以一個(gè)附圖標(biāo)記10表示的方向入射到反應(yīng)區(qū)板2上。
為了監(jiān)控壓力、溫度、粘度和流速可以在微型光致反應(yīng)器中集成傳感器。傳感器的供電、如果需要的話以及數(shù)據(jù)傳遞通過(guò)一個(gè)設(shè)置在外殼3上的電接頭11實(shí)現(xiàn)。在此數(shù)據(jù)傳遞通過(guò)電纜、光導(dǎo)纖維或無(wú)線電技術(shù)傳遞到外部設(shè)備。所述外部設(shè)備的任務(wù)是記錄、顯示、繼續(xù)處理和調(diào)節(jié)溫度、壓力、流量、照射強(qiáng)度或照射波長(zhǎng)。最好以轉(zhuǎn)換測(cè)量為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)照射強(qiáng)度或照射波長(zhǎng)的測(cè)量。作為外部設(shè)備最好使用計(jì)算機(jī)。
圖2.1，2.2和2.3示出在反應(yīng)區(qū)板中反應(yīng)通道的不同實(shí)施方式。
對(duì)于在圖2.1中所示的實(shí)施方式所述反應(yīng)通道4平行且直線地設(shè)置在反應(yīng)區(qū)板2里面。所述反應(yīng)介質(zhì)通過(guò)在反應(yīng)通道4下部的輸入孔12輸入。然后使反應(yīng)介質(zhì)在各個(gè)反應(yīng)通道4中向上流動(dòng)，其中使反應(yīng)介質(zhì)通過(guò)來(lái)自未示出的照射源9的光照射。在反應(yīng)通道4中實(shí)現(xiàn)反應(yīng)介質(zhì)到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)換。產(chǎn)品聚集在一個(gè)設(shè)置在反應(yīng)通道4上部的收集區(qū)13里面。通過(guò)一個(gè)輸出口14從收集區(qū)13取出產(chǎn)品。
與此不同，圖2.2示出一種具有拐角的反應(yīng)通道4的實(shí)施方式。在這里反應(yīng)介質(zhì)也通過(guò)輸入孔12輸送到反應(yīng)通道4。在反應(yīng)通道4中實(shí)現(xiàn)光化學(xué)反應(yīng)，其中反應(yīng)介質(zhì)轉(zhuǎn)換成產(chǎn)品。產(chǎn)品聚集在收集區(qū)13并通過(guò)輸出口14從收集區(qū)13排出。通過(guò)反應(yīng)通道4的拐角結(jié)構(gòu)能夠在反應(yīng)區(qū)板2上安置比直線反應(yīng)通道更少的反應(yīng)通道4。通過(guò)拐角的反應(yīng)通道4延長(zhǎng)通流路徑并由此延長(zhǎng)在微型光致反應(yīng)器中的停留時(shí)間。
圖2.3示出另一具有寬的反應(yīng)通道4的實(shí)施方式，在反應(yīng)通道中壓制出一種結(jié)構(gòu)15。對(duì)于在圖2.3中所示的實(shí)施變型方案反應(yīng)介質(zhì)也通過(guò)在反應(yīng)區(qū)板2下部的輸入孔12輸入。在這里通過(guò)輸出口14排出產(chǎn)品，該輸出口設(shè)置在反應(yīng)區(qū)板2的上部。對(duì)于在圖2.3中所示的實(shí)施例可以省去一個(gè)收集區(qū)13，因?yàn)樗蟹磻?yīng)介質(zhì)頭通過(guò)一個(gè)反應(yīng)通道4導(dǎo)引。對(duì)于在圖2.3中所示的實(shí)施變型方案附加地可以通過(guò)側(cè)面設(shè)置的開(kāi)孔16輸入另一種流體。由于在反應(yīng)通道4中的結(jié)構(gòu)15使側(cè)面通過(guò)開(kāi)孔16輸入的流體與通過(guò)輸入孔12輸入的反應(yīng)介質(zhì)混合。通過(guò)開(kāi)孔16輸入流體產(chǎn)生一種橫流，通過(guò)它例如可以去除反應(yīng)介質(zhì)中的固態(tài)顆粒。含有固態(tài)顆粒的橫流可以通過(guò)出口29從通道中排出。
圖3示出一個(gè)具有集成的混合結(jié)構(gòu)的反應(yīng)區(qū)板。
在圖3中所示的實(shí)施方式基本對(duì)應(yīng)于在圖2.1中所示的實(shí)施方式。與在圖2.1中所示實(shí)施方式不同，不通過(guò)各輸入孔12，而是通過(guò)混合區(qū)20實(shí)現(xiàn)反應(yīng)介質(zhì)到反應(yīng)通道4的輸入，通過(guò)第一流體的輸入孔17將第一流體輸入混合區(qū)并通過(guò)第二流體的輸入孔18將第二流體輸送到反應(yīng)通道4。為了保證第一流體與第二流體的強(qiáng)烈混合，交替地設(shè)置輸入孔17，18。在此第一流體的輸入孔17對(duì)于在圖3所示的實(shí)施變型方案分別設(shè)置在反應(yīng)通道4的右側(cè)而第二流體的輸入孔18設(shè)置在反應(yīng)通道4的左側(cè)。在此第一流體的輸入孔17與第二流體的輸入孔18嚙合。由此保證第二流體的強(qiáng)烈混合。在反應(yīng)通道4中使反應(yīng)介質(zhì)以通過(guò)附圖標(biāo)記19表示的收集區(qū)13的通流方向通流。從收集區(qū)13使產(chǎn)品通過(guò)輸出口14取出。除了交替地設(shè)置嚙合的輸入孔17，18以外為了混合反應(yīng)介質(zhì)的組分也可以在反應(yīng)通道4中設(shè)置一種型材。用于光化學(xué)反應(yīng)所需的照射或者可以在混合區(qū)20處實(shí)現(xiàn)和/或可以在混合區(qū)20的接頭上實(shí)現(xiàn)。
在圖4中示出一個(gè)具有傳熱模塊和反應(yīng)區(qū)板的微型光致反應(yīng)器。
為了可以排出在光化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的熱量或者輸入附加的熱量，可以使反應(yīng)區(qū)板2最好可拆卸地裝配在一個(gè)傳熱模塊21上。在此熱量輸入或者通過(guò)電加熱元件22或者溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)(Temperiermedium)輸入。例如水或?qū)嵊瓦m合作為溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)。通過(guò)一個(gè)溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)輸入口23將溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)輸入到傳熱模塊21并且通過(guò)一個(gè)溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)出24再排出溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)。在通過(guò)溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)加熱或冷卻反應(yīng)區(qū)板2時(shí)將流體通道設(shè)置在傳熱模塊21里面，溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)通流流體通道。通過(guò)橫向于反應(yīng)介質(zhì)通流方向設(shè)置在反應(yīng)區(qū)板2中位于傳熱模塊21里的縫隙25的結(jié)構(gòu)可以使傳熱模塊21分成單個(gè)的溫度調(diào)節(jié)區(qū)26。對(duì)于各個(gè)溫度調(diào)節(jié)區(qū)26的不同溫度調(diào)節(jié)可以在反應(yīng)區(qū)板2中產(chǎn)生一個(gè)溫度梯度。為了監(jiān)控各個(gè)溫度調(diào)節(jié)區(qū)26的溫度在溫度調(diào)節(jié)區(qū)26中最好設(shè)置溫度傳感器27。例如熱電偶或電阻溫度計(jì)適合作為溫度傳感器27。
通過(guò)反應(yīng)區(qū)板2與傳熱模塊21的可拆卸連接，當(dāng)希望其它反應(yīng)條件或者要進(jìn)行其它反應(yīng)時(shí)，能夠方便地更換反應(yīng)區(qū)板2。
為了提高產(chǎn)量可以通過(guò)簡(jiǎn)單的方法使多個(gè)微型光致反應(yīng)器1并聯(lián)連接。各個(gè)微型光致反應(yīng)器1的并聯(lián)連接的優(yōu)點(diǎn)是，在提高反應(yīng)量時(shí)不改變反應(yīng)條件。
除了反應(yīng)通道4的并聯(lián)結(jié)構(gòu)以外也可以使反應(yīng)通道4串聯(lián)地設(shè)置。
在圖5.1中示出一種反應(yīng)區(qū)板的第一實(shí)施方式。
該反應(yīng)區(qū)板2包括一個(gè)下板件28和一個(gè)透明的覆蓋板件6。該下板件28最好由一種材料制成，該材料有利地影響反應(yīng)介質(zhì)的表面應(yīng)力，起到催化作用或者該材料對(duì)于所使用的光譜范圍中的光線具有高反射性。
所述透明的覆蓋板件6最好隔熱地構(gòu)成。為此它或者可以由一種隔熱材料制成或者具有一個(gè)空氣間隙32。
對(duì)于在圖5.1中所示的實(shí)施方式所述反應(yīng)通道4在下板件28中構(gòu)成。除了在這里所示的半圓形橫截面以外也可以是一個(gè)三角形、矩形、梯形或普通技術(shù)人員公知的任何其它的橫截面形狀。
所述反應(yīng)通道4最好通過(guò)透明的覆蓋板件6封閉。為此使該透明覆蓋板件6最好形狀配合連接或傳力配合連接地與下板件28連接。與在圖5.1中所示的實(shí)施例不同在圖5.2中所述反應(yīng)通道4也在透明的覆蓋板件6中構(gòu)成。通過(guò)使在下板件28與透明的覆蓋板件6中構(gòu)成的反應(yīng)通道4相互對(duì)準(zhǔn)，能夠產(chǎn)生反應(yīng)通道4的一個(gè)圓形橫截面。通過(guò)避免在反應(yīng)通道4中的拐角有利地防止反應(yīng)介質(zhì)中的物質(zhì)沉積在通道壁30，31上。
附圖標(biāo)記列表1 微型光致反應(yīng)器2 反應(yīng)區(qū)板3 外殼4 反應(yīng)通道5 螺栓6 透明的覆蓋板件7 入口8 出口9 照射源10光線的方向11電接頭12輸入孔13收集區(qū)14輸出口15結(jié)構(gòu)16開(kāi)孔17第一流體輸入孔18第二流體輸入孔19通流方向20混合區(qū)21傳熱模塊22加熱元件23溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)的輸入口24溫度調(diào)節(jié)介質(zhì)的輸出口
25縫隙26溫度調(diào)節(jié)區(qū)27溫度傳感器28下板件29排出孔30第一通道壁31第二通道壁
權(quán)利要求
1.一種用于在至少一種反應(yīng)介質(zhì)里面進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)的微型光致反應(yīng)器，其中反應(yīng)介質(zhì)是液體的、氣體的或者是彌散的，其中為了進(jìn)行反應(yīng)所需的光由一個(gè)設(shè)置在反應(yīng)器外部的照射源(9)輸送，其特征在于，所述反應(yīng)介質(zhì)通流至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)(2)的反應(yīng)通道(4)，其中在這個(gè)反應(yīng)區(qū)中的至少一個(gè)部位對(duì)于光是透明的并且通流方向以一個(gè)10°至90°的角度相對(duì)于水平面傾斜，所述反應(yīng)介質(zhì)通過(guò)一個(gè)與重力反向的壓差輸送到至少一個(gè)反應(yīng)通道(4)里面。
2.如權(quán)利要求1所述的微型光致反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)區(qū)以一個(gè)反應(yīng)區(qū)板(2)的形狀構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求2所述的微型光致反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)區(qū)板(2)可拆卸地固定在一個(gè)傳熱模塊(21)上。
4.如權(quán)利要求2或3所述的微型光致反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)區(qū)板(2)平面地、彎曲地或圓柱形地構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求2至4中任一項(xiàng)所述的微型光致反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng)區(qū)板(2)包括至少一個(gè)下板件(28)和一個(gè)透明的覆蓋板件(6)，它平齊地頂靠在下板件(28)上并與這個(gè)板件形狀配合連接或傳力配合連接地相連。
6.如權(quán)利要求5所述的微型光致反應(yīng)器，其特征在于，所述至少一個(gè)反應(yīng)通道(4)容納在下板件(28)里面。
7.如權(quán)利要求5或6所述的微型光致反應(yīng)器，其特征在于，所述至少一個(gè)反應(yīng)通道(4)容納在透明的覆蓋板件(6)里面。
8.如權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的微型光致反應(yīng)器，其特征在于，所述下板件(28)由一種材料制成，它對(duì)于所使用光譜范圍內(nèi)的光線具有高的反射性。
9.如權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的微型光致反應(yīng)器，其特征在于，所述下板件(28)由一種材料制成，它起到催化激活的作用。
10.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的微型光致反應(yīng)器，其特征在于，所述至少一個(gè)反應(yīng)通道(4)通過(guò)一種具有在光譜范圍中高反射性的材料或一種催化激活的材料涂覆。
11.如權(quán)利要求5至10中任一項(xiàng)所述的微型光致反應(yīng)器，其特征在于，所述透明的覆蓋板件(6)由一種隔熱材料制成。
12.如權(quán)利要求5至11中任一項(xiàng)所述的微型光致反應(yīng)器，其特征在于，所述透明的覆蓋板件(6)起到光譜過(guò)濾器的作用。
13.如權(quán)利要求3所述的微型光致反應(yīng)器，其特征在于，所述傳熱模塊(21)為了對(duì)反應(yīng)區(qū)板(2)溫度調(diào)節(jié)包括電加熱器或珀耳帖元件或者由換熱器構(gòu)成。
14.如權(quán)利要求3至13中任一項(xiàng)所述的微型光致反應(yīng)器，其特征在于，構(gòu)成所述傳熱模塊(21)，使得沿著反應(yīng)區(qū)板(2)在通流方向上可以調(diào)節(jié)一個(gè)溫度梯度。
15.如權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的微型光致反應(yīng)器，其特征在于，在下板件(28)中或者在傳熱模塊(21)中容納用于監(jiān)控反應(yīng)介質(zhì)的傳感器(27)和用于調(diào)節(jié)反應(yīng)參數(shù)的傳感器(27)。
16.如權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的微型光致反應(yīng)器，其特征在于，在至少一個(gè)反應(yīng)通道(4)里面容納一個(gè)用于混合至少兩種反應(yīng)介質(zhì)的混合區(qū)(20)。
17.如權(quán)利要求16所述的微型光致反應(yīng)器，其特征在于，所述混合區(qū)(20)可以被照射。
18.如權(quán)利要求16所述的微型光致反應(yīng)器，其特征在于，所述通過(guò)光的照射緊接著混合區(qū)(20)實(shí)現(xiàn)。
19.如權(quán)利要求1至18中任一項(xiàng)所述的微型光致反應(yīng)器，其特征在于，所述至少一個(gè)反應(yīng)通道(4)通過(guò)一種材料涂覆，通過(guò)它對(duì)反應(yīng)介質(zhì)的表面應(yīng)力起到有利地影響。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)的具有反應(yīng)介質(zhì)的微型光致反應(yīng)器(1)，其中反應(yīng)介質(zhì)是液體的、氣體的或者是彌散的。為了進(jìn)行反應(yīng)所需的光由一個(gè)設(shè)置在反應(yīng)器(2)外部的照射源(9)輸送。所述反應(yīng)介質(zhì)通流至少一個(gè)反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)通道(4)，其中在這個(gè)反應(yīng)區(qū)中的至少一個(gè)部位對(duì)于光是透明的并且通流方向以一個(gè)10°至90°的角度相對(duì)于水平面傾斜，所述反應(yīng)混合物通過(guò)一個(gè)與重力反向的壓差輸送到至少一個(gè)反應(yīng)通道(4)里面。
文檔編號(hào)B01F5/06GK1845786SQ200480025510
公開(kāi)日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2004年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月5日
發(fā)明者W·埃爾費(fèi)爾德, F·謝爾 申請(qǐng)人:埃爾費(fèi)爾德微技術(shù) Bts 有限責(zé)任公司