板式微通道連續(xù)流光反應器的工作原理基于微通道技術、光學技術與流體力學的協(xié)同作用,通過結構設計與反應調(diào)控實現(xiàn)高效光化學反應。其核心流程可分為以下四個環(huán)節(jié):
1. 微通道流體動力學控制
反應器采用微米級通道網(wǎng)絡,通道尺寸通常在10-1000微米范圍內(nèi)。反應物在微型泵驅(qū)動下以層流狀態(tài)連續(xù)流動,通過精密設計的流道結構實現(xiàn)快速混合與均勻分散。微通道的高比表面積特性(5000-50000 m2/m3)使流體分子擴散距離縮短,傳質(zhì)效率較傳統(tǒng)設備提升1-3個數(shù)量級。
2. 光化學激發(fā)與能量轉(zhuǎn)化
特定波長光源(如280nm-600nm LED)通過雙面光照模塊直接照射微通道,光子能量被反應物分子吸收后引發(fā)電子躍遷或自由基生成。微通道結構使光程縮短至毫米級,光子吸收效率較傳統(tǒng)反應器提升40%以上。
3. 反應熱力學動態(tài)調(diào)控
微通道壁面集成微型熱交換器,通過液冷系統(tǒng)將反應熱瞬時移除,溫度波動控制在±0.5℃以內(nèi)。例如"心型結構"微通道通過剪切-分流-再結合機制強化傳質(zhì),同時降低流體壓力阻降,特別適用于放熱劇烈的光催化反應。
4. 產(chǎn)物連續(xù)輸出與工藝放大
反應后產(chǎn)物經(jīng)連續(xù)流形式排出,停留時間可通過通道長度(0.1-10m)和流速(0.1-10 mL/min)精確調(diào)控。模塊化設計支持多反應板并聯(lián)擴展,從實驗室毫升級到工業(yè)噸級可實現(xiàn)線性放大,有效規(guī)避傳統(tǒng)反應器的放大效應。
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