PhotoFlowReactor

Concepto

La cantidad de fotones necesaria para una reacción fotoquímica es el medio estequiométrico proporcional a la cantidad de material inicial alcanzado por la radiación. Se necesitan fotones adicionales para compensar la pérdida debida a la absorción al pasar a través del material de la lámpara, del reactor y de los fluidos como por ejemplo el disolvente.  Con los reactores de flujo, la trayectoria de la radiación a través del fluido puede mantenerse corta y, por tanto, la absorción baja, de modo que son más eficientes que los reactores de agitación. El PhotoFlowReactor consiste en una lámpara de inmersión cilíndrica instalada en un tubo cilíndrico que genera un hueco anular. El fluido de reacción fluye a través de este hueco anular, un camino corto para la radiación. Este diseño básico es común a escala de laboratorio. De Dietrich Process System ha transferido este concepto junto con PESCHL Ultraviolet GmbH a este PhotoFlowReactor a escala de producción.

Función

El PhotoFlowReactor es un reactor de flujo para reacciones fotoquímicas en fase líquida con la opción de dispersar un gas de reacción en la entrada. Las fotorreacciones pueden realizarse entre -30 y +100°C hasta +1 barg. El caudal hidráulico máximo es muy superior a 20m³/h, de modo que el caudal máximo de funcionamiento viene determinado por el tiempo de residencia mínimo necesario para la reacción. El PhotoFlowReactor ha sido estandarizado para diferentes volúmenes de reactores con iluminación directa hasta 150l. 

Un PhotoFlowReactor continuo permite una distribución del tiempo de residencia mucho más estrecha que un reactor continuo agitado, de modo que se puede lograr una mayor selectividad.

Los PhotoFlowReactors pueden conectarse en serie para aumentar el tiempo de residencia o en paralelo para aumentar el rendimiento. Como tales, pueden funcionar en modo continuo completo o en modo discontinuo como reactores de bucle lateral.

Descripción técnica

PESCHL Ultraviolett GmbH proporciona fuentes de luz con una capacidad de hasta 60kW. Tienen una purga interna de nitrógeno para evitar cualquier atmósfera peligrosa dentro de la lámpara (1). Aunque las lámparas son altamente eficientes, generan bastante calor. Las superficies calientes en el fluido de reacción pueden conducir a la descomposición química y aumentar la temperatura de la mezcla de reacción a un nivel no deseado. Para evitar estas superficies calientes, la lámpara de inmersión tiene una camisa de refrigeración (2) conectada a un circuito de refrigeración externo con una presión máxima de +1,5 barg. Para aislar la camisa de refrigeración del fluido de reacción, se puede añadir una camisa adicional (3), ya sea evacuada o llenada hasta +2 barg con un gas como el nitrógeno. El uso de diferentes gases permite absorber la radiación con longitudes de onda no deseadas. Con lo anterior, la radiación puede tener que pasar hasta 3 paredes de vidrio para que se considere su absorción. Como se muestra a continuación, el vidrio borosilicato 3.3 es transparente con respecto a la VIS y la UV (A y B). El vidrio de cuarzo tiene un rango de transparencia aumentado hasta los UV (C) 0,2µm. Por lo tanto, en caso de que se aplique la radiación VUV - UV (B y C) - se utiliza el vidrio de cuarzo.

El reactor de vidrio QVF® SUPRA-Line es básicamente un tubo(4) con una cubierta de aislamiento exterior evacuada y recubierta de plata(5) que refleja la radiación hacia el interior. El volumen de reacción directamente iluminado es una función del espacio anular entre la pared interior del tubo del reactor (4) y la pared exterior de la cubierta (2) o (3). Cuanto más alta sea la tasa de absorción del líquido, más pequeño debe ser el espacio anular. Un menor espacio anular significa también un menor volumen de reacción.

Una sección opcional de dispersión de gas en la entrada del UV-FlowReactor permite una excelente transferencia de masa para las reacciones gas/líquido por medio del embalaje DURAPACK®.

Las conexiones para los medios de proceso y la instrumentación son QVF® SUPRA-Line. Las conexiones para las utilidades son del tipo DIN o ANSI.

El PhotoFlowReactor de máxima capacidad tiene una altura de unos 3 m y requiere una altura adicional para el mantenimiento de otros 4 m.