本技術涉及一種有機電化學反應器及其連續反應裝置。

背景技術：

1、此前已經發展的電化學放大裝置，比如flow?cell設備通量小，容易堵塞等；平行電極板反應器雖然電解面積大，但流速低，反應液需要循環電解導致產能低，還存在漏液，產氣、生成固體堵塞問題，限制了其在電化學有機合成的中的應用，flow?cell設備和平行電極板反應器均無法實現公斤級放大反應。反應釜設備雖然可以有效的避免產氣、固體堵塞問題等，但由于設備的比表面積小，很難實現等比例放大。因此目前電化學有機合成缺乏可以用于放大的模塊化設備。

技術實現思路

1、本實用新型要解決的技術問題是為了克服現有的電化學反應裝置在放大反應時存在的易堵塞以及產能低的問題。提供一種有機電化學反應器及其連續反應裝置，本實用新型能夠有效增加單個反應裝置的電解面積、提升產能，同時不會增加反應的放大效應。

2、本實用新型是通過下述技術方案來解決上述技術問題：

3、本實用新型公開了一種有機電化學反應器，其包括反應器和依次并列設置在所述反應器內的三個電極板，兩邊的兩個所述電極板均為陽極板，中間的所述電極板為陰極板；三個所述電極板相互平行，兩個所述陽極板在所述陰極板上的投影至少有部分重疊，相鄰所述電極板間設置有間距。

4、本實用新型中，相鄰兩個所述電極板的間距較佳地為所述反應器的內徑的1/2～1/5，更佳地為1/3～1/5。

5、當間距過大，有利與電解液充分混合，傳質傳熱迅速均勻，電解速率快。但電壓較高，電能損失較大；當間距過小，傳質傳熱不均勻，局部過熱，電解速率慢，而且反應過程中，正電極會發生物理形變，間距過小，會損壞電極。

6、在一些較佳實施方案中，相鄰兩個所述電極板的間距均為1～5cm，例如2cm。

7、本實用新型中，三個所述電極板較佳地等間距分布。增加傳質傳熱的快速均勻以及電極的安全性，降低設備的能耗。

8、本實用新型中，較佳地，兩個所述陽極板在所述陰極板上的投影完全重疊。當三個所述電極板的投影無重疊部分時，不發生電解反應。

9、本實用新型中，較佳地，所述反應器上設置有頂蓋，所述頂蓋包括蓋子本體和設置在所述蓋子本體上的塞柱，所述塞柱用于與所述反應器可拆卸地密封連接；所述頂蓋上設置有用于對應插入三個所述電極板的三個槽口，三個所述槽口依次并列地平行開設在所述蓋子本體上，并且三個所述槽口均貫通所述塞柱。通過設置具有一定厚度的塞柱，在實現頂蓋與反應器連接的同時穩固支撐電極板。

10、更佳地，所述蓋子本體包括蓋板和設置在所述蓋板的外側的邊沿，所述邊沿朝所述塞柱的設置方向延伸，所述邊沿的內壁與所述塞柱的側壁之間設置有環形空隙，所述環形空隙與所述反應器的壁厚匹配。通過設置邊沿固定頂蓋的位置，防止頂蓋來回移動而影響試驗過程。

11、其中，所述頂蓋上較佳地還設置有用于進料的進料口和用于出料的出料口，所述進料口設置在其中一個所述陽極板的外側，所述出料口設置在另一個所述陽極板的外側，所述陽極板的外側是指陽極板靠近所述反應器的內壁的一側。通過設置進料口和出料口，便于進料和出料，另外將進料口和出料口設置在陽極板的外側，可避免或減少進料出料對電解的影響。

12、最好的，所述出料口和所述進料口設置在所述塞柱上，且貫通所述塞柱，當在出料口和進料口中插入管道時，通過具有一定厚度的塞柱穩固支撐管道。

13、本實用新型中，所述反應器為本領域常規的釜式反應器，例如玻璃反應器。

14、本實用新型中，所述有機電化學反應器還可包括換熱器，通過通入所述換熱器內的換熱介質與所述反應器內體系進行換熱。

15、其中，所述反應器的外殼與所述反應器的內壁之間形成有環形空腔夾層，所述環形空腔夾層用于通入換熱介質，所述殼體上設置有供所述換熱介質流動的換熱介質進口和換熱介質出口，所述環形空腔夾層、所述換熱介質進口和所述換熱介質出口以及所需的換熱管路形成的換熱系統構成所述換熱器。當需要冷卻反應體系時，換熱介質為冷卻介質，當需要加熱反應體系時，換熱介質為加熱介質。

16、當然，換熱器也可以是其他結構，例如盤管結構，但優選上述夾層結構，可以提升換熱均勻性。

17、本實用新型中，所述有機電化學反應器還可包括電源，兩邊的兩個所述電極板并聯在所述電源的正極上，中間的電極板連接在所述電源的負極上。

18、本實用新型中，所述有機電化學反應器還可包括攪拌系統，所述攪拌系統較佳地為磁力攪拌系統。

19、所述有機電化學反應器還包括控制系統，所述控制系統與電源、泵系統連接，用于控制反應的電壓、電流和反應液的流動。

20、本實用新型中，所述電極板材質為本領域常規，例如石墨。

21、本實用新型中，所述電極板的長寬厚可根據反應器尺寸和投料量調整，例如長度可為200～350mm，寬度可為70～80mm，厚度可為3～5mm。

22、本實用新型還公開了一種連續反應裝置，其包括至少三個前述有機電化學反應器，多個所述有機電化學反應器依次串聯；

23、每個所述反應器上均設置有進料端和出料端，沿物料流動方向，前一個所述反應器的出料端與下一個所述反應器的進料端連接；

24、每個所述反應器內的所述陽極板、所述陰極板、所述陽極板自所述進料端向所述出料端的方向依次設置。

25、本實用新型中，所述反應器的進料端包括進料管，所述進料管的一端插入所述反應器內且位于靠近所述進料端的所述陽極板外側，所述進料管的另一端位于所述反應器外，所述陽極板外側是指陽極板靠近所述反應器的內壁的一側。

26、本實用新型中，所述反應器的進料端包括出料管，所述出料管的一端插入所述反應器內且位于靠近所述出料端的所述陽極板外側，所述出料管的另一端位于所述反應器外。

27、其中，所述進料管和/或所述出料管上設置有計量泵，通過計量泵來控制每個有機電化學反應器的進料流速。

28、本實用新型中，所述有機電化學反應器的數量可根據實際投料量以及反應時間需求進行調整，其中一實施例中所述有機電化學反應器的數量為5個。

29、本實用新型還公開了一種電解反應方法，其包括以下步驟：將電解液和底物形成的混合物加入前述有機電化學反應器或前述連續反應裝置中進行電解反應，得到產物；

30、當所述底物為3-糠酸甲酯、所述產物為2,5-二甲氧基-2,5-二氫-呋喃-3-羧酸甲酯時，所述電解反應的溫度為-10～5℃，所述電解反應的電量為4～5f/mol，每個所述反應器中，所述電解液的濃度與所述底物的濃度比為(1～5)：1。

31、本實用新型中，所述底物較佳地為底物溶液。

32、其中，所述底物溶液一般為底物溶于溶劑中形成。所述溶劑為本領域常規，例如meoh。

33、其中，所述底物溶液中底物的濃度可為50g/l。

34、本實用新型中，所述電解液的濃度與所述底物的濃度比較佳地為2：1。

35、本實用新型中，所述電解反應為本領域常規的有機電解反應。

36、其中，所述底物為常規的有機化合物，例如呋喃類化合物。所述呋喃類化合物較佳地為3-糠酸甲酯。

37、其中，所述產物為常規的α-位氧化的產物，例如二氫呋喃類化合物。所述二氫呋喃類化合物較佳地為2,5-二甲氧基-2,5-二氫-呋喃-3-羧酸甲酯。

38、本實用新型中，所述電解反應的時間與反應體系投料量、所述有機電化學反應器的數量有關，反應終止時間通過氣相色譜監測產物含量，當達到所需含量時停止反應。

39、本實用新型中，所述電解反應中還可包括攪拌步驟。所述攪拌的轉速較佳地為800～1000rpm。

40、本實用新型中，每個所述反應器的進料流速較佳地均為10～20ml/min，例如15ml/min。

41、本實用新型中，所述電解反應的溫度較佳地為-10～0℃或0～5℃，更佳地為-8～0℃。

42、本實用新型中，所述電解液為本領域常規，例如h2so4。

43、本實用新型中，每個所述反應器中，總有效電解面積與所述反應器中所述混合物的體積比為0.05～0.2cm2/ml，例如0.18cm2/ml；較佳地，每個所述陽極板的有效電解面積與所述反應器中所述混合物的體積比為0.01～0.1cm2/ml，例如0.09cm2/ml，所述有效電解面積是指陽極板浸入電解液中且與所述陰極板投影重疊且相對的面的面積。

44、本實用新型中，所述電量為總電量，例如，當采用一個有機電化學反應器時，電量為4～5f/mol，當采用所述連續反應裝置時，每個所述有機電化學反應器的電量為總電量與有機電化學反應器比值。

45、本實用新型中，所述電解反應結束后還可包括電解液的后處理步驟。

46、其中，所述電解液的后處理步驟較佳地包括：將電解反應結束后的電解液加入冰水和dcm的混合液中，以減少或避免產物變雜。

47、本實用新型的積極進步效果在于：

48、(1)本實用新型的有機電化學反應器中的三電極板組合可以有效的增加單個反應裝置的電解面積，增加陽極板反應的速度，提升產物的轉化。

49、(2)本實用新型的連續反應裝置，采用多個有機電化學反應器串聯，可以有效的增大產能，同時不會增加反應的放大效應。

50、(3)采用本實用新型的有機電化學反應器及其連續反應裝置，在反應的放大生產中，能夠得到較好的產物轉化率，尤其是3-糠酸甲酯電解合成2,5-二甲氧基-2,5-二氫-呋喃-3-羧酸甲酯中，gc?ipc顯示反應體系中2,5-二甲氧基-2,5-二氫-呋喃-3-羧酸甲酯可達到95％，產能可達到1500g/day。