世纪森朗沸腾消减边界层釜式反应器，是北京世纪森朗公司与大连大学合作，共同开发的实验室反应设备，北京世纪森朗公司完全拥有知识产权。此反应器解决一些传统反应器的弊端，加快了实验，提高了实验萃取成功率，具体介绍如下：
1、背景介绍
世纪森朗釜式反应器，也称开启式反应釜，是精细化工材料研发与制备领域常用的反应器之一。在常规的桨式机械或搅拌子磁力搅拌反应釜中，与釜壁接触的反应溶剂会形成边界层（见图1）。边界层内流体温度高于釜内主体温度，且质点迁移速率偏低，因此边界层区域容易局部过热，引发副反应，污染整个反应体系。当反应溶剂体系粘度较高时，如合成橡胶、树脂等大分子聚合物或采用离子液体、深共融溶剂做溶剂，即便是强力搅拌，边界层的厚度也会很大，因溶剂粘度高而引起的传质传热问题也越发突出。因此，对于釜式反应器，消除附着在釜壁上的边界层、增强釜内整个区域传质传热的均一性，是提高反应釜性能的技术关键。为了达到这一目标，国内外研究者主要从强化涡流搅拌的角度做了努力，但是对于高粘度溶剂体系仍不能显著消减边界层。在已完成的国家自然科学基金项目研究中，我们创立了沸腾促进传质的溶剂体系，即在4ml玻璃反应瓶中，低沸点试剂在适宜条件能够在溶剂体系形成“沸腾-冷凝”循环（见可行性分析，发表论文RSC Adv.2016(6)101485-101491；Green Chemistry,2015(17) 4206–4216，专利申请号201610496774.7）。沸腾时气泡生成、长大、浮升的过程会显著扰动边界层区域。这些研究基础为我们解决釜式反应器中边界层的问题提供了理论依据。
图1 传统的反应釜和沸腾反应釜示意图及温度分布情况
2 本技术内容
如图1所示，提出借助于沸腾作用来削弱边界层的釜式反应器，即沸腾反应釜，阐明其作用机理和调制规律。该釜的加热壁面在使用过程中会产生大量气泡，气泡从釜壁生成、长大、浮升的过程会显著消减边界层厚度，增强釜壁区域的传质传热，使釜内整个溶剂体系的组成和温度分布趋于均匀，从而使反应性能更容易控制。
图2 沸腾促进传质示意图
涉及一种新型釜式反应器——沸腾反应釜。如图3所示，该釜的加热壁面在使用过程中，会产生大量气泡，气泡在釜壁生成、长大、浮升的过程会显著消减边界层厚度，增强釜壁区域的传质传热，从而改善反应和萃取性能。
图3 沸腾反应釜实施方案示意图
该釜通过以下方法实现特殊功能:
(1) 釜壁与汽化核心一体化。提供汽化核心是形成沸腾的必要条件。传统的金属釜壁或内衬不能够提供汽化核心。在本项目研究的反应釜中，要对釜壁进行改造，尤其是加热部分，采用特殊材质，在反应过程中能够提供汽化核心，产生种子气泡，进而引发持续的沸腾。
（2）通过引入低沸点惰性试剂产生沸腾作用。离子液体、深共融溶剂和高分子聚合物沸点普遍偏高，很难引发沸腾作用。在本项目开发的沸腾工艺中，将往这些高沸点试剂中加入少量低沸点惰性试剂，或者利用低沸点的反应原料，以其作为沸腾剂，来产生沸腾作用。
（3）通过调控釜底和釜顶的温度，来产生持续沸腾作用。在釜底过热和釜顶过冷的环境驱动下，沸腾剂会形成“沸腾-冷凝”动态循环过程，使釜中始终保持沸腾作用。通常反应釜底部和顶部存在温差，能够满足“沸腾-冷凝”温度需求。在我们前期研究中，并没有刻意降低釜顶温度来产生沸腾循环。如果顶部温度不够低，可以考虑接一个冷回流管线。
3. 技术水平及应用范围
边界层问题存在于精细化学品合成、能源开发和高分子材料制备等多个研究领域中。尤其是近几年，随着离子液体、深共融溶剂等新型试剂的开发与利用，高粘度溶剂传质传热问题愈发突出。例如，咪唑类离子液体能溶解纤维素及其衍生产物葡萄糖，在生物质能转化方面有重要应用价值。但是离子液体粘度高，溶解纤维素或葡萄糖后粘度会更高，致使反应效果急剧恶化（见已发表论文Green Chemistry,2015(17) 4206–4216）。目前国内外关于消减边界层影响的措施主要集中在调变涡流搅拌方式，如采用多层搅拌子、偏心搅拌、改变搅拌桨形状等，但是这些办法仍没有触及边界层区域，没有从根上解决边界层问题。本项目提出的沸腾搅拌，是从釜壁发力直接作用于边界层，因此能够显著消减边界层厚度。目前除了我们申报了一个有关沸腾萃取的发明技术，国内外尚无研究沸腾反应釜的先例。本研究成果会为解决多领域的边界层问题提供理论依据和有效方法。
所取得成果已经发表论文并申报：这一技术已落地，应用于北京世纪森朗公司部分反应设备中，具体可咨询为你服务的产品工程师。
（1）Hui Chen（周锦霞指导的研究生）, Jinxia Zhou*, Jingbo Mao, Jingmei Yin and Shenmin Li*.Enhancement of mass transfer through bubbling effect during extraction and reaction in biphasic systems containing ionic liquid .RSC Adv.,2016,6,101485-101491.（此文中阐述了沸腾对萃取分离和反应的促进作用。）
（2）Jinxia Zhou, Zhi Xia, Tingyu Huang, Peifang Yan, Wenjuan Xu, Zhanwei Xu, Jianji Wang and Z. Conrad Zhang*, Ionic Liquid-Organics-Water Ternary Biphasic System Enhances 5-Hydroxymethylfurfural Yield in Catalytic Conversion of Glucose at High Concentration, Green Chemistry, 2015, 17 (8), 4206 - 4216.