CN101920183B

CN101920183B - 一种微通道反应器

Info

Publication number: CN101920183B
Application number: CN200910086617.9A
Authority: CN
Inventors: 刘江华; 甄新平; 周华; 牛春革; 熊良铨; 海热古力; 帕提古力; 魏军
Original assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Natural Gas Co Ltd
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2009-06-12
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2029-06-12
Also published as: CN101920183A

Abstract

本发明涉及一种微通道反应器；由模块A和模块B对扣组合；模块A由流体A进口通道、流体A平行分配通道、流体混合通道、混合料出口平行分配通道、两个混合料出口通道构成；模块B由流体B进口通道、流体B分配通道和流体B缓冲室构成；其中流体A进口通道和流体A平行分配通道连通，流体A平行分配通道和流体混合通道连通，流体混合通道和混合料出口平行分配通道连通，混合料出口平行分配通道和两个混合料出口通道连通；流体B进口通道和流体B分配通道连通，流体B分配通道和流体B缓冲室连通，流体B缓冲室和流体混合通道连通；可应用于两流体间混合传质的众多相关领域，结构简单，操作方便，具有工程化运行整体混合效果好的特点。

Description

一种微通道反应器

技术领域

本发明涉及流体混合与反应设备，具体地说，涉及一种能够实现两种流体混合的微通道反应器。

背景技术

在化学工业中两种流体的混合是常见的传质过程，常用的反应设备有混料釜、萃取塔、静态混合器等，它们处理量大，能够满足大规模生产的需要。然而，总体来说，这些混合设备为流体提供的是宏观尺度的混合，存在混合不均匀、动力消耗大、设备体积大等缺点。

随着人们对反应要求的提高和微加工技术的不断发展，微反应技术及其设备成为关注和研究的热点。叶明星等撰写论文《微混合技术研究进展》(化工进展[J]，2007，(06))介绍了微混合技术研究进展。从本质上说，微通道反应器是一种连续流动的管式反应器，其通道尺寸在10um～3mm的范围，由于尺度效应，微通道反应器有许多不同于宏观体系的特点，例如分子间扩散距离短、微通道的比表面积大、传热和传质速度快等，同常规反应容器相比较，在微通道反应器中进行合成反应，具有反应速度快、反应容易控制、能够实现剧烈条件下的反应、可以避免在常规的容器里反应物的混合不均匀而引起副反应和局部过热等特点。微反应系统可以准确地进行短停留时间以及等温条件下的反应，为大型反应器性能的提高提供准确的数据，节省巨大的投资，而且研究可以在几周内完成。此外，微化工设备设备安全性高、易于控制、适应面广，可实现过程连续和高度集成、分散与柔性生产，达到真正意义上的按时、按地、按需生产。这些都是现有设备不能实现的。

现有的微通道反应器在工业放大生产中存在如下问题：微通道反应器的处理能力可通过增加功能单元的数目来提高，即通道数目的放大。通道数目的放大有两种方法：方法一，可以通过增加微通道反应器的数量来实现；方法二，可以将增加的功能单元放在单个微通道反应器，使单个微通道反应器外尺寸扩大。方法一在工业运行中会造成系统控制点多，精度要求高，生产成本高；方法二存在每个功能单元的位置与进料处距离不等，进入每个功能单元的流体性能不均等，存在“放大效应”，影响整体混合和反应效果的问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种微通道反应器，将克服现有的微通道反应器的不足，具有混合效果好、能耗低，并适用于大规模工业化生产装置运行的特点。

一种微通道反应器，该反应器由模块A和模块B对扣组合，通过螺铨或其它紧固方式连接。模块A由流体A进口通道、流体A平行分配通道、流体混合通道、混合料出口平行分配通道、两个混合料出口通道构成；模块B由流体B进口通道、流体B分配通道、流体B缓冲室构成。

其中流体A进口通道和流体A平行分配通道连通，流体A平行分配通道和流体混合通道连通，流体混合通道和混合料出口平行分配通道连通，混合料出口平行分配通道和两个混合料出口通道连通；流体B进口通道和流体B分配通道连通，流体B分配通道和流体B缓冲室连通，流体B缓冲室和流体混合通道连通。

流体混合通道是流体A和流体B混合场所，混合料通过流体混合通道共同进入混合料出口平行分配通道及两个混合料出口通道。流体混合通道的流通横截面呈窄细长方形，窄细长方形的高，即，混合料的流层厚度为10μm～3mm；窄细长方形的宽，即，混合料的流层宽度根据流体A和流体B需要的总流量及设备加工所需要的要求进行调整，其尺寸在3mm～5000mm之间，流层厚度和流层宽度根据混合需要来制作加工流体混合通道。

本发明提出了流体A及流体B预分配、混合料再分配；流体A及流体B等距离流经微通道反应器，形成流体整体均匀分布的微通道反应器。流体A平行分配通道使进入流体混合通道的流体A保持均匀流动状态，实现预分配；流体B平行分配通道使进入流体混合通道的流体B保持均匀流动状态，实现预分配，混合料出口平行分配通道对混合料进行再分配。流体A进口通道和流体B进口通道分别位于模块A和模块B反应器进口一侧正中，两个混合料出口通道位于模块A反应器出口一侧两端，流体A进口通道与两个混合料出口通道的距离是相等的，流体B进口通道与两个混合料出口通道的距离也是相等的，这样的微通道结构能够确保流体A和流体B流经反应器时整体均匀混合，消除了反应器的“放大效应”，微通道反应器能够具有大处理能力并保持好的混合状态和效果。

模块A中流体A平行分配通道含有2～2000均匀分布的平行通道，其宽度和高度根据不同的流体A流量进行加工制作。模块B中流体B平行分配通道为含有2～2000均匀分布的圆形管通道，其管直径根据不同的流体B流量进行加工制作。模块A中混合料出口平行分配通道含有2～2000均匀分布的平行通道，其宽度和高度根据不同的混合料流量和反应过程进行加工制作。

本发明的操作过程简述如下：首先将反应器的模块A和模块B对扣组合，通过螺铨或其它紧固方式连接，再将反应器与流体A、流体B输送管线及泵连接，反应器两个出料口用外管线等距离中央合并连接后成为一根出料管线。操作时流体B和和流体A分别在流体泵的输送下从流体A进口通道和流体B进口通道进入反应器，流体A经过流体A平行分配通道进入流体混合通道，流体B经过流体B平行分配通道、流体B缓冲室进入流体混合通道，在流体混合通道流体A和流体B形成混合料，之后流经混合料出口平行分配通道，从两个混合料出口通道流出反应器，实现两种液体的快速混合和反应。

本发明可应用于两流体间混合传质的众多相关领域，操作简单，管理费用低，具有工程化运行整体混合效果好的特点，适合于工业生产应用。

附图说明

图1为微通道反应器模块A结构示意图，

其中：1流体A进口通道，2流体A平行分配通道，3流体混合通道，4混合料出口平行分配通道，5-1混合料出口通道，5-2混合料出口通道，

图2为微通道反应器模块B结构示意图，

其中：6流体B进口通道，7流体B平行分配通道，8)流体B缓冲室。

具体实施方式

一种微通道反应器，该反应器由模块A和模块B对扣组合，通过螺铨或其它紧固方式连接。模块A由流体A进口通道1、流体A平行分配通道2、流体混合通道3、混合料出口平行分配通道4、两个混合料出口通道5-1、5-2构成；模块B由流体B进口通道6、流体B分配通道7、流体B缓冲室8构成。

其中流体A进口通道1和流体A平行分配通道2连通，流体A平行分配通道2和流体混合通道3连通，流体混合通道3和混合料出口平行分配通道4连通，混合料出口平行分配通道4和两个混合料出口通道5-1、5-2连通；流体B进口通道6和流体B分配通道7连通，流体B分配通道7和流体B缓冲室8连通，流体B缓冲室8和流体混合通道3连通。

流体混合通道3的通道横截面呈窄细长方形，窄细长方形的高，即，混合料的流层厚度为10μm～3mm；窄细长方形的宽，即，混合料的流层宽度为3mm～5000mm。

模块A中流体A平行分配通道含有2～2000个均匀分布的长方形管通道，模块B中流体B平行分配通道含有2～2000个均匀分布的圆形管通道。模块A中混合料出口平行分配通道含有2～2000个均匀分布的长方形管通道。

模块A中流体A进口通道和模块B中流体B进口通道分别位于模块A和模块B反应器进口一侧正中，两个混合料出口通道位于模块A反应器出口一侧两端，流体A进口通道与两个混合料出口通道的距离相等，流体B进口通道与两个混合料出口通道的距离相等。

实施例1：

采用2％的氢氧化钠溶液(流体B)碱洗直馏柴油(流体A)中的石油酸，微通道反应器中的混合料流层厚度尺寸为1mm，混合料的流层宽度尺寸为1100mm。2％的氢氧化钠溶液和直馏柴油的进料量分别达200千克/小时和10000千克/小时，碱洗效率达99.8％。

实施例2：

采用工业新水(流体B)洗脱原油(流体A)中的水溶性盐，微通道反应器中的混合料流层厚度尺寸为2mm，混合料的流层宽度尺寸为3100mm。工业新水和原油的进料量分别达3000千克/小时和100000千克/小时，脱盐效率达99.5％。

实施例3：

采用1％的氢氧化钠溶液(流体B)碱洗直馏柴油(流体A)中的石油酸，微通道反应器中的混合料流层厚度尺寸为50um，混合料的流层宽度尺寸为2000mm。1％的氢氧化钠溶液和直馏柴油的进料量分别达40千克/小时和1000千克/小时，碱洗效率达99.9％。

实施例4：

采用工业新水(流体B)洗脱原油(流体A)中的水溶性盐，微通道反应器中的混合料流层厚度尺寸为200μm，混合料的流层宽度尺寸为3000mm。工业新水和原油的进料量分别达300千克/小时和10000千克/小时，脱盐效率达99.7％。

Claims

1.一种微通道反应器，其特征在于：该反应器由模块A和模块B对扣组合；模块A由流体A进口通道、流体A平行分配通道、流体混合通道、混合料出口平行分配通道、两个混合料出口通道构成；模块B由流体B进口通道、流体B分配通道和流体B缓冲室构成；

其中流体A进口通道和流体A平行分配通道连通，流体A平行分配通道和流体混合通道连通，流体混合通道和混合料出口平行分配通道连通，混合料出口平行分配通道和两个混合料出口通道连通；流体B进口通道和流体B分配通道连通，流体B分配通道和流体B缓冲室连通，流体B缓冲室和流体混合通道连通；

所述的模块A中流体A进口通道和模块B中流体B进口通道分别位于模块A和模块B反应器进口一侧正中，两个混合料出口通道位于模块A反应器出口一侧两端，流体A进口通道与两个混合料出口通道的距离相等，流体B进口通道与两个混合料出口通道的距离相等。

2.根据权利要求1所述的一种微通道反应器，其特征在于：流体混合通道的通道横截面呈窄细长方形，窄细长方形的高，即，混合料的流层厚度为10μm～3mm；窄细长方形的宽，即，混合料的流层宽度为3mm～5000mm。

3.根据权利要求1所述的一种微通道反应器，其特征在于：所述的模块A中流体A平行分配通道含有2～2000个均匀分布的长方形管通道。

4.根据权利要求1所述的一种微通道反应器，其特征在于：所述的模块B中流体B平行分配通道为含有2～2000个均匀分布的圆形管通道。

5.根据权利要求1所述的一种微通道反应器，其特征在于：所述的模块A中混合料出口平行分配通道含有2～2000个均匀分布的长方形管通道。