CN103285798B - 一种多层多级微反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多层多级微反应器，包括壳体，壳体内设有至少一层第一反应板和至少一层第二反应板，第一反应板上设有进料室，第二反应板上设有具有出料口的出料室，第一反应板上设有多个由长形沟槽和中心开有通孔的圆盘槽组成的微反应室，第二反应板上设有多个由长形沟槽和中心未开通孔的圆盘槽组成的微反应室，长形沟槽连通其两端的圆盘槽，第一反应板与第二反应板在壳体内交错排列叠加，第一反应板和第二反应板上的微反应室两两首尾相连，并通过通孔连通，形成微反应通道。该多层多级微反应器，使液体在混合过程中产生旋转方向相反的混合和压力喷射的混合，混合充分；该多层多级微反应器精度高、耐腐蚀能力强、强度高且易于制造和拆装。

Description

一种多层多级微反应器

技术领域

本发明涉及一种化工机械，特别涉及一种多层多级微反应器。

背景技术

微化工技术由于其超强的传热、传质能力，将在化学、化工、能源、环境等领域得到广泛应用。其核心部件为完全或部分采用微加工技术制造出的微型化工系统，通道特征尺度在数微米至数百微米范围。针对不同的应用背景，已派生出具有各种功能的微化工器件，如微全分析系统、微换热器、微混合器、微反应器等。

微小型化学化工机械系统将在越来越多的领域发挥重要作用，过程强化技术是微小型化学化工机械系统的重要基础。加强对微观流体力学在化学合成和过程处理中的理论和应用研究，对深入了解在微小型化学化工机械系统中连续流动的微反应过程是非常重要的。在微尺度反应器中，混合对反应过程有极其重要的影响。

“微反应器(microreactor) ”最初是指一种用于催化剂评价和动力学研究的小型管式反应器，其尺寸约为10 mm。随着本来发展用于电路集成的微制造技术逐渐推广应用于各种化学领域，前缀“micro”含义发生变化，专门修饰用微加工技术制造的化学系统。此时的“微反应器”是指用微加工技术制造的一种新型的微型化的化学反应器，但由小型化到微型化并不仅仅是尺寸上的变化，更重要的是它具有一系列新特性，随着微加工技术在化学领域的推广应用而发展并为人所重视。微反应器有一个根本特点，那就是把化学反应控制在尽量微小的空间内，化学反应空间的尺寸数量级一般为微米甚至纳米。微反应器必须要确保反应物能充分混合，反应室的精度要高；微反应器的外壳及内部的反应通道要耐腐蚀能力强，强度高，耐压能力强，耐磨损性好；微反应器的接口要耐压能力强，与设备适配性强，易拆装，易清洗；微反应器的整个结构要易于制造。

发明内容

 本发明的目的在于提供一种反应物能充分混合、精度高、耐腐蚀能力强、强度高且易于制造和拆装的多层多级微反应器。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：一种多层多级微反应器，包括壳体，所述壳体内设有至少一层第一反应板和至少一层第二反应板，所述第一反应板上设有进料室，所述第二反应板上设有出料室，所述出料室上设有出料口，所述的第一反应板上设有多个由长形沟槽和中心开有通孔的圆盘槽组成的微反应室，所述的第二反应板上设有多个由长形沟槽和中心未开通孔的圆盘槽组成的微反应室，所述长形沟槽连通其两端的圆盘槽，所述第一反应板与第二反应板在壳体内交错排列叠加在一起，所述每层第一反应板上的微反应室和每层第二反应板上的微反应室两两首尾相连，并通过所述通孔连通，形成微反应通道。

进一步的，所述壳体为圆柱形，且由不锈钢制成，其表面通过电解抛光工艺进行抛光处理。

进一步的，所述第一反应板和第二反应板分别是由陶瓷制成的，其表面通过平面研磨工艺进行抛光处理。

进一步的，所述的长形沟槽和圆盘槽均是通过机加工雕刻或激光雕刻的方式雕刻在所述的第一反应板和第二反应板上。

进一步的，所述第一反应板和第二反应板均为圆形。

进一步的，所述壳体上设有用于连通外部设备和出料口的接口，该接口为其底面带有锥孔的螺纹接口。

本发明的有益效果是：本发明多层多级微反应器的第一反应板和第二反应板交错排列叠加，反应板上的微反应室由长形沟槽和圆盘槽组成。液体通过圆盘槽中心的通孔进入下层反应板上的圆盘槽，由于上下旋转方向相反，会产生搅拌，从而进行混合；之后液体由圆盘槽进入长形沟槽，然后再从长形沟槽进入圆盘槽，会由于截面积的大小变化，液体会产生压力喷射，得到更充分的混合。交错排列叠加在一起的第一反应板和第二反应板，形成了多层多级的微反应通道，使得液体进行多次混合，混合效果提高。外壳采用不锈钢制成，耐腐蚀能力强，强度高，耐压能力强，耐磨损性好。反应板和微反应通道的材质为陶瓷，耐高温，耐腐蚀，强度高，同时采用机加工雕刻或激光雕刻加工工艺，尺寸精度高；雕刻完的反应板再进行平面研磨抛光，保证反应板的平整度，使各层反应板之间更易于密封。该微反应器的接口为其底面带有锥孔的螺纹接口，耐压能力强，与设备适配性强。

附图说明

图1是本发明中第一反应板的结构示意图。

图2是本发明中第二反应板的结构示意图。

图3是第一反应板和第二反应板叠加后的结构示意图。

图4是本发明多层多级微反应器的内部结构示意图。

图5是本发明多层多级微反应器中液体流向示意图。

图中标号说明：1：壳体；2：第一反应板；3：第二反应板；4：微反应室；41：长形沟槽；42：圆盘槽；5：进料室；6：出料室；7：出料口；8：接口；9：通孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1、图2、图3和图4所示，一种多层多级微反应器，包括壳体1，壳体1为圆柱形，采用不锈钢制成，其表面通过电解抛光工艺进行抛光处理。壳体1内设有至少一层第一反应板2和至少一层第二反应板3。每层的第一反应板2和每层的第二反应板3分别是由陶瓷制成的，其表面通过平面研磨工艺进行抛光处理，保证反应板的平整度，使各层反应板之间更易于密封。在本实施方式中，第一反应板2和第二反应板3均为圆形。第一反应板2上设有进料室5，第二反应板3上设有出料室6，所述出料室6上设有出料口7。出料口7通过壳体1上的接口8与外部设备连通。接口8为10#-32螺纹接口，且接口的底面带有锥孔，耐压能力强，与设备适配性强，使微反应器易拆装，易清洗。

如图1、图2和图3所示，第一反应板2上设有多个由长形沟槽41和中心开有通孔9的圆盘槽42组成的微反应室4，所述的第二反应板3上设有多个由长形沟槽41和中心未开通孔的圆盘槽42组成的微反应室4，长形沟槽41连通其两端的圆盘槽42。所有的长形沟槽41和圆盘槽42均是通过机加工雕刻或激光雕刻的方式雕刻在所述的第一反应板2和第二反应板3上。具体地，可以采用机加工雕刻微反应通道的宽阔区域，采用激光雕刻微反应通道的狭窄区域。如图4所示，在壳体1内，设有多层的第一反应板2和多层的第二反应板3，第一反应板2与第二反应板3交错排列叠加在一起，即排列方式为：第一层为第一反应板2，第二层为第二反应板3，第三层为第一反应板2，第四层为第二反应板3，第五层为第一反应板2，第六层为第二反应板3，依此类推。如图3和图4所示，所述每层第一反应板2上的微反应室4和每层第二反应板3上的微反应室4之间两两首尾相连，并通过所述通孔9连通，形成微反应通道。

本发明的多层多级微反应器在使用时，液体的混合反应是在各层反应板之间形成的微反应通道中进行。以一层第一反应板2和一层第二反应板3叠加形成的微反应通道为例，即第一层为第一反应板2，第二层为第二反应板3，液体在此微反应通道内的混合和流动的具体过程为：如图3和图4所示，将两种不同的液体分别从壳体1上的两个入口注入到第一反应板2上的进料室5中，从进料室5的圆盘槽42的通孔9流出，进入到第二反应板3上的微反应室4的圆盘槽42中，该圆盘槽42未开通孔，液体经过长形沟槽41，进入到与该长形沟槽41另一端连通的圆盘槽42，然后再进入到第一反应板2上的圆盘槽42中，并再次通过长形沟槽41，进入到与长形沟槽41连通的另一个圆盘槽42，并通过圆盘槽42上的通孔9，再次进入到第二反应板3的微反应室4中，如此，液体在第一层的第一反应板2和第二层的第二反应板3之间循环流动并混合，两层反应板的微反应室4全部循环完后，最终从第二反应板3上的出料口7流出。壳体1内若设置多层的第一反应板2和多层的第二反应板3，液体在微反应通道内的混合和流动过程依照示例循环进行。

如图5所示，在混合和流动过程中，液体通过圆盘槽42中心的通孔9进入下层反应板上的圆盘槽42时，由于上下旋转方向相反，会产生搅拌，从而进行混合；之后液体由圆盘槽42进入长形沟槽41，由于长形沟槽41宽度较窄，因此，液体会产生压力，然后液体从长形沟槽41再次进入圆盘槽42，此时由于截面积扩大，液体会呈喷射状进入圆盘槽42，进行更充分的混合；交错排列叠加在一起的第一反应板2和第二反应板3，形成了多层多级的微反应通道，如此经过多层多级的混合，使液体的混合效果提高。

本发明的多层多级微反应器，长35mm，宽35mm，高80mm，可应用于样品的保存、各种酶的保存、酶反应、核酸和蛋白质的变性处理、分子克隆实验中各步骤反应、PCR反应前加样、凝胶回收、电泳的预变性及血清凝固等。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种多层多级微反应器，包括壳体，所述壳体内设有至少一层第一反应板和至少一层第二反应板，所述第一反应板上设有进料室，所述第二反应板上设有出料室，所述出料室上设有出料口，其特征在于：所述的第一反应板上设有多个由长形沟槽和中心开有通孔的圆盘槽组成的微反应室，所述的第二反应板上设有多个由长形沟槽和中心未开通孔的圆盘槽组成的微反应室，所述长形沟槽连通其两端的圆盘槽，所述第一反应板与第二反应板在壳体内交错排列叠加在一起，每层第一反应板上的微反应室和每层第二反应板上的微反应室两两首尾相连，并通过所述通孔连通，形成微反应通道。

2.根据权利要求1所述的多层多级微反应器，其特征在于：所述壳体为圆柱形，且由不锈钢制成，其表面通过电解抛光工艺进行抛光处理。

3.根据权利要求1所述的多层多级微反应器，其特征在于：所述第一反应板和第二反应板分别是由陶瓷制成的，其表面通过平面研磨工艺进行抛光处理。

4.根据权利要求3所述的多层多级微反应器，其特征在于：所述的长形沟槽和圆盘槽均是通过机加工雕刻或激光雕刻的方式雕刻在所述的第一反应板和第二反应板上。

5.根据权利要求3所述的多层多级微反应器，其特征在于：所述第一反应板和第二反应板均为圆形。

6.根据权利要求1所述的多层多级微反应器，其特征在于：所述壳体上设有用于连通外部设备和所述出料口的接口，该接口为其底面带有锥孔的螺纹接口。