CN104511264A - 微通道反应系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及合成设备领域，提供了一种微通道反应系统，包括微通道反应装置、向所述微通道反应装置通入气体物料的气体输送装置、向所述微通道反应装置通入液体物料的至少两液体输送装置、与所述微通道反应装置连通的气液分离装置以及取样装置。本发明中上述的微通道反应系统，可以实现气液、液液等不同类型的合成反应；而且利用微通道反应装置可以实现氢化，氧化，氟化，溴化，硝化，磺化等强腐蚀，强放热的反应；而且上述的反应系统结构简单，易于实现，可以满足小量的工艺开发研究也可以满足中试的需要。

Description

微通道反应系统

技术领域

本发明涉及一种微通道反应系统。

背景技术

自20世纪90年代以来，自然科学与工程技术发展的一个重要趋势是向微型化迈进。微化工技术顺应可持续发展与高技术发展需要而产生，并被公认为是化学工程领域的优先发展方向之一。由于尺度的微细化使得微通道中化工流体的传热、传质性能与常规传统相比有较大程度的提高，即系统微型化可实现化工过程强化这一目标。连续流化学采用微反应器，由于微反应器具有比表面积大、传递速率高、接触时间短、副产物少、转化率高、操作性好、安全性高、快递直接放大等优点，连续流反应的各条件微量化，温度、压力等反应条件可进行更精确调控，相比传统的批量反应，在反应放大和优化的过程中，具有更高反应效率，更高重现性和稳定性。微通道连续流反应器热量缓冲需求量低，产量提高，试剂减少，自动化程度极高，大大节省人力资源。连续流技术代表绿色化学和实验自动化的发展。

但是，现有微反应器大都为微通道的管式反应器，反应器的混合效果和传热效果均较差，反应器适用范围窄，只做一些简单的液液反应。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微通道反应系统，旨在解决现有技术中的微通道反应器适用范围窄的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种微通道反应系统，包括微通道反应装置、向所述微通道反应装置通入气体物料的气体输送装置、向所述微通道反应装置通入液体物料的至少两液体输送装置、与所述微通道反应装置连通的气液分离装置以及取样装置。

可选地，所述微通道反应装置包括反应板以及分别位于所述反应板两侧且与所述反应板连通的预热混合板和淬灭板，所述反应板、混合板和淬灭板的中部设有反应流体通道，所述反应流体通道的两侧分别设有换热流体通道。

可选地，所述反应流体通道弯折呈首尾相连的U字形结构，其通道内设有微结构。

可选地，所述微结构为设置于所述通道壁上的若干组反应槽，每组反应槽包括上槽与下槽，所述上槽与下槽上下设置形成“胃”状结构。

可选地，所述换热流体通道内设有若干用于支撑同时可进行热量传递的挡板。

可选地，所述预热混合板内具有分别与所述气体输送装置、所述两液体输送装置连通的至少三预热通道，所述至少三预热通道连通处设有静态混合器。

可选地，所述预热通道内设有微结构，所述微结构为设置于所述通道壁上的若干组反应槽，每组反应槽包括上槽与下槽，所述上槽与下槽上下设置形成“胃”状结构。

可选地，所述液体输送装置为双注射泵，所述气体输送装置为高压气罐。

可选地，所述取样装置与所述微通道反应装置之间设有背压阀。

可选地，所述气液分离装置上连接有气体收集装置以及液体收集装置，所述气液分离装置与所述气体收集装置之间设有背压阀。

本发明中上述的微通道反应系统，可以实现气液、液液等不同类型的合成反应；而且利用微通道反应装置可以实现氢化，氧化，氟化，溴化，硝化，磺化等强腐蚀，强放热的反应；而且上述的反应系统结构简单，易于实现，可以满足小量的工艺开发研究也可以满足中试的需要。

附图说明

图1是本发明实施例提供的微通道反应系统的示意图；

图2是本发明实施例提供的微通道反应装置的示意图；

图3是本发明实施例提供的预热混合板内通道结构示意图；

图4是本发明实施例提供的反应流体通道的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的换热流体通道的结构示意图；

10-微通道反应装置；       11-反应板；         100-微结构；

12-预热混合板；           121-预热通道；      122-静态混合器；

13-淬灭板；               20-气体输送装置；   110-上槽；

120-下槽；                111-反应流体通道；  112-换热流体通道；

113-挡板；                1121-换热流体通道的入口，

1122-换热流体通道的出口； 30-液体输送装置；   40-气液分离装置；

41-气体收集装置；        42-液体收集装置；    50-取样装置；

51-三通阀；              60-物料输送装置；    70-计量器；

80-单向阀；              81-减压阀；          90-背压阀。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

还需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

参照图1，本发明实施例提供的微通道反应系统，包括微通道反应装置10、向微通道反应装置10通入气体物料的气体输送装置20、向微通道反应装置10通入液体物料的至少两液体输送装置30；以及与微通道反应装置10连通的气液分离装置40以及取样装置50。本发明中上述的微通道反应系统，可以实现气液、液液等不同类型的合成反应；而且利用微通道反应装置10可以实现氢化，氧化，氟化，溴化，硝化，磺化等强腐蚀，强放热的反应；而且上述的反应系统结构简单，易于实现，可以满足小量的工艺开发研究也可以满足中试的需要。

如图1、图2中所示，微通道反应装置10包括三个功能板，三个功能板分别为位于中部的反应板11以及分别位于反应板11两侧且与反应板11连通的预热混合板12和淬灭板13。其中，预热混合板12、反应板11和淬灭板13均采用碳化硅材质，碳化硅材质具有强耐腐蚀性和热传导性。更具体地，三个功能板之间通过密封圈（图中未示出）连通。优选地，密封圈为特氟龙或全氟橡胶垫圈。

参照图3，预热混合板12内具有三个预热通道121。本实施例中，液体输送装置30为两个，气体输送装置20为一个，两个液体输送装置30与一个气体输送装置20分别与三个预热通道121连通。三个预热通道121中，先两两经过一静态混合器122混合，然后再与第三个预热通道121经过第二个静态混合器122混合。通过设置两个静态混合器经两次混合，能使混合更充分。当然，也可以只设置一个静态混合器122。

进一步地，各预热通道121内设有微结构100，微结构100为设置于通道壁上的若干组反应槽，每组反应槽包括上槽110与下槽120，每组反应槽的上槽110与下槽120上下设置形成“胃”状结构。这样，反应物料在预热通道121中利用微结构111蠕动前行，能够很好的混合预热，增强混合效果。

请再结合图2、图4，当气、液物料或液液物料进入预热混合板12进行预热，达到反应所需的温度及状态，然后进入到反应板11进行反应。本实施例中，反应板11的中部设有反应流体通道111，反应流体通道111的两侧分别设有换热流体通道112。 具体地，反应流体通道111弯折呈首尾相连的U字形结构，其通道内设有微结构100。同样的，微结构为设置于通道壁上的若干组反应槽，每组反应槽包括上槽110与下槽120，每组反应槽的上槽110与下槽120上下设置形成“胃”状结构。同样的，反应物料在反应腔11中利用微结构111蠕动前行，能够很好的混合，增强混合效果，且能提高快速反应产率，降低副产物。同时，在反应板11内，可以实现温度-30-200℃，压力25bar范围内的反应。结合图5，本实施例中，换热流体通道112内设有若干挡板113。设置挡板113的作用，一方面对换热流体通道112起到支撑作用，增加通道的受力；另一方面，挡板113对通道中流体产生阻力增强传质和传热效果。各应物料在反应板11的同时，换热流体通道112的入口1121通入换热流体，并由出口1122流出，在流动过程中对反应板11进行换热。当反应结束后，再进入淬灭板13进行淬灭。由图中可以看出，淬灭板13连通一物料输送装置60，物料输送装置60用于在淬灭时向淬灭板13中输送淬灭剂。本实施例中，淬灭主要是将反应快速终止，这样，能达到减少副产物的效果。

优选地，物料输送装置60为双通道注射泵，双通道注射泵具有高精密度及大流量，采用其泵送物料的精度更高，脉冲更小。

优选地，本实施例中，两个液体输送装置30均采用双通道注射泵，而气体输送装置20采用高压气罐。同上述的双通道注射泵，此处采用双通道注射泵是因为双通道注射泵具有高精密度及大流量，采用其泵送物料的精度更高，脉冲更小。而且双注射泵带有过压保护功能，当压力达到设定值时，双注射泵自动停止泵送物料。

优选地，上述的双通道注射泵的泵头均采用陶瓷泵头，陶瓷耐腐蚀性更强，能够承受硫酸，盐酸和硝酸等各种酸，极大的提高了适用范围。

进一步地，本实施例中，高压气罐与微通道反应装置10的连接通道上设有用于计量气体质量与流量的计量器70。通过设置计量器70，对气体的输送质量与流量能更好的把控。

本实施例中，气体输送装置20、液体输送装置30与微通道反应装置10的连接通道上均设有单向阀80和减压阀81。设置单向阀80，使得气体、液体在输送过程中只能沿流路向前移动进入微通道反应装置10，而无法回流，保证反应的正常进行。而且通控制单向阀80，可以方便的进行气、液反应和液、液反应的切换，无需更改管路。而设置减压阀81对连接通道进行施压，改变连接通道的节流面积，从而控制内部通过的气体及液体压力。

微通道反应装置10的淬灭板13与取样装置50及气液分离装置40之间设有三通阀51。微通道反应装置10后根据反应产物的不同，通过三通阀51来控制，使气液反应产物进入气液分离装置40，液液反应产物直接进入取样装置50 收集。

本实施例中，取样装置50与微通道反应装置10之间设有背压阀90。气液分离装置40上连接有气体收集装置41以及液体收集装置42，气液分离装置40与气体收集装置41之间设有背压阀90。通过设置背压阀90，在连接管道上起到切断和节流的作用，因而能很好地控制反应器内的压力。

需要说明的是，本实施例中，各连接管路及阀均采用哈氏合金制成。哈氏合金耐腐蚀性强，与泵系统和反应系统的耐腐性匹配，保证流体接触部分能够耐腐蚀。

本实施例中，微通道反应系统的工作原理为：通过气体输送装置20和液体输送装置30或者两个液体输送装置30分别向预热混合板12内输送气、液物料或者液、液物料，气、液物料或液、液物料在预热混合板12内进行预加热，到达预定温度后进入反应板11进行反应，反应结束后经淬灭板13进行淬灭，当反应物为气液混合物时由淬灭板13向气液分离装置40输送，当反应物为液体时向取样装置50中输送。气液混合物经气液分离装置40进行分离后，气体由气液分离装置40的顶部排出进入气体收集装置41进行收集，液体由气液分离装置40的底部排出进入液体收集装置42进行收集。当反应物为液体时，直接由淬灭板13向取样装置50内输送。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微通道反应系统，其特征在于：包括微通道反应装置、向所述微通道反应装置通入气体物料的气体输送装置、向所述微通道反应装置通入液体物料的至少两液体输送装置、与所述微通道反应装置连通的气液分离装置以及取样装置。

2.如权利要求1所述的微通道反应系统，其特征在于：所述微通道反应装置包括反应板以及分别位于所述反应板两侧且与所述反应板连通的预热混合板和淬灭板，所述反应板的中部设有反应流体通道，所述反应流体通道的两侧分别设有换热流体通道。

3.如权利要求2所述的微通道反应系统，其特征在于：所述反应流体通道弯折呈首尾相连的U字形结构，其通道内设有微结构。

4.如权利要求3所述的微通道反应系统，其特征在于：所述微结构为设置于所述通道壁上的若干组反应槽，每组反应槽包括上槽与下槽，所述上槽与下槽上下设置形成“胃”状结构。

5.如权利要求2至4中任一项所述的微通道反应系统，其特征在于：所述换热流体通道内设有若干用于支撑同时可进行热量传递的挡板。

6.如权利要求2所述的微通道反应系统，其特征在于：所述预热混合板内具有分别与所述气体输送装置、所述两液体输送装置连通的至少三预热通道，所述至少三预热通道连通处设有静态混合器。

7.如权利要求6所述的微通道反应系统，其特征在于：所述预热通道内设有微结构，所述微结构为设置于所述通道壁上的若干组反应槽，每组反应槽包括上槽与下槽，所述上槽与下槽上下设置形成“胃”状结构。

8.如权利要求1所述的微通道反应系统，其特征在于：所述液体输送装置为双注射泵，所述气体输送装置为高压气罐。

9.如权利要求1所述的微通道反应系统，其特征在于：所述取样装置与所述微通道反应装置之间设有背压阀。

10.如权利要求1所述的微通道反应系统，其特征在于：所述气液分离装置上连接有气体收集装置以及液体收集装置，所述气液分离装置与所述气体收集装置之间设有背压阀。