CN104587931A - 一种用于连续制备载体颗粒的多微细管反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于连续制备载体颗粒的多微细管反应器，其主要由入口管段、圆台导流段、流体分布器段和多微细管段等部分组成。流体反应液由入口管段进入反应器，经圆台导流段引流和流体分布器段分布后，由多微细管段流出，形成直径较均匀的可反应液滴，经相应交联反应或聚合反应及致孔后，形成多孔载体颗粒。该反应器设计和结构简单，易加工，制造过程容易实现，利用其可以制备出粒度均匀的载体颗粒，在生物工程、药物剂型、材料工程、化工、生物医学工程等领域有广泛应用前景。

Description

一种用于连续制备载体颗粒的多微细管反应器

技术领域

本发明属于化工机械设备技术领域，具体涉及一种用于连续制备载体颗粒的多微细管反应器。

背景技术

多孔载体颗粒在生物工程、材料工程、化工、药剂及生物医学工程等诸多领域有重要的应用，常见的载体颗粒如微生物固定化载体颗粒、生物分离介质、药物载体、组织工程支架颗粒等。这些载体颗粒不仅需要具有一定分布的孔隙，而且需要均匀的粒径。

然而，制备粒径均匀的载体颗粒比较困难。近几年，基于微流体成形的方法，通过微通道可以实现载体颗粒的可控制备，并获得具有均匀粒径的载体颗粒。但是，现有的微通道反应器放大不易，大规模制备仍然比较困难。因此，需要研究可以大规模连续制备多孔载体颗粒的新型反应器。

发明内容

针对这些问题，本发明的目的是提供一种用于连续制备载体颗粒的多微细管反应器，它可以用于制备粒径较均匀的多孔载体颗粒，并实现规模化连续制备。

所述的一种用于连续制备载体颗粒的多微细管反应器，其特征在于包括入口管段、圆台导流段、流体分布器段和多微细管段，所述的入口管段一端与外管路连接，另一端与圆台导流段卡箍一端连接，圆台导流段另一端与流体分布器段一端通过法兰连接，流体分布器段另一端多微细管段通过螺栓连接，流体反应液由其入口管段进入反应器主体内，经圆台导流段引流和流体分布器段分布后，从多微细管段流出，经交联反应或聚合反应及致孔后，形成直径均匀的多孔载体颗粒；所述的入口管段是反应液进入多微细管反应器的入口通道，与外管路连接后，使反应液经下游圆台导流段进入反应器主体；所述的圆台导流段是使进入反应器的反应液沿流线扩展方向缓慢散开，减小阻力损失和局部流速，便于液流进入下游分布器并均匀分布。圆台导流段顶部带有卡箍接头，底都带有与上游入口段和下游多微细管段方便连接的法兰，法兰中心通孔，内径尺寸与流体分布器段相匹配；法兰上加工密封槽，便于通过密封圈进行端面密封；所述的流体分布器段包括流体分布器，流体分布器由一段圆筒和分布器圆板组成，分布器圆板上开有与下游微细管入口相对应数量的均布小孔，其作用是使液流均匀分布进入下游微细管；所述的多微细管段由分布盘和大量内径相同的微细管组成。

所述的一种用于连续制备载体颗粒的多微细管反应器，其特征在于入口管段为弯曲结构的入口管管体，所述的入口管管体两端端头分别设置第一卡箍接头。

所述的一种用于连续制备载体颗粒的多微细管反应器，其特征在于圆台导流段包括圆台本体，所述的圆台本体上端连接圆柱体，圆柱体上端设置与第一卡箍接头相匹配的第二卡箍接头，所述的第二卡箍接头与第一卡箍接头之间设有第一密封圈，所述的圆柱体下端设置圆台导流段下法兰。

所述的一种用于连续制备载体颗粒的多微细管反应器，其特征在于所述的圆台导流段下法兰下表面设置第一密封槽。

所述的一种用于连续制备载体颗粒的多微细管反应器，其特征在于流体分布器段包括配合连接的分布器圆筒和分布器圆板，分布器圆板上开有一组孔径均匀的小孔，所述小孔孔径为2～5 mm。

所述的一种用于连续制备载体颗粒的多微细管反应器，其特征在于多微细管段包括分布盘，所述的分布盘上均匀开设一组小孔，该小孔与分布器圆板上小孔相对应，分布盘上的每个小孔上均设置有微细管，分布盘上表面与圆台导流段下法兰下表面的第一密封槽对应位置设置第二密封槽，第二密封圈设置在第一密封槽和第二密封槽之间。

所述的一种用于连续制备载体颗粒的多微细管反应器，其特征在于所述的微细管内径尺寸为500～3000μm，管体通过小孔均匀分布在分布盘上，并用密封填料进行密封配合，本发明的微细管入口可以设为T型变径结构，其内径尺寸根据具体流体物系，还可以适当扩增或减小。

所述的一种用于连续制备载体颗粒的多微细管反应器，其特征在于所述的分布盘与分布器圆板通过螺栓固定连接，分布盘、分布器圆板的小孔均与微细管入口一一对应，并通过端面密封。

所述的一种用于连续制备载体颗粒的多微细管反应器，其特征在于分布盘与圆台导流段下法兰通过螺栓连接，分布器圆筒通过圆台导流段下端法兰下表面的第一密封槽和分布盘的第二密封槽之间的第二密封圈进行端面密封。

本发明通过采用上述技术得到的多微细管反应器，其设计和结构简单、易加工制造，与现有技术相比，它能实现较均匀粒径的载体颗粒的连续制备，通过选用本发明限定的不同内径的微细管及流体成形条件如流体类型、流速等控制颗粒粒径的大小，它既可用于实验室小规模的载体制备研究，也可用于工业大规模生产，它能将可聚合或可交联形成多孔载体颗粒的反应液形成直径较均匀的可反应液滴，经相应交联反应或聚合反应及致孔后，获得需要的多孔载体颗粒，制得的载体颗粒，在生物工程、药物剂型、材料工程、化工、生物医学工程等领域有广泛应用前景。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图中：1-入口管管体，101-第一卡箍接头，2-第一密封圈，3-第二卡箍接头，4-螺栓，5-圆台本体，501-圆柱体，6-圆台导流段下法兰，7-第二密封圈，8-分布器圆板，9-分布器圆筒，10-分布盘，11-微细管。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明作进一步的描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

如图1所示，本发明的用于连续制备载体颗粒的多微细管反应器，包括入口管段、圆台导流段、流体分布器段和多微细管段，所述的入口管段一端与外管路连接，另一端与圆台导流段卡箍一端连接，圆台导流段另一端与流体分布器段一端通过法兰连接，流体分布器段另一端多微细管段通过螺栓连接，流体反应液由其入口管段进入反应器主体内，经圆台导流段引流和流体分布器段分布后，从多微细管段流出，经交联反应或聚合反应及致孔后，形成直径均匀的多孔载体颗粒。

如图所示，所述的入口管段包括弯曲结构的入口管管体1，入口管管体1两端端头分别设置第一卡箍接头101，一个第一卡箍接头101与外管路连接，另一个第一卡箍接头101与圆台导流段卡箍一端连接，它是反应液进入多微细管反应器的入口通道，与外管路连接后，使反应液经下游圆台导流段进入反应器主体。

所述的圆台导流段的作用是使进入反应器的反应液沿流线扩展方向缓慢散开，减小阻力损失和局部流速，便于液流进入下游分布器并均匀分布。它包括圆台本体5，所述的圆台本体5上端连接圆柱体501，圆柱体501上端设置与第一卡箍接头101相匹配的第二卡箍接头3，所述的第二卡箍接头3与第一卡箍接头101之间设有第一密封圈2，所述的圆柱体501下端设置圆台导流段下法兰6，圆台导流段下法兰6下表面设置第一密封槽。

所述的流体分布器段使液流均匀分布进入下游微细管，它包括配合连接的分布器圆筒9和分布器圆板8，分布器圆板8上均匀开有一组孔径均匀的小孔，所述小孔孔径为2～5 mm。

所述的多微细管段包括分布盘10，所述的分布盘10上均匀开设一组小孔，该小孔与分布器圆板8上小孔相对应，分布盘10上的每个小孔上均设置有微细管11，分布盘10上表面与圆台导流段下法兰6下表面的第一密封槽对应位置设置第二密封槽，第二密封圈7设置在第一密封槽和第二密封槽之间；所述的微细管11内径尺寸为500～3000μm，其入口可以设为T型变径结构，并能根据具体流体物系，适当扩增或减小；微细管11管体通过小孔均匀分布在分布盘10上，并用密封填料进行密封配合。

如图所示，所述的分布盘10与分布器圆板8通过螺栓4固定连接，分布盘10、分布器圆板8的小孔均与微细管11入口一一对应，并通过端面密封，分布盘10与圆台导流段下法兰6通过螺栓连接，分布器圆筒9通过圆台导流段下端法兰6下表面的第一密封槽和分布盘10的第二密封槽之间的第二密封圈7进行端面密封。

本发明所得到的多微细管反应器，可以将可聚合或可交联形成多孔载体颗粒的反应液，形成直径较均匀的可反应液滴，经相应交联反应或聚合反应及致孔后，获得需要的多孔载体颗粒。

实施例1本发明以316不锈钢为所述多微细管反应器的材料，取长40mm、Ф19×1.5 mm的90度不锈钢卡箍快装弯头作为多微细管反应器的入口段，以方便连接；圆台导流段由模具冲压成型，经抛光处理得到，壁厚1.5 mm，其总高度142 mm，侧棱长131 mm；其顶端通过卡箍接头与入口段相接；底端大圆焊接有外径180 mm、厚度9 mm、中心通孔与流体分布器相匹配的法兰；流体分布器段由高20 mm、内径Ф109×2 mm的不锈钢圆筒和与其内径相匹配、厚9 mm的不锈钢分布器圆板组成，分布器圆板上开有97个均布的小孔，孔径Ф2 mm，使液流均匀分布进入下游微细管；微细管段由直径180 mm、厚度10 mm的分布盘和97根Ф1.1×0.3 mm的不锈钢微细管组成；单根微细管总长12 mm，其顶端T型；分布盘上开有与微细管密封匹配的97个均布小孔；放置微细管后与流体分布器的圆板通过螺栓紧密连接；微细管段与圆台导流段通过螺栓连接，并将流体分布器的圆筒紧密密封。

实施例2以316不锈钢为所述多微细管反应器的材料，其它部分结构和尺寸与实施例1相同，但分布器圆板上均布孔径Ф5 mm，微细管Ф3.6×0.3 mm，经加工得到不锈钢多微细管反应器。

实施例3以与实施例1其它尺寸相同但分布器圆板上小孔Ф4 mm、微细管尺寸Ф2.8×0.3 mm的不锈钢多微细管反应器为应用对象，以2%（w/w）海藻酸钠为水溶液为反应液，10% CaCl₂溶液为交联剂，于120 mL/min流速下进行固定化载体的连续制备，经致孔所得多孔载体颗粒的粒径3.4±0.1 mm。

实施例4以与实施例1其它尺寸相同但分布器圆板上小孔Ф4 mm、微细管尺寸Ф2.8×0.3 mm的不锈钢多微细管反应器为应用对象，以含0.5%（w/w）啤酒酵母细胞的海藻酸钠（2%，w/w）悬浮液为反应液，10% CaCl₂溶液为交联剂，于120 mL/min流速下进行固定化载体的连续制备，经致孔所得微生物固定化多孔载体颗粒的粒径3.5±0.1 mm。

Claims (9)

1.一种用于连续制备载体颗粒的多微细管反应器，其特征在于包括入口管段、圆台导流段、流体分布器段和多微细管段，所述的入口管段一端与外管路连接，另一端与圆台导流段卡箍一端连接，圆台导流段另一端与流体分布器段一端通过法兰连接，流体分布器段另一端多微细管段通过螺栓连接，流体反应液由其入口管段进入反应器主体内，经圆台导流段引流和流体分布器段分布后，从多微细管段流出，经交联反应或聚合反应及致孔后，形成直径均匀的多孔载体颗粒。

2.如权利要求1所述的一种用于连续制备载体颗粒的多微细管反应器，其特征在于入口管段为弯曲结构的入口管管体（1），所述的入口管管体（1）两端端头分别设置第一卡箍接头（101）。

3.如权利要求2所述的一种用于连续制备载体颗粒的多微细管反应器，其特征在于圆台导流段包括圆台本体（5），所述的圆台本体（5）上端连接圆柱体（501），圆柱体（501）上端设置与第一卡箍接头（101）相匹配的第二卡箍接头（3），所述的第二卡箍接头（3）与第一卡箍接头（101）之间设有第一密封圈（2），所述的圆柱体（501）下端设置圆台导流段下法兰（6）。

4.如权利要求3所述的一种用于连续制备载体颗粒的多微细管反应器，其特征在于所述的圆台导流段下法兰（6）下表面设置第一密封槽。

5.如权利要求4所述的一种用于连续制备载体颗粒的多微细管反应器，其特征在于流体分布器段包括配合连接的分布器圆筒（9）和分布器圆板（8），分布器圆板（8）上开有一组孔径均匀的小孔，所述小孔孔径为2～5 mm。

6.如权利要求5所述的一种用于连续制备载体颗粒的多微细管反应器，其特征在于多微细管段包括分布盘（10），所述的分布盘（10）上均匀开设一组小孔，该小孔与分布器圆板（8）上小孔相对应，分布盘（10）上的每个小孔上均设置有微细管（11），分布盘（10）上表面与圆台导流段下法兰（6）下表面的第一密封槽对应位置设置第二密封槽，第二密封圈（7）设置在第一密封槽和第二密封槽之间。

7.如权利要求6所述的一种用于连续制备载体颗粒的多微细管反应器，其特征在于所述的微细管（11）内径尺寸为500～3000μm，管体通过小孔均匀分布在分布盘（10）上，并用密封填料进行密封配合。

8.如权利要求6所述的一种用于连续制备载体颗粒的多微细管反应器，其特征在于所述的分布盘（10）与分布器圆板（8）通过螺栓（4）固定连接，分布盘（10）、分布器圆板（8）的小孔均与微细管（11）入口一一对应，并通过端面密封。

9.如权利要求6所述的一种用于连续制备载体颗粒的多微细管反应器，其特征在于分布盘（10）与圆台导流段下法兰（6）通过螺栓连接，分布器圆筒（9）通过圆台导流段下端法兰（6）下表面的第一密封槽和分布盘（10）的第二密封槽之间的第二密封圈（7）进行端面密封。