CN105107443A - 一种高效混合换热微通道反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高效混合换热微通道反应器，包括分散混合构件、若干个反应液流道模片和换热介质流道模片，反应液流道模片和换热介质流道模片间隔设置；分散混合构件设置有使两种或两种以上反应液分散混合通道，反应液流道模片设置有反应液流道和换热介质导通孔，换热介质流道模片设置有反应液导通孔、换热介质流道和与换热介质流道导通的流入孔、流出孔；相邻的两个反应液流道模片的反应液流道为串联结构；相邻的两个换热介质流道模片的换热介质流道为并联结构，本发明的高效混合换热微通道反应器充分解决传热问题；强化了传质、传热，通过减少热量、冷量的输入，减少溶剂的使用，提升反应收率，节能降耗、绿色环保。

Description

一种高效混合换热微通道反应器

技术领域

本发明涉及有机化学合成技术领域，具体地说涉及一种用于化学反应的微连续流的高效混合换热微通道反应器，是一种微连续液体器件。

背景技术

微通道反应器是一种单元反应界面尺度为微米到毫米级别的微化学反应系统，其特点如下：(1)比表面积大；(2)强化传质传热；(3)节能降耗；(4)安全，由于反应的容积较传统反应器要小得多，而且传质传热得到强化，所以反应过程中的危险系数大大降低；

已知技术中，有些化学反应，两种或两种以上流体混合反应时，需要充分分散混合，并精确控制反应温度，否则可能产生较多的杂质，影响产品质量。这就需要同时解决两个问题，即传质和传热。已公开的专利中及文献中，未能同时有效的解决上述两个问题，如中国专利CN201897410U中，提供一种解决微通道的换热问题的方案；以及MicroreactorsinOrganicSynthesisandCatalysis提到分散混合模式，但都未能有效的实现传质和传热的结合。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的缺陷，提供一种高效混合换热微通道反应器，通过微通道单元的结构设计，及合理的叠合顺序，并通过垫片、钎焊、热压技术，形成分散混合结构、传热结构，将两种功能高效集成，高效解决同时传质和传热问题，有效提升产品质量、降低产品成本。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种高效混合换热微通道反应器，包括分散混合构件、若干个设置于分散混合构件后端的反应液流道模片和换热介质流道模片，所述反应液流道模片和换热介质流道模片间隔设置；所述分散混合构件设置有使两种或两种以上反应液分散流入并混合形成混合反应液的分散混合通道，所述反应液流道模片设置有反应液流道和换热介质导通孔，所述换热介质流道模片设置有反应液导通孔、换热介质流道和与换热介质流道导通的流入孔、流出孔；相邻的两个反应液流道模片的反应液流道为串联结构，两种或两种以上反应液从分散混合构件的前端分散流入，在分散混合通道分散混合，从分散混合构件的后端流出，进入反应液流道模片的反应液流道中，并经换热介质流道模片的反应液导通孔进入下一个反应液流道模片的反应液流道中；相邻的两个换热介质流道模片的换热介质流道为并联结构，流入孔和与流入孔相通的换热介质导通孔形成流入通道，流出孔和与流出孔相通的换热介质导通孔形成流出通道，换热介质从流入通道流入，从流入孔分别进入各自的换热介质流道模片的换热介质流道，经各自的流出孔进入流出通道汇聚流出。

本发明的高效混合换热微通道反应器，两种或两种以上反应液从分散混合构件的前端分散流入，在分散混合通道分散混合，混合效果好，充分解决传质问题；混合反应液在流经反应液流道模片的反应液流道时，与相邻的换热介质流道模片的换热介质流道流通的换热介质完成换热，充分解决传热问题；强化了传质、传热，通过减少热量、冷量的输入，减少溶剂的使用，提升反应收率，节能降耗、绿色环保。

作为对上述技术方案的改进，所述反应液流道的流道宽度和深度为0.01～3mm。

作为对上述技术方案的改进，所述换热介质流道的宽度大于反应液流道的宽度。

作为对上述技术方案的改进，所述反应液流道、换热介质流道为直型通道或弯曲通道或交叉通道或为突起的翅片通道，在垂直于各自模片方向上交替排布。

作为对上述技术方案的改进，所述分散混合构件包括依次排列设置的流体流入模片、流体分散模片、流体混合模片；所述流体流入模片设置有上下布置的上狭长流道和下狭长流道，所述流体分散模片设置有趾状流道，所述流体混合模片设置有中狭长流道；上狭长流道与上部1/3的趾状流道相对应，下狭长流道与下部1/3的趾状流道相对应，中狭长流道与中部1/3的趾状流道相对应。

作为对上述技术方案的改进，所述趾状流道的流道宽度为0.01～1mm。

作为对上述技术方案的改进，所述流体流入模片前设置有反应液盖板，所述反应液盖板设置有两个反应液进口，分别与狭长流道和下狭长流道相对应。

作为对上述技术方案的改进，最后一个换热介质流道模片的后端设置有后盖板，所述后盖板设置有换热介质进口、换热介质出口、混合液出口；所述换热介质进口位于后盖板的上方，与流入通道相连通，所述换热介质出口位于后盖板的下方，与流出通道相连通，所述混合液出口与最后一个换热介质流道模片的反应液导通孔相连通。

作为对上述技术方案的改进，所述流体流入模片，流体分散模片，流体混合模片、反应液流道模片、换热介质流道模片的厚度为0.1～5mm。

作为对上述技术方案的改进，所述流体流入模片，流体分散模片，流体混合模片、反应液流道模片、换热介质流道模片为金属材质或玻璃材质或碳化硅等材质。

该高效混合换热微通道反应器通过微通道单元的结构设计，及合理的叠合顺序，并通过垫片、钎焊、热压技术，形成分散混合结构、传热结构，并将两种功能高效集成，高效解决传质和传热问题；对化学反应中，适合对传质传热要求高的反应。能有效提升产品质量、降低产品成本；并根据不同的要求，可选择反应流体流道模片的串、并联形式，达到大幅调节反应液通量的问题。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

1、本发明的高效混合换热微通道反应器尤其适合对传质传热要求高的化学反应，能有效解决因传质、传热不及时造成的副反应增加及杂质增多、影响产品质量及收率的问题；

2、本发明的高效混合换热微通道反应器对于危险的、具有爆炸危险的反应，能有效的降低安全风险。主要通过高效传热、降低反应物料的持液量，达到此目的；

3、本发明的高效混合换热微通道反应器，因为强化了传质、传热，通过减少热量、冷量的输入，减少溶剂的使用，以及提升反应收率等，能够节能降耗、绿色环保。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的分散混合通道、反应液流道、换热介质流道的连通示意图。

图3为本发明的反应液流道模片的结构示意图。

图4为本发明的换热介质流道模片的结构示意图。

附图标记：1、反应液盖板；2、流体流入模片；3、流体分散模片；4、流体混合模片；5、7、9、反应液流道模片；6、8、10、换热介质流道模片；11、后盖板；12、上狭长流道；13、下狭长流道；14、趾状流道；15、中狭长流道；16、反应液进口；17、换热介质进口；18、换热介质出口；19、混合液出口；20、反应液流道；21、换热介质导通孔；23、反应液导通孔；24、换热介质流道；25、流入孔；26、流出孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

实施例一

如图1、2、3、4所示，本发明的高效混合换热微通道反应器，包括分散混合构件、若干个设置于分散混合构件后端的反应液流道模片5、7、9和换热介质流道模片6、8、10，所述反应液流道模片5、7、9和换热介质流道模片6、8、10间隔设置；所述分散混合构件设置有使两种或两种以上反应液分散流入并混合形成混合反应液的分散混合通道，所述反应液流道模片设置有反应液流道20和换热介质导通孔21，所述换热介质流道模片6、8、10设置有反应液导通孔23、换热介质流道24和与换热介质流道导通的流入孔25、流出孔26；相邻的两个反应液流道模片5、7、9的反应液流道20为串联结构，两种或两种以上反应液从分散混合构件的前端分散流入，在分散混合通道分散混合，从分散混合构件的后端流出，进入反应液流道模片5的反应液流道20中，并经换热介质流道模片6的反应液导通孔25进入下一个反应液流道模片7的反应液流道20中；相邻的两个换热介质流道模片5、7、9的换热介质流道24为并联结构，流入孔25和与流入孔25相通的换热介质导通孔21形成流入通道，流出孔26和与流出孔26相通的换热介质导通孔21形成流出通道，换热介质从流入通道流入，从流入孔25分别进入各自的换热介质流道模片6、8、10的换热介质流道24，经各自的流出孔26进入流出通道汇聚流出。

本发明的高效混合换热微通道反应器，两种或两种以上反应液从分散混合构件的前端分散流入，在分散混合通道分散混合，混合效果好，充分解决传质问题；混合反应液在流经反应液流道模片5、7、9的反应液流道20时，与相邻的换热介质流道模片6、8、10的换热介质流道24流通的换热介质完成换热，充分解决传热问题；强化了传质、传热，通过减少热量、冷量的输入，减少溶剂的使用，提升反应收率，节能降耗、绿色环保。

所述反应液流道20的流道宽度和深度为0.01～3mm。

所述换热介质流道24的宽度大于反应液流道20的宽度。

所述反应液流道20、换热介质流道24为直型通道或弯曲通道或交叉通道或为突起的翅片通道，在垂直于各自模片方向上交替排布。

所述分散混合构件包括依次排列设置的流体流入模片2、流体分散模片3、流体混合模片4；所述流体流入模片2设置有上下布置的上狭长流道12和下狭长流道13，为两种反应液进口，所述流体分散模片3设置有趾状流道14，所述流体混合模片设置有中狭长流道15；上狭长流道12与上部1/3的趾状流道14相对应，下狭长流道13与下部1/3的趾状流道14相对应，中狭长流道15与中部1/3的趾状流道14相对应。中狭长流道15有尺寸和上狭长流道12、下狭长流道13的尺寸相当。通过流体流入模片2、流体分散模片3、流体混合模片4可将两种反应液充分分散混合，混合尺度主要依靠流体分散模片3中的趾状流道14的通道尺寸。一般趾状流道14的狭缝越小，混合效果越好，充分解决传质问题。

所述趾状流道14的流道宽度为0.01～1mm。

所述流体流入模片前设置有反应液盖板1，所述反应液盖板1设置有两个反应液进口16，分别与狭长流道12和下狭长流道13相对应。

最后一个换热介质流道模片10的后端设置有后盖板11，所述后盖板11设置有换热介质进口17、换热介质出口18、混合液出口19；所述换热介质进口17位于后盖板11的上方，与流入通道相连通，所述换热介质出口18位于后盖板11的下方，与流出通道相连通，所述混合液出口19与最后一个换热介质流道模片的反应液导通孔相连通。

所述流体流入模片2，流体分散模片3，流体混合模片4、反应液流道模片5、7、9、换热介质流道模片6、8、10的厚度为0.1～5mm。

所述流体流入模片2，流体分散模片3，流体混合模片4、反应液流道模片5、7、9、换热介质流道模片6、8、10为金属材质或玻璃材质或碳化硅等材质。

以上所述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 (9)

1.一种高效混合换热微通道反应器，其特征在于，包括分散混合构件、若干个设置于分散混合构件后端的反应液流道模片和换热介质流道模片，所述反应液流道模片和换热介质流道模片间隔设置；所述分散混合构件设置有使两种或两种以上反应液分散流入并混合形成混合反应液的分散混合通道，所述反应液流道模片设置有反应液流道和换热介质导通孔，所述换热介质流道模片设置有反应液导通孔、换热介质流道和与换热介质流道导通的流入孔、流出孔；相邻的两个反应液流道模片的反应液流道为串联结构，两种或两种以上反应液从分散混合构件的前端分散流入，在分散混合通道分散混合，从分散混合构件的后端流出，进入反应液流道模片的反应液流道中，并经换热介质流道模片的反应液导通孔进入下一个反应液流道模片的反应液流道中；相邻的两个换热介质流道模片的换热介质流道为并联结构，流入孔和与流入孔相通的换热介质导通孔形成流入通道，流出孔和与流出孔相通的换热介质导通孔形成流出通道，换热介质从流入通道流入，从流入孔分别进入各自的换热介质流道模片的换热介质流道，经各自的流出孔进入流出通道汇聚流出。

2.根据权利要求1所述的高效混合换热微通道反应器，其特征在于，所述反应液流道的流道宽度和深度为0.01～3mm。

3.根据权利要求1或2所述的高效混合换热微通道反应器，其特征在于，所述反应液流道、换热介质流道为直型通道或弯曲通道或交叉通道或为突起的翅片通道。

4.根据权利要求3所述的高效混合换热微通道反应器，其特征在于，所述分散混合构件包括依次排列设置的流体流入模片、流体分散模片、流体混合模片；所述流体流入模片设置有上下布置的上狭长流道和下狭长流道，所述流体分散模片设置有趾状流道，所述流体混合模片设置有中狭长流道；上狭长流道与上部1/3的趾状流道相对应，下狭长流道与下部1/3的趾状流道相对应，中狭长流道与中部1/3的趾状流道相对应。

5.根据权利要求4所述的高效混合换热微通道反应器，其特征在于，所述趾状流道的流道宽度为0.01～1mm。

6.根据权利要求4所述的高效混合换热微通道反应器，其特征在于，所述流体流入模片前设置有反应液盖板，所述反应液盖板设置有两个反应液进口，分别与狭长流道和下狭长流道相对应。

7.根据权利要求4所述的高效混合换热微通道反应器，其特征在于，最后一个换热介质流道模片的后端设置有后盖板，所述后盖板设置有换热介质进口、换热介质出口、混合液出口；所述换热介质进口位于后盖板的上方，与流入通道相连通，所述换热介质出口位于后盖板的下方，与流出通道相连通，所述混合液出口与最后一个换热介质流道模片的反应液导通孔相连通。

8.根据权利要求4所述的高效混合换热微通道反应器，其特征在于，所述流体流入模片，流体分散模片，流体混合模片、反应液流道模片、换热介质流道模片的厚度为0.1～5mm。

9.根据权利要求4所述的高效混合换热微通道反应器，其特征在于，所述流体流入模片，流体分散模片，流体混合模片、反应液流道模片、换热介质流道模片为金属材质或玻璃材质或碳化硅等材质。