CN105126721B - 一种带有冷却系统的非叠层结构微反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种带有冷却系统的非叠层结构微反应器，所述微反应器所述微反应器包含表面刻有微通道的主体部件，该主体部件外套外壳体，外壳体内表面设有与主体部件外表面的微通道接通的入口和出口通道，在外壳体上设置密封部件，将设有微通道的主体部件密封起来，以保证微通道内的液体不会泄露，且密封部件与外壳体采用可拆卸的连接方式连接；在所述主体部件和/或所述外壳体中设置冷却系统。本发明可进行拆卸清洗和系统冷却，有效防止微反应器微通道的堵塞和微反应器装置的局部过热，且结构简单，成本低。

Description

一种带有冷却系统的非叠层结构微反应器

技术领域

本发明涉及一种微反应器装置，具体地说，是涉及一种带有冷却系统的非叠层结构微反应器装置。

背景技术

近几年，微反应器在制备微-纳颗粒材料的研究方面取得了很多成果，具有很大的潜力和应用前景。与常规合成微-纳颗粒材料的方法相比，微反应器合成微-纳颗粒材料易于控制和放大，通过方便、精确地调节反应参数可以得到不同形状、粒径和粒径分布的微-纳颗粒材料。又由于微反应器制备的微-纳颗粒材料的一些特性，使得微反应器在制备高振实密度和粒径均一的微-纳颗粒材料方面有着广泛的应用前景。但是微通道的堵塞使得微反应器的应用受到限制。

为解决微通道堵塞问题，国内外相关研究人员进行了如下研究：

1)中国发明专利：一种强化微反应器内气液过程的方法，申请号：201410109267.4，公开号：CN104162395A，介绍了利用超声与气相的空化作用破坏流体中的固体之间的团聚或在微通道壁面的粘附，预防和疏通堵塞。

2)中国发明专利：防止连续反应通道系统堵塞的方法及执行该方法的微反应器，申请号：201080021683.9，公开号：CN102427876A，介绍了采用在工艺流体流动方向进行超声耦合的方法防止微通道的堵塞。

3)中国发明专利：振荡流微反应器，申请号：201180064961.3，公开号：CN103328092A，介绍了连接振荡流设备的微反应器解决微通道堵塞的问题。

虽然上述研究一定程度上缓解了微通道堵塞的问题，但很难保证微-纳颗粒材料在微通道壁上完全没有沉积，长期使用仍会造成微通道的堵塞，而由于微通道大多是处于密闭空间，后续也无法对其进行清洗。且对于放热反应，产生的热量无法不及时散发，可能会导致装置局部过热而损坏装置以及影响产物质量。同时，叠层结构的微反应器制造的复杂性及较高的成本进一步限制了微反应器在微-纳颗粒材料制备方面的应用。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足和缺陷，本发明提供一种带有冷却系统的非叠层结构微反应器，可进行拆卸清洗和系统冷却，有效防止微反应器微通道的堵塞和微反应器装置的局部过热，且结构简单，成本低。

为实现上述目的，本发明所述带有冷却系统的非叠层结构微反应器，包含表面刻有微通道的主体部件，该主体部件外套外壳体，外壳体内表面设有与主体部件外表面的微通道接通的入口和出口通道，在外壳体上设置密封部件，将设有微通道的主体部件密封起来，以保证微通道内的液体不会泄露，且密封部件与外壳体采用可拆卸的连接方式连接；在所述主体部件和/或所述外壳体中设置冷却系统。

作为一种优选方式，所述冷却系统为隔板式冷却孔，即分别在反应产物溶液通道两侧的主体部件和/或外壳体上沿其(主体部件和/或外壳体两个)轴向设置盲孔，孔与孔间设置连通槽，孔中设置隔板，冷却液体(比如水)从隔板一边流入，另一边流出，再经连通槽依次进入相邻的孔。

作为一种优选方式，所述孔呈环形分布，各孔到反应产物溶液通道表面的距离相等。所述环形分布的中心为：主体部件的中心轴线，或外壳体与主体部件共同的中心轴线。

作为一种优选方式，所述孔，直径为6-10mm，相邻孔之间的间距为10-15mm。

作为一种优选方式，所有孔与连通槽构成一个密封的冷却通道，该通道只有入口和出口与外界相通。所述入口和出口为半圆孔。因为每个圆形孔都被隔板隔成两个半圆孔，因此入口和出口是位于每个完整冷却水通道两端的半圆孔。

作为一种优选方式，所述主体部件与外壳体之间采用过盈配合。

作为一种优选方式，所述主体部件为圆柱体，所述外壳体的上下端面设有上盖、下盖作为密封部件，上盖、下盖共同将设有微通道的圆柱体密封起来，以保证微通道内的液体不会泄露，且上盖、下盖与外壳体采用可拆卸的连接方式连接。

作为一种优选方式，所述主体部件为圆锥体，圆锥体上端设有紧固加压盖，以实现对圆锥体的加压密封作用，紧固加压盖与外壳体采用可拆卸的方式连接。

作为一种优选方式，所述主体部件外表面微通道的数目为2-4条，反应物溶液通道较短，反应产物溶液通道较长，接通方式为T型。

作为一种优选方式，所述外壳体内表面的入口通道数目为2-4个，位置对称。

与现有叠层微反应器相比，本发明微反应器装置结构简单，加工容易，加工成本低。尤其重要的是，当反应产物颗粒沉积在微通道内壁上时，可拆卸下来进行清洗，以防止微反应器微通道的堵塞，且拆装方便。更进一步地，装置中设置的冷却系统可有效吸收反应产生的热量，防止微反应器装置的局部过热。

附图说明

图1a是本发明一较优实施例圆柱体非叠层结构微反应器的爆炸分解图；

图1b是图1a所述实施例微反应器的装配图；

图1c是图1b所示的B-B剖视图；

图2a是本发明一较优实施例中圆柱体非叠层结构微反应器圆柱体上微通道和冷却孔分布图；

图2b是图2a所示的A-A剖视图；

图2c是图2a所示的B-B剖视图；

图2d是图2c所示的C-C剖视图；

图3a是本发明一较优实施例中圆柱体非叠层结构微反应器外壳体上出入口通道和冷却孔分布图；

图3b是图3a所示的D-D剖视图；

图3c是图3a所示的B-B剖视图；

图3d是图3c所示的F-F剖视图；

图4a是本发明另一较优实施例中圆锥体非叠层结构微反应器爆炸分解图；

图4b是图4a所示实施例中微反应器中外壳体倒置立体图；

图4c是图4a所示实施例中微反应器装配图；

图4d是图4c所示B-B剖视图；

图5a是本发明另一较优实施例中圆锥体非叠层结构微反应器圆锥体上微通道和冷却孔分布图；

图5b是图5a所示A-A剖视图；

图5c是图5a所示B-B剖视图；

图5d是图5c所示C-C剖视图；

图6a是本发明另一较优实施例中圆锥体非叠层结构微反应器外壳体上出入口通道和冷却孔分布图；

图6b是图6a所示D-D剖视图；

图6c是图6a所示E-E剖视图；

图6d是图6c所示F-F剖视图；

图中：圆柱体或圆锥体中冷却系统入口1，外壳体中冷却系统入口2，圆柱体或圆锥体中冷却系统出口3，外壳体中冷却系统出口4，孔5，连通槽6，隔板7；上盖11，外壳体12，圆柱体13，下盖14；紧固加压盖21，外壳体22，圆锥体23。

具体实施方式

以下对本发明的技术方案作进一步的说明，以下的说明仅为理解本发明技术方案之用，不用于限定本发明的范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

实施例1

如图1a-1c所示，为本发明一较优实施例的带有冷却系统的圆柱体非叠层结构微反应器装置爆炸分解图和装配图，其包含表面刻有微通道a1、b1、c1的圆柱体13(细节参见图2a、2b)，该圆柱体13外套外壳体12，外壳体12内表面设有与圆柱体13外表面的微通道a1、b1、c1接通的入口A1、B1、C1和出口D1通道(细节参见图3a、3b)，在外壳体12上设置上盖11和下盖14，将设有微通道a1、b1、c1的圆柱体13密封起来，以保证微通道a1、b1、c1内的液体不会泄露，且上盖11和下盖14与外壳体12采用可拆卸的连接方式连接；同时在圆柱体13和外壳体12中设置冷却系统，该冷却系统采用隔板式冷却孔，即分别在反应产物溶液通道c1两侧的圆柱体13和外壳体12上沿其(主体部件和外壳体)轴向打盲孔5(细节参见图1c、2b、3b)，孔5与孔5间设置连通槽6，孔5中镶入隔板7(隔板比孔深略短)，冷却液从隔板7一边流入，另一边流出，再经连通槽6依次进入相邻的孔5(细节参见图2c、2d和图3c、3d)；

作为一种优选，所述圆柱体13与外壳体12之间采用过盈配合。

作为一种优选，所述圆柱体13外表面微通道有a1、b1、c1三条，其中反应物溶液通道a1、b1长度为圆柱体13所在截面圆周长的四分之一，反应产物溶液通道c1长度为圆柱体13周长的二分之一，接通方式为T型(细节参见图2a、2b)。

作为一种优选，所述外壳体12内的入口通道的数目为A1、B1、C1三条，A1、B1分别位于a1和b1通道的两端，呈对称性，C1位于T型交叉口处，作为第三种反应物溶液的接入口。出口通道D1数目为一条，位于c1通道的端处(细节参见图3a、3b)。

作为一种优选，各孔到反应产物溶液通道表面的距离相等，呈环形分布(见图1c)。

作为一种优选，所述孔5，直径为6mm，相邻孔5之间的间距为10mm。

作为一种优选，圆柱体中冷却系统入口1、外壳体中冷却系统入口2、圆柱体冷却系统出口3以及外壳体中冷却系统出口4均为半圆孔，入口1、2和出口3、4与外界相通，其余孔和连通槽均为密封(细节参见图2d、3d)。

使用时，反应物溶液分别自入口通道A1、B1、C1经a1、b1微通道在T型交叉口处共同进入c1微通道中，反应物在c1微通道中混合反应生成反应产物后最终经出口通道D1流出；反应物在c1微通道中混合反应产生的热量由均匀分布在c1微通道两侧的冷却系统的孔5中的冷却液带走。

每隔一定时间将表面设有微通道的圆柱体13从外壳体12中拆卸下来进行清洗。

实施例2

如图4a-4d所示，为本发明另一较优实施例的带有冷却系统的圆锥体非叠层结构微反应器装置爆炸分解图和装配图，其包含表面刻有微通道a2、b2、c2的圆锥体23(细节参见图5a、5b)，该圆锥体23外套外壳体22，外壳体22内表面设有与圆锥体23外表面的微通道a2、b2、c2接通的入口A2、B2、C2和出口D2通道(细节参见图6a、6b)，在外壳体22上设置紧固加压盖21，通过紧固加压盖21对圆锥体23的加压促进圆锥体23的自密封作用，以保证微通道a2、b2、c2内的液体不会泄露，紧固加压盖21与外壳体22采用可拆卸的方式连接；同时在圆锥体23和外壳体22中设置冷却系统，该冷却系统采用隔板式冷却孔，即分别在反应产物溶液通道c2两侧的圆锥体23和外壳体22上沿其(主体部件和外壳体)轴向打盲孔5(细节参见图4d、5b、6b)，孔5与孔5间铣连通槽6，孔5中镶入隔板7，冷却水从隔板7一边流入，另一边流出，再经连通槽6依次进入相邻的孔5(细节参见图5c、5d和图6c、6d)。

作为一种优选，所述圆锥体23与外壳体22之间采用过盈配合。

作为一种优选，所述圆锥体23外表面微通道有a2、b2、c2三条，其中反应物溶液通道a2、b2长度为圆锥体23所在截面圆周长的四分之一，反应产物溶液通道c2长度为圆锥体23周长的二分之一，接通方式为T型(细节参见图5a、5b)。

作为一种优选，所述外壳体22内的入口通道的数目为A2、B2、C2三条，A2、B2分别位于a2和b2通道的两端，呈对称性，C2位于T型交叉口处，作为第三种反应物溶液的接入口。出口通道D2数目为一条，位于c2通道的端处(细节参见图6a、6b)。

作为一种优选，各孔到对应的反应产物溶液通道表面的距离相等，呈环形分布(细节参见图4d)。

作为一种优选，所述孔，直径为10mm，孔间距为15mm。

作为一种优选，圆锥体中冷却系统入口1、外壳体中冷却系统入口2、圆锥体中冷却系统出口3、外壳体中冷却系统出口4均为半圆孔，入口1、2和出口3、4与外界相通，其余孔和连通槽均为密封(细节参见图5d、6d)。

使用时，反应物溶液分别自入口通道A2、B2、C2经a2、b2微通道在T型交叉口处共同进入c2微通道中，反应物在c2微通道中混合反应生成反应产物后最终经出口通道D2流出；反应物在c2微通道中混合反应产生的热量由均匀分布在c2微通道两侧的冷却孔中的冷却水带走。

每隔一定时间将表面设有微通道的圆锥体23从外壳体22中拆卸下来进行清洗。

实施例3

参照实施例1，本实施例只在圆柱体13中设置冷却系统，该冷却系统采用隔板式冷却孔，即在反应产物溶液通道c1一侧的圆柱体13上沿其轴向打盲孔5，孔5与孔5间设置连通槽6，孔5中镶入隔板7，冷却水从隔板7一边流入，另一边流出，再经连通槽6依次进入相邻的孔5；从而有效防止微反应器微通道的堵塞和微反应器装置的局部过热。其他技术特征与实施例1中类似，对于本领域技术人员来说，很容易理解，不再赘述。

实施例4

参照实施例1，只在外壳体12中设置冷却系统，该冷却系统采用隔板式冷却孔，即在反应产物溶液通道c1一侧的外壳体12上沿其轴向打盲孔5，孔5与孔5间设置连通槽6，孔5中镶入隔板7，冷却液从隔板7一边流入，另一边流出，再经连通槽6依次进入相邻的孔5；从而有效防止微反应器微通道的堵塞和微反应器装置的局部过热。其他技术特征与实施例1中类似，对于本领域技术人员来说，很容易理解，不再赘述。

实施例5

参照实施例2，本实施例只在圆锥体23中设置冷却系统，该冷却系统采用隔板式冷却孔，即在反应产物溶液通道c2一侧的圆锥体23上沿其轴向打盲孔5，孔5与孔5间铣连通槽6，孔5中镶入隔板7，冷却水从隔板7一边流入，另一边流出，再经连通槽6依次进入相邻的孔5。其他技术特征与实施例2中类似，对于本领域技术人员来说，很容易理解，不再赘述。

实施例6

参照实施例2，本实施例只在外壳体22中设置冷却系统，该冷却系统采用隔板式冷却孔，即在反应产物溶液通道c2一侧的外壳体22上沿其轴向打盲孔5，孔5与孔5间铣连通槽6，孔5中镶入隔板7，冷却液从隔板7一边流入，另一边流出，再经连通槽6依次进入相邻的孔5。其他技术特征与实施例2中类似，对于本领域技术人员来说，很容易理解，不再赘述。

本发明微反应器装置结构简单，加工容易，加工成本低。尤其重要的是，当反应产物颗粒沉积在微通道内壁上时，可拆卸下来进行清洗，以防止微反应器微通道的堵塞，且拆装方便。更进一步地，装置中设置的冷却系统可有效吸收反应产生的热量，防止微反应器装置的局部过热。

以上所述仅为本发明的部分较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围做任何限制。凡在本发明的精神和原则之内做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种带有冷却系统的非叠层结构微反应器，其特征在于所述微反应器包含表面刻有微通道的主体部件，该主体部件外套外壳体，外壳体内表面设有与主体部件外表面的微通道接通的入口和出口通道，在外壳体上设置密封部件，将设有微通道的主体部件密封起来，以保证微通道内的液体不会泄露，且密封部件与外壳体采用可拆卸的连接方式连接；在所述主体部件和/或所述外壳体中设置冷却系统；

所述冷却系统为隔板式冷却孔，即分别在反应产物溶液通道两侧的主体部件和/或外壳体上沿其轴向设置盲孔，孔与孔间设置连通槽，孔中设置隔板，冷却液体从隔板一边流入，另一边流出，再经连通槽依次进入相邻的孔；

所述孔呈环形分布，各孔到反应产物溶液通道表面的距离相等，所述环形分布的中心为：主体部件的中心轴线，或外壳体与主体部件共同的中心轴线；

所有孔与连通槽构成一个密封的冷却通道，该通道只有入口和出口与外界相通，所述入口和出口为半圆孔；

所述孔，直径为6-10mm，相邻孔之间的间距为10-15mm；

所述主体部件外表面微通道，数目为2-4条，反应物溶液通道较短，反应产物溶液通道较长，接通方式为T型；

所述外壳体内表面的入口通道，数目为2-4个，位置对称;

所述主体部件与外壳体之间采用过盈配合。

2.如权利要求1所述的一种带有冷却系统的非叠层结构微反应器，其特征在于：所述主体部件为圆柱体，所述外壳体的上下端面设有上盖、下盖作为密封部件，上盖、下盖共同将设有微通道的圆柱体密封起来，以保证微通道内的液体不会泄露，且上盖、下盖与外壳体采用可拆卸的连接方式连接。

3.如权利要求1所述的一种带有冷却系统的非叠层结构微反应器，其特征在于：所述主体部件为圆锥体，圆锥体上端设有紧固加压盖，以实现对圆锥体的加压密封作用，紧固加压盖与外壳体采用可拆卸的方式连接。