CN105327662A - 一种嵌套式非叠层结构微反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种嵌套式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，密封部件与外壳体采用可拆卸的连接方式连接，主体部件是由多个表面刻有微通道的环形圆柱或圆锥层层嵌套而构成的。本发明微反应器装置主体部件采用嵌套形式，节省空间，同时通过增加微通道数目实现材料合成放大，结构简单，加工容易，加工成本低。

Description

一种嵌套式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，是涉及一种嵌套式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。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。

进一步的，本申请人申请的发明专利申请号：CN201510332761.1、申请号：CN201510334666.5，很好的解决了上述的技术问题。本发明在这两份专利申请的基础上进一步进行改善。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足和缺陷，本发明提供一种嵌套式非叠层结构微反应器，该反应器中表面刻有微通道的主体部件采用层层嵌套形式，节省空间，并可以进一步通过增加微通道数目实现材料合成放大，结构简单，成本低。

为实现上述目的，本发明所述嵌套式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，密封部件与外壳体采用可拆卸的连接方式连接；所述主体部件是由两个以上表面刻有微通道的环形圆柱或环形圆锥层层嵌套而构成的。

作为一种优选，所述环形圆柱或环形圆锥表面的微通道在与外壳体的入口和出口通道接通的端部设为通孔，该通孔同时连接各层环形圆柱或环形圆锥上的微通道，以便反应液同时进入内层环形圆柱或环形圆锥表面的反应液微通道和内层环形圆柱表面的产物液微通道的产物液流出。

作为一种优选，为防止溶液倒流，所述反应液微通道内设瓣膜结构。更好的，所述瓣膜结构，由在微通道中设置的两个相对的三角形构成，两个三角形间的距离朝着交叉处方向逐渐变小。

作为一种优选，为使反应液混合的更充分彻底，所述产物液微通道内设多个宽度更小的微通道，这些宽度更小的微通道分布在交叉处与出口处之间的产物液微通道中，相互不连通。更优的，该宽度更小的微通道具体设置形式为产物液微通道被多个长条形的隔离部件隔成多个宽度相等但尺寸更小的沟槽。

作为一种优选，所述主体部件由多个表面刻有微通道的环形圆柱层层嵌套而构成，所述外壳体的上下端面设有上盖、下盖作为密封部件，上盖、下盖与外壳体采用可拆卸的连接方式连接。

作为一种优选，所述主体部件由多个表面刻有微通道的环形圆锥层层嵌套而构成，主体部件上端设有紧固加压盖，以实现对主体部件的加压密封作用，紧固加压盖与外壳体采用可拆卸的方式连接。

与现有技术相比，本发明微反应器的主体部件采用层层嵌套形式，节省空间，同时通过增加微通道数目实现材料合成放大，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，以防止微反应器通道的堵塞，且拆装方便。

附图说明

图1是本发明一较优实施例的主体部件为圆柱形的嵌套非叠层结构微反应器的爆炸分解图；

图2是本发明一较优实施例的主体部件为圆锥形的嵌套非叠层结构微反应器的爆炸分解图；

图3、图4是本发明实施例中微反应器的微通道内部结构图；

图中：上盖11，圆柱形主体部件12，外壳体13，下盖14；紧固加压盖21，圆锥形主体部件22，外壳体23，瓣膜结构24，宽度更小的微通道25。

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1所示，为本发明一较优实施例的主体部件为圆柱形的嵌套非叠层结构微反应器的爆炸分解图，该嵌套式非叠层结构微反应器，包含表面刻有微通道的圆柱形主体部件12，该圆柱形主体部件12外套外壳体13，外壳体13内表面设有与圆柱形主体部件12外表面的微通道接通的入口和出口通道，在外壳体13上设置上盖11和下盖14，上盖11、下盖14与外壳体13采用可拆卸的连接方式连接。

作为一种优选方式，所述圆柱形主体部件12是由5个表面刻有微通道的环形圆柱A1、B1、C1、D1、E1层层嵌套而构成的，环形圆柱A1、B1、C1、D1、E1的直径依次减小。每个环形圆柱上设置的微通道具体位置一致，以便反应液的流入和产物液的流出。

作为一种优选方式，所述环形圆柱A1、B1、C1、D1、E1表面的微通道在与外壳体13的入口和出口通道接通的端部设为通孔，以便反应液同时进入内层环形圆柱表面的反应液微通道和内层环形圆柱表面的产物液微通道的产物液流出。

所述微通道分为反应液微通道、产物液微通道，其中反应液微通道是指反应前的溶液经过的微通道，产物液微通道是指反应后的溶液经过的微通道，反应液微通道和产物液微通道共同构成微通道。反应液微通道位于圆柱的同一截面圆上，它们在交叉处相遇；反应液微通道交叉后的那段微通道即是产物液微通道。反应液微通道和产物液微通道位于主体部件中的每层环形圆柱的外表面上。例如环形圆柱A1表面，a1和b1是反应液微通道，c1是产物液微通道。

作为一种优选方式，为防止溶液倒流，所述反应液微通道内设瓣膜结构24。

所述瓣膜结构24由在微通道中设置的两个相对的直角三角形构成，其中一条直角边设在微通道上，两个三角形间的距离朝着交叉处方向逐渐变小(见图3)。

作为一种优选方式，为使反应液混合的更充分彻底，所述产物液微通道内设多个宽度更小的微通道25。所述宽度更小的微通道25分布在交叉处与出口处之间的产物液微通道中，起自交叉处，尾到出口处，相互不连通(见图3、图4)。这些宽度更小的微通道25具体设置形式为产物液微通道(如环形圆柱A1表面的c1)被多个长条形的隔板隔成多个宽度相等但尺寸更小的沟槽。当然，在其他实施例中也可以采用其他方式。

使用时，反应液分别自入口通道进入到反应液微通道中，同时通过微通道端部的通孔进入到内层环形圆柱表面的反应液微通道中，在各环形圆柱A1、B1、C1、D1、E1表面的微通道T型交叉口处共同进入产物液微通道中，反应物在产物液微通道中混合反应生成产物液，最终经出口通道流出，内层环形圆柱表面的产物液微通道中生成的产物液通过端部的通孔流出。

每隔一定时间将表面设有微通道的圆柱形主体部件12从外壳体13中拆卸下来进行清洗。

本发明上述的反应器，一方面可进行拆卸清洗，有效防止微反应器通道的堵塞；同时表面刻有微通道的主体部件采用嵌套形式，节省空间；进一步的，可以通过增加微通道数目实现材料合成放大；结构简单，成本低。

实施例2

如图2所示，为本发明一较优实施例的主体部件为圆锥形的嵌套非叠层结构微反应器的爆炸分解图，该嵌套式非叠层结构微反应器，包含表面刻有微通道的圆锥形主体部件22，该圆锥形主体部件22外套外壳体23，外壳体23内表面设有与圆锥形主体部件22外表面的微通道接通的入口和出口通道，圆锥形主体部件22上端设有紧固加压盖21，以实现对主体部件的加压密封作用，紧固加压盖21与外壳体23采用可拆卸的方式连接。

作为一种优选方式，所述圆锥形主体部件22是由5个表面刻有微通道的环形圆锥A2、B2、C2、D2、E2层层嵌套而构成的。

作为一种优选方式，所述环形圆锥A2、B2、C2、D2、E2表面的微通道在与外壳体23的入口和出口通道接通的端部设为通孔，以便反应液同时进入内层环形圆锥表面的反应液微通道和内层环形圆锥表面的产物液微通道的产物液流出。

作为一种优选方式，为防止溶液倒流，所述反应液微通道内设瓣膜结构24。瓣膜结构与上述实施例类似，但是三角形可以不是直角三角形。

作为一种优选方式，为使反应液混合的更充分彻底，所述产物液微通道内设多个宽度更小的微通道25。所述宽度更小的微通道25分布在交叉处与出口处之间的产物液微通道中，起自交叉处，尾到出口处，相互不连通(见图3、图4)。这些宽度更小的微通道25具体设置形式为产物液微通道被多个长条形的隔膜隔成多个宽度相等但尺寸更小的沟槽。

使用时，反应液分别自入口通道进入到反应液微通道中，同时通过微通道端处的通孔进入到内层环形圆锥表面的反应液微通道中，在各环形圆锥A2、B2、C2、D2、E2表面的微通道T型交叉口处共同进入产物液微通道中，反应物在产物液微通道中混合反应生成产物液最终经出口通道流出，内层环形圆锥表面的产物液微通道中生成的产物液通过端处的通孔流出。

每隔一定时间将表面设有微通道的圆锥形主体部件22从外壳体23中拆卸下来进行清洗。

本发明微反应器装置主体部件采用嵌套形式，节省空间，同时通过增加微通道数目实现材料合成放大，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，以防止微反应器通道的堵塞，且拆装方便。

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 (9)

1.一种嵌套式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，密封部件与外壳体采用可拆卸的连接方式连接；其特征在于：所述主体部件是由两个以上表面刻有微通道的环形圆柱或环形圆锥层层嵌套而构成。

2.如权利要求1所述的一种嵌套式非叠层结构微反应器，其特征在于：所述环形圆柱或圆锥表面的微通道在与外壳体的入口和出口通道接通的端部设为通孔，以便反应液同时进入内层环形圆柱或圆锥表面的反应液微通道和内层环形圆柱表面的产物液微通道的产物液流出。

3.如权利要求1所述的一种嵌套式非叠层结构微反应器，其特征在于：所述反应液微通道内设用于防止溶液倒流的瓣膜结构。

4.如权利要求3所述的一种嵌套式非叠层结构微反应器，其特征在于：所述瓣膜结构，由在微通道中设置的两个相对的三角形构成，两个三角形间的距离朝着交叉处方向逐渐变小。

5.如权利要求1所述的一种嵌套式非叠层结构微反应器，其特征在于：所述产物液微通道内设多个宽度更小的微通道。

6.如权利要求5所述的一种嵌套式非叠层结构微反应器，其特征在于：所述宽度更小的微通道，分布在交叉处与出口处之间的产物液微通道中，相互不连通。

7.如权利要求5所述的一种嵌套式非叠层结构微反应器，其特征在于：所述宽度更小的微通道具体设置形式为：产物液微通道被多个长条形的隔离部件隔成多个宽度相等但尺寸更小的沟槽。

8.如权利要求1-7任一项所述的一种嵌套式非叠层结构微反应器，其特征在于：所述主体部件由多个表面刻有微通道的环形圆柱层层嵌套而构成，所述外壳体的上下端面设有上盖、下盖作为密封部件，上盖、下盖与外壳体采用可拆卸的连接方式连接。

9.如权利要求1-7任一项所述的一种嵌套式非叠层结构微反应器，其特征在于：所述主体部件由多个表面刻有微通道的环形圆锥层层嵌套而构成，主体部件上端设有紧固加压盖，以实现对主体部件的加压密封作用，紧固加压盖与外壳体采用可拆卸的方式连接。