CN105817188A - 一种金属小通道反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型金属小通道反应器，涉及物料混合与反应设备技术领域。包括进料口、模块、出料口、换热器进口管和换热器出口管，模块和模块交替叠置在相对平行放置的进口管和出口管之间，模块与模块之间由膜块连接管连接而成。小通道反应器模块由管程和壳程组成，物料经计量泵在管程区域内进行预热、混合并反应，壳程区内冷媒介质由外部换热器控制小通道反应器内的温度。微型反应器模块有着卓越的传质传热效果，能够承受很高的操作压力，最高压力可达到10兆帕，并且很大程度上改进生产效率、反应速度、安全性等，具有强度高而密度又小，机械性能好，韧性和抗蚀性能很好的特性，工程放大便捷，从实验室规模到工业生产一步完成。

Description

一种金属小通道反应器
技术领域
本发明涉及物料混合与反应设备技术领域，具体涉及一种金属小通道反应器。
背景技术
微通道反应器设备根据其主要用途或功能可以细分为微混合器，微换热器和微反应器。由于其内部的微结构使得微通道反应器设备具有极大的比表面积，可达搅拌釜比表面积的几百倍甚至上千倍。微通道反应器有着极好的传热和传质能力，可以实现物料的瞬间均匀混合和高效的传热，因此许多在常规反应器中无法实现的反应都可以微通道反应器中实现。现有的微通道反应器对给料的流动控制效果不好，压力小，生产效率低，反应速度慢，而且因为现有的微通道反应器主要以陶瓷或玻璃材质制成，强度低，机械性能差，韧性及抗腐蚀性能差。
发明内容
本发明专利目的是提供一种金属小通道反应器，它能克服现有技术的弊端。
为了解决背景技术所存在的问题，本发明专利是采用以下技术方案：一种金属小通道反应器，所述反应器包括物料进口管，微通道、模块、物料出口管，换热器进口管和换热器出口管，模块和模块交替叠置在相对平行放置的进口管和出口管之间，模块与模块之间由膜块连接管连接而成。
所述小通道反应器模块由管程和壳程组成，物料经计量泵在管程区域内进行预热、混合并反应，壳程区内的冷媒介质由外部换热器控制小通道反应器内的温度。其中换热器是热传导液经换热器进口流进，由换热器出口流出，实现热传导液的闭路循环流动。
所述的模块由物料进口管、物料出口管和外部换热器相连接而成。所述小通道反应器模块有两个进料口和一个出料口，进料口经由Y型管路进入具有竹节状微结构的反应微通道管路。物料通过计量泵从进口输送到金属小通道反应器模块通道内进行预热、混合、反应，产品从微通道反应器的出口处收集。
所述的金属管内壁具有微结构。
所述小通道反应器是由具有微结构的不同功能金属模块组合而成，其中模块可以是单模块或双模块或多模块组成，模块与模块平行叠放排列，模块与模块之间由膜块连接管连接而成。
所述小通道反应器是具微结构的金属通道组成，其中通道内部直径Φ=4~10mn，微结构Φa=0.5~2mn，Φb=0.5~2mn，L=10~20mn。
所述的小通道反应器材质由多种金属材料方案组成，包括单一金属材料材质：316L不锈钢（SS316L）、哈氏合金（HC22或HG35），以及复合金属材质-不锈钢复合薄层钛（Ti）、金（Au）、铂（Pt）等，能够适合不同的反应工况，具有强耐腐蚀性和高耐温耐压性能。
所述的操作温度区间为-100~350℃。所述压力范围在0~10Mpa。
该反应器可以以低能耗及高热交换效率进行大量的平行化学反应实验，所述小型反应器的给料提供了极佳的流动控制，反应器模块有着卓越的传质传热效果，能够以零下100℃到零上350℃，能够承受很高的操作压力，最高压力可达到10兆帕，并且很大程度上改进生产效率、反应速度、安全性等，具有强度高而密度又小，机械性能好，韧性和抗蚀性能很好的特性，工程放大便捷，从实验室规模到工业生产一步完成。
附图说明
图1为微反应器单膜块组合图：11-进料口，13-单膜块，14-出料口，15-换热器进口，16-换热器出口。
图2为微反应器双膜块组合图：11-进料口，13-双膜块，14-出料口，5-换热器进口，16-换热器出口，17-膜块连接管。
图3为微反应器多膜块组合图：11-进料口，13-多膜块，14-出料口，15-换热器进口，16-换热器出口，17-膜块连接管。
图4为微反应器系统整体侧视图：11-进料口，13-多膜块，14-出料口，15-换热器进口，16-换热器出口，17-膜块连接管。
图5为微反应器系统整体俯视图：11-进料口，13-多膜块，16-换热器出口。
图6为微反应器系统整体后视图：11-进料口，13-多膜块，15-换热器进口，16-换热器出口，17-膜块连接管。
图7为微反应器系统整体前视图：11-进料口，13-多膜块，15-换热器进口，16-换热器出口，17-膜块连接管。
图8为微反应器单膜块正视图：11-进料口，13-单膜块，14-出料口，15-换热器进口，16-换热器出口，17-膜块连接管。
图9为微反应器单膜块轴侧图：11-进料口，13-单膜块，14-出料口，15-换热器进口，16-换热器出口，17-膜块连接管。
图10为微反应器单膜块内剖侧视图：11-进料口，12-通道，13-单膜块，14-出料口，15-换热器进口，16-换热器出口，17-膜块连接管。
图11为微反应器单膜块内剖侧视图：11-进料口，12-通道，13-单膜块，14-出料口，15-换热器进口，16-换热器出口，17-膜块连接管。
图12为微反应器单膜块内剖正视图：11-进料口，12-通道，13-单膜块，14-出料口，15-换热器进口，16-换热器出口，17-膜片连接管。
图13为微反应器通道结构图：12-通道，20、30-通道微结构。
图14为微反应器内部通道结构图：1-通道，20、30-通道微结构。
图15为微反应器外部通道结构图：12通道。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明专利作进一步解释说明，但并不因此而限制本发明专利的内容。
如图1所示，微反应器由单膜块（13）组成，模块外立面上方开有Y型物料流体进料口（11）、外立面下方开有物料流体出料口（14），物料流体在模块内层进行混合和化学反应，从而实现了混合和传热的集成。模块外层由换热器（8）组成，热传导液经换热器进口（15）流进，由换热器出口（16）流出，实现热传导液的闭路循环流动。
如图2所示，微反应器由双膜块（13）组成，模块与模块平行叠放排列，第一块模块外立面上方开有Y型物料流体进料口（11）、第二块模块外立面下方开有物料流体出料口（14），每个模块内层有物料流体流动，外层由换热器（8）组成，热传导液经换热器进口（15）流进，由换热器出口（16）流出，实现热传导液的闭路循环流动。模块与模块之间由膜块连接管（17）连接而成。
如图3所示，微反应器由多膜块（13）组成，模块与模块平行叠放排列，第一块模块外立面上方开有Y型物料流体进料口（11）、最后一块模块外立面下方开有物料流体出料口（14），每个模块内层有物料流体流动，外层由换热器（8）组成，热传导液经换热器进口（15）流进，由换热器出口（16）流出，实现热传导液的闭路循环流动。模块与模块之间由膜块连接管（17）连接而成。
如图4、5、6、和7所示，微反应器多模块（13）整体结构布局，包括侧视结构、俯视结构、后视结构和前视结构，整体布局按照图6所示，模块与模块平行依次叠放排列，第一块模块外立面上方开有Y型物料流体进料口（11）、最后一块模块外立面下方开有物料流体出料口（14），每个模块内层有物料流体流动，外层由换热器（8）组成，热传导液经换热器进口（15）流进，由换热器出口（16）流出，实现热传导液的闭路循环流动。模块与模块之间由膜块连接管（17）连接而成。
如图8和9所示，微反应器单模块（13）结构布局，包括正视结构和轴侧结构，微反应器单模块（13）结构布局按照图4所示，模块外立面上方开有物料流体进料口（11）、外立面下方开有物料流体出料口（14），物料流体在模块内层进行混合和化学反应，从而实现了混合和传热的集成。模块外层由换热器（8）组成，热传导液经换热器进口（15）流进，由换热器出口（16）流出，实现热传导液的闭路循环流动。模块与模块之间由膜块连接管（17）连接而成。
如图10、11和12所示，微反应器单膜块（13）内剖结构布局，包括內剖侧视结构和內剖正视结构，按照图4所示，模块外立面上方开有物料流体进料口（11）、外立面下方开有物料流体出料口（14），物料流体在模块内层进行混合和化学反应，从而实现了混合和传热的集成。模块外层由换热器（8）组成，热传导液经换热器进口（15）流进，由换热器出口（16）流出，实现热传导液的闭路循环流动。模块与模块之间由膜块连接管（17）连接而成。
如图13、14和15所示，微反应器单膜块（13）内部通道（12）结构布局，包括通道内部和外部结构，通道为具有竹节状微结构（20、30）的管路交替依次排列而成，这种结构将使流体间高速交叉撞击后使体系处于均匀分散状态，然后再进入具有竹节状的微通道管路，实现流体分离再结合的混合效果。
实施例1
参照图3、图11，具体实施方式采用以下技术方案：包括物料进口管（11），微通道（12）、模块（13）、物料出口管（14），换热器进口管（15）和换热器出口管（16），模块和模块交替叠置在相对平行放置的进口管和出口管之间，模块与模块之间由膜块连接管（17）连接而成；模块（13）是由金属材料构成的夹心结构，外层由换热器用于热传导液的循环流动，内层用于反应流体的混合和化学反应，从而实现了混合和传热的集成，其中换热器（8）是热传导液经换热器进口（15）流进，由换热器出口（16）流出，实现热传导液的闭路循环流动；模块（13）有两个进料口（11）和一个出料口（14），进料口（11）经由Y型管路进入具有竹节状微结构的反应微通道（12）管路；物料通过计量泵从进口（11）输送到具有竹节状微结构的模块通道内（12）进行预热、混合、反应，产品从微通道反应器的出口处（14）收集；微通道反应器材质包括多种金属材料方案，包括单一金属材料材质：316L不锈钢（SS316L）、哈氏合金（HC22或HG35），以及复合金属材质-不锈钢复合薄层钛（Ti）、金（Au）、铂（Pt）等，能够适合不同的反应工况，具有强耐腐蚀性和高耐温耐压性能。操作温度区间为-100~350℃。压力范围在0~10Mpa。
本具体实施方式能克服现有技术的弊端，可以以低能耗及高热交换效率进行大量的平行化学反应实验，微型反应器的给料提供了极佳的流动控制，反应器模块有着卓越的传质传热效果，能够以零下100℃到零上350℃，能够承受很高的操作压力，最高压力可达到10兆帕，并且很大程度上改进生产效率、反应速度、安全性等，具有强度高而密度又小，机械性能好，韧性和抗蚀性能很好的特性，工程放大便捷，从实验室规模到工业生产一步完成。

Claims (8)

1.一种金属小通道反应器，其特征在于所述反应器包括物料进口管（11），微通道（12）、模块（13）、物料出口管（14），换热器进口管（15）和换热器出口管（16），模块和模块交替叠置在相对平行放置的进口管和出口管之间，模块与模块之间由膜块连接管（17）连接而成。
2.根据权利要求1所述的一种金属小通道反应器，其特征在于，所述小通道反应器模块由管程和壳程组成，物料经计量泵在管程区域内进行预热、混合并反应，壳程区内的冷媒介质由外部换热器控制小通道反应器内的温度；其中换热器是热传导液经换热器进口（15）流进，由换热器出口（16）流出，实现热传导液的闭路循环流动。
3.根据权利要求1所述的一种金属小通道反应器，其特征在于，所述的模块由物料进口管（11）、物料出口管（14）和外部换热器相连接而成；所述小通道反应器模块（13）有两个进料口（11）和一个出料口（14），进料口（11）经由Y型管路进入具有竹节状微结构的反应微通道（12）管路；物料通过计量泵从进口（11）输送到金属小通道反应器模块通道内（12）进行预热、混合、反应，产品从微通道反应器的出口处（14）收集。
4.根据权利要求1所述的一种金属小通道反应器，其特征在于，所述的金属管内壁具有微结构。
5.根据权利要求1所述的一种金属小通道反应器，其特征在于，所述小通道反应器是由具有微结构的不同功能金属模块（13）组合而成，其中模块（13）可以是单模块或双模块或多模块组成，模块与模块平行叠放排列，模块与模块之间由膜块连接管（17）连接而成。
6.根据权利要求1所述的一种金属小通道反应器，其特征在于，所述小通道反应器是具微结构的金属通道（12）组成，其中通道（12）内部直径Φ=4~10mn，微结构（20）Φa=0.5~2mn，（30）Φb=0.5~2mn，L=10~20mn。
7.根据权利要求1所述的一种金属小通道反应器，其特征在于，所述的小通道反应器材质由多种金属材料方案组成，包括单一金属材料材质：316L不锈钢（SS316L）、哈氏合金（HC22或HG35），以及复合金属材质-不锈钢复合薄层钛（Ti）、金（Au）、铂（Pt）等，能够适合不同的反应工况，具有强耐腐蚀性和高耐温耐压性能。
8.根据权利要求1所述的一种金属小通道反应器，其特征在于，所述的操作温度区间为-100~350℃；所述压力范围在0~10Mpa。
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