CN105921088A - 一种微反应器及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种微反应器，包括具有微通道的基板、密封膜和封板，其特征是在所述基板上刻蚀的微通道呈多级并串联式，所述的基板上有2个进料口1、2和1个出料口3；本发明是一种便于拆装清理的气液和液相介质间进行化学反应的微型化学化工机械系统。本发明具有结构简单，易于排出堵塞，耐压、耐高温的优点。

Description

一种微反应器及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种微型化工过程应用微反应技术的机械领域，是一种耐热、耐腐蚀、耐高压进行化学反应的微反应器。
背景技术
随着化学工业的发展，跨类的部门层出不穷,逐步形成酸、碱、化肥、农药、有机原料、塑料、合成橡胶、合成纤维、染料、涂料、医药、感光材料、合成洗涤剂、炸药、橡胶等门类繁多的化学工业。对于化学工业绿色环保、高效安全的生产要求也因为化工行业 “三废”污染对环境的破坏和严重的生产事故不断提高。但由于粗放型的传统化工生产技术进行产业升级和“三废”处理，会极大地提升企业的生产成本，许多企业完全不能承受，在世界范围内，即使是发达国家的化工企业也会因为污染环境和安全事故，使得社会对于化工行业有诸多的偏见，甚至反对的成见。
上世纪90年代以来，设备微型化的技术革新理念快速推广，化学反应在微型设备上的大量研究证明了在大的比表面积的微通道中，反应转化率、选择性、能耗、原子经济性都较传统反应方式有明显的提高，特别是 “三废”排放的最小化，使其备受关注。该类设备称为微型反应器，在液态和气液化学反应方面，其传动量、传热和传质较釜式反应设备均有非常大的优势。国内外诸多知名企业相继投入巨资进行开发和研究微型反应器设备，相关的专利有EPA0688242、EPA1031375、WOA2004/045761及USA2004/0109798等。
微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。微小的反应体积是微反应器的突出特点，反应物料的混合是通过微结构来完成的，反应时间则通过在微反应通道内循环或累加微反应器。所以在微反应器内反应物的滞存体积很小，反应中释放的热量或形成的压力不会被链式反应放大而引发事故，这就是微反应器具有安全性的主要原因。研究表明高活性的反应物在微反应器内存留量少而且快速地被消耗，微反应器非常适合完成剧烈的化学反应过程。
微反应器内的流体分散和混合尺度都在微米量级，精密加工技术制造的特征尺寸在10到300微米（或者1000微米）之间。相对于传统设备内多尺度的流动、混合状态，微反应器内的分散尺度更为均一，这也是得益于微反应器内取消了传统反应釜的搅拌设备，代之以更为温和的微结构来完成流体的破碎的混合过程。这使得微反应器对反应物的存在状态更为可控。微反应器连续操作的模式，产品没有批次的差异，使得产品质量均一。
微反应器的通道在微米级别，物料中的固体杂质或是反应生成的固体产物对于微通道极易造成堵塞。疏通过程需要非常专业的工程师使用精密设备方能解决。这一应用上的缺点也制约了微反应器的推广。
发明内容
本发明的目的：针对现有微反应器微通道易堵塞，疏通的技术要求高，维护不方便的问题，设计一种由基板和封板组成的，方便清理受堵微通道的微反应器。
本发明的技术方案：一种微反应器，包括基板和封板，基板内部设置微通道，微通道为多级串联和并联流式结合，微通道设置至少一个进口和至少一个出口，基板和封板采用薄膜密封。
所述的微通道的空穴设计为心形。
所述的基板和封板采用薄膜密封，然后通过螺孔进行固定。
所述的基板和封板由不锈钢板制成。
所述的微通道采用化学蚀刻、等离子蚀刻、激光刻制、LIGA或准LIGA技术加工在基板上形成。
所述的基板微通道管道内径为1～5mm。
所述的基板与封板之间密封采用的薄膜为铝膜、金属表面硅烷膜或金膜。
所述的反应器内反应压力为0.1～1MPa。
本发明的有益效果:微反应器要达到耐压、耐高温的反应条件，对密封度要求极高，本申请所采用的微反应器密封方式简单，可有效地满足微通道堵塞使时，进行拆卸清理的需要。
附图说明
图1为本发明基板的微反应器通道板的剖视图；
图2为本发明的封板结构示意图；
图3 为本发明基板实物照片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1，图上1和2指示的是入口，3为出口，其余的圆孔4均为螺栓紧固的螺孔。
一种微反应器，包括基板和封板，基板内部设置微通道5，微通道5为多级串联和并联流式结合，微通道5设置至少一个进口1和至少一个出口3，基板和封板采用薄膜密封，然后通过螺孔4进行固定。基板与封板之间密封采用的薄膜为铝膜、金属表面硅烷膜或金膜。
基板和封板由不锈钢板制成，选用不锈钢SUS201、SUS204、SUS301、SUS302、SUS303、 SUS304或SUS316为制作微反应通道的材料；
微通道5的空穴设计为心形。微通道5采用化学蚀刻、等离子蚀刻、激光刻制、LIGA或准LIGA技术加工在基板上形成。
基板微通道5管道内径为1～5mm。入口处1和2以标准接头连接平流泵，对应于平流泵以流速1～200mL/min将反应液输入反应器，反应器内反应压力为0.1～1MPa。
所述的微反应器是基板、密封膜和封板以螺栓通过螺孔4紧固，入口处1和2以标准接头连接平流泵，反应液由平流泵泵入微反应器，在心型微通道上形成湍流，增大比表面积。再由出口3以标准接头留出，到反应液收集储槽。
具体实用例：
由于本微反应器可以适用于多种气液和液相反应，反应原料以A和B表示。
应用实例1
反应系吸热反应，A和B两种反应原料按反应摩尔比配分别制成溶液备用，微反应器入口1和2，分别连接两台平流泵，出口3介入储槽。将微反应器浸入导热油中，加温到设定温度，待微反应器体系内温度稳定后，A和B反应溶液分别由两台平流泵从入口1和2泵入到微反应器，经微通道后，由出口3排出设备，完成反应。
应用实例2
反应系吸热反应，A和B两种反应原料按反应摩尔比配制成混合溶液，封闭入口1，微反应器入口2，连接一台平流泵，出口3介入储槽。将微反应器浸入导热油中，加温到设定温度，待微反应器体系内温度稳定后，A和B混合反应溶液由一台平流泵从入口2泵入到微反应器，经微通道后，由出口3排出设备，完成反应。

Claims (8)

1.一种微反应器，其特征在于：包括基板和封板，基板内部设置微通道（5），微通道（5）为多级串联和并联流式结合，微通道（5）设置至少一个进口（1）和至少一个出口（3），基板和封板采用薄膜密封。
2.根据权利要求1所述的一种微反应器，其特征在于：微通道（5）的空穴设计为心形。
3.根据权利要求1所述的一种微反应器，其特征在于：基板和封板采用薄膜密封，然后通过螺孔（4）进行固定。
4.根据权利要求1所述的一种微反应器，其特征在于：基板和封板由不锈钢板制成。
5.根据权利要求1所述的一种微反应器，其特征在于：微通道采用化学蚀刻、等离子蚀刻、激光刻制、LIGA或准LIGA技术加工在基板上形成。
6.根据权利要求1所述的一种微反应器，其特征在于：基板微通道（5）管道内径为1～5mm。
7.根据权利要求1所述的一种微反应器，其特征在于：基板与封板之间密封采用的薄膜为铝膜、金属表面硅烷膜或金膜。
8.根据权利要求1所述的一种微反应器，其特征在于：反应器内反应压力为0.1～1MPa。
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