CN106492718B

CN106492718B - 一种芯片型微反应通道及微反应器

Info

Publication number: CN106492718B
Application number: CN201610940809.1A
Authority: CN
Inventors: 李凤; 李处来; 张岚; 孟凡国; 尤琳
Original assignee: Bold And Generous Chemical Engineering Technology Co Ltd In Shandong
Current assignee: Bold And Generous Chemical Engineering Technology Co Ltd In Shandong
Priority date: 2016-10-31
Filing date: 2016-10-31
Publication date: 2019-07-30
Anticipated expiration: 2036-10-31
Also published as: CN106492718A

Abstract

本发明是关于一种芯片型微反应通道及微反应器。一种芯片型微反应通道，包括：基体和位于其上的芯片，芯片包括分流结构和被分流结构分隔而成的第一流体部和第二流体部，且第一流体部包括第一进口、第二流体部包括第二进口；同时，第一流体部被分流结构分隔成至少两个第一分流通道，第二流体部被分流结构分隔成至少两个第二分流通道，并且在基体上与第一分流通道和第二分流通道分别对应的位置相连地形成有混流通道，混流通道与第一分流通道和第二分流通道分别连通。一种微反应器，包括至少一个芯片型微反应通道。本发明能够使两种流体中的不同反应物充分混合反应，提高了反应速度和反应物生成效率，同时提升了反应的安全可靠性。

Description

一种芯片型微反应通道及微反应器

技术领域

本发明涉及一种化工机械技术领域，特别是涉及一种芯片型微反应通道及微反应器。

背景技术

微反应器是一种建立在连续流动基础上的微管道式反应器，用以替代传统反应器，如玻璃烧瓶、漏斗，以及工业有机合成中常用的反应釜等传统间歇反应器。在微反应器中有大量的以精密加工技术制作的微型反应通道，它可以提供极大的比表面积，传质传热效率极高。另外，微反应器以连续流动代替间歇操作，使准确控制反应物的停留时间成为可能。这些特点使有机合成反应在微观尺度上得到精确控制，为提高反应选择性和操作安全性提供了可能。

目前所使用的大多数微反应器反应通道结构简单，其混合效果一般，不能充分混合反应，因此反应产物的收率不高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种芯片型微反应通道及微反应器，主要目的在于提高流体的混合效果，使流体中反应物充分混合反应。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

一方面，本发明的实施例提供一种芯片型微反应通道，包括：

基体和位于其上的芯片，所述芯片包括分流结构和被所述分流结构分隔而成的第一流体部和第二流体部，且所述第一流体部包括第一进口，所述第二流体部包括第二进口；

同时，所述第一流体部被所述分流结构分隔成至少两个第一分流通道，所述第二流体部被所述分流结构分隔成至少两个第二分流通道，并且在所述基体上与所述第一分流通道和所述第二分流通道分别对应的位置相连地形成有混流通道，所述混流通道与所述第一分流通道和所述第二分流通道分别连通。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选地，至少两个所述第一分流通道以朝着所述第二流体部的方向平行延伸地设置，至少两个所述第二分流通道以朝着所述第一流体部的方向平行延伸地设置，且至少两个所述第一分流通道与至少两个所述第二分流通道之间平行且彼此交替地排列设置。

优选地，沿着与所述第一分流通道和所述第二分流通道中流体流向相垂直的方向，所述第一分流通道与相邻的所述第二分流通道之间间隔均相等。

优选地，至少一个所述第一分流通道至少部分地伸入与其相邻的两个所述第二分流通道之间围成的部分区域；

和/或，至少一个所述第二分流通道至少部分地伸入与其相邻的两个所述第一分流通道之间围成的部分区域。

优选地，所述分流结构为由两个以上的U形结构拼接或插接形成的曲线形轮廓的平面结构。

优选地，所述第一流体部在所述第一分流通道的区域形成为第一分流部，所述第二流体部在所述第二分流通道的区域形成为第二分流部；

所述第一进口设置在所述第一流体部上远离所述第一分流部的位置，所述第二进口设置在所述第二流体部上远离所述第二分流部的位置，且在所述基体上与所述混流通道相连通地设置有允许流体流出的流体出口。

优选地，所述第一流体部还包括位于第一进口和第一分流部之间的连通二者的第一缓冲段，且沿着流体流动方向所述第一缓冲段的通道横截面积逐渐增大；

和/或，所述第二流体部还包括位于第二进口和第二分流部之间的连通二者的第二缓冲段，且沿着流体流动方向所述第二缓冲段的通道横截面积逐渐增大。

优选地，所述基体与所述芯片呈上下布置，在所述基体的上表面开设有与所述芯片外形形状大致相同的能容纳所述芯片的容纳槽。

优选地，所述混流通道为设置在所述容纳槽的底部并与所述芯片相对的连通槽，所述连通槽与至少两个所述第一分流通道和至少两个所述第二分流通道均对应连通。

另一方面，本发明的实施例提供一种微反应器，包括至少一个上述的芯片型微反应通道，且当所述芯片型微反应通道为两个以上时，相邻两个芯片型微反应通道中，其中一个微反应通道的出口连接至另一个微反应通道的入口。

借由上述技术方案，本发明一种芯片型微反应通道及微反应器至少具有下列优点：

本发明的技术方案是在所述基体上设置所述芯片，所述芯片的分流结构将所述芯片分隔成第一流体部和第二流体部；同时，所述第一流体部被所述分流结构分隔成至少两个第一分流通道，所述第二流体部被所述分流结构分隔成至少两个第二分流通道。两种流体分别从所述第一进口和所述第二进口进入所述第一分流部和所述第二分流部，进入所述第一分流部的流体被至少两个所述第一分流通道切割分流，进入所述第二分流部的流体被至少两个所述第二分流通道切割分流。并且在所述基体上与所述第一分流通道和所述第二分流通道分别对应的位置相连地形成有混流通道，所述混流通道与所述第一分流通道和所述第二分流通道分别连通。因此从至少两个所述第一分流通道与从至少两个所述第二分流通道分别流出到所述混流通道中的两种不同流体相遇混合，由于分流后增大了反应接触面积，因此能够使两种流体中的两种反应物充分混合反应，提高了反应速度和反应物生成效率。

同时，由于进入所述反应通道的两种流体在流动中进行混合和化学反应的特点，因此在反应通道中停留的化学品数量总是很少的，即使万一失控，危害程度也非常有限。而且，由于反应通道换热效率极高，即使反应突然释放大量热量，也可以被迅速导出，从而保证反应温度的稳定，减少了发生安全事故和质量事故的可能性。因此本发明的技术方案提升了反应的安全可靠性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明的一个实施例提供的一种芯片型微反应通道的一种结构示意图；

图2是本发明的一个实施例提供的一种芯片型微反应通道的另一种结构示意图；

图3是本发明的一个实施例提供的一种芯片型微反应通道的一种U形结构的分流结构的示意图；

图4是本发明的一个实施例提供的一种芯片型微反应通道的另一种U形结构的分流结构的示意图；

图5是本发明的另一个实施例提供的一种微反应器的结构示意图。

图中附图标记表示为：

100、基体；110、混流通道；120、通孔；130、流体出口；200、芯片；210、分流结构；220、第一流体部；230、第二流体部；223、第一进口；233、第二进口；2211、第一分流通道；2311、第二分流通道；221、第一分流部；231、第二分流部；222、第一缓冲段；232、第二缓冲段；224、第一出口；234、第二出口；300、盖体；10、芯片型微反应通道。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

如图1和图2所示，本发明的一个实施例提出的一种芯片型微反应通道，包括基体100和位于其上的芯片200，所述芯片200包括分流结构210和被所述分流结构210分隔而成的第一流体部220和第二流体部230，且所述第一流体部220包括第一进口223，所述第二流体部230包括第二进口233。

同时，所述第一流体部220被所述分流结构210分隔成至少两个第一分流通道2211，所述第二流体部230被所述分流结构210分隔成至少两个第二分流通道2311。并且在所述基体100上与所述第一分流通道2211和所述第二分流通道2311分别对应的位置相连地形成有混流通道110，所述混流通道110与所述第一分流通道2211和所述第二分流通道2311分别连通。

这里需要说明的是，所述第一分流通道2211和所述第二分流通道2311的数量并不局限于图1和图2所示的数量，图1和图2中所示的数量仅仅是为了便于说明本发明的原理和结构。实际上，所述第一分流通道和所述第二分流通道的数量可以有很多，而且越多越好，但是实际的数量跟设计需要和芯片的尺寸以及所述第一分流通道和所述第二分流通道的宽度有关。因此这里不作具体限定。

优选地，如图1和图2所示，至少两个所述第一分流通道2211以朝着所述第二流体部230的方向平行延伸地设置；同时，至少两个所述第二分流通道2311以朝着所述第一流体部220的方向平行延伸地设置。即所述第一分流通道2211和所述第二分流通道2311可以为直线形结构。直线形结构能够使流体以最短距离迅速通过所述第一分流通道2211和所述第二分流通道2311，并且迅速流入下一个环节，从而节约了流体的流动时间，提高了反应效率。同时，直线形结构可以使加工工艺简单，制作容易。

同时，至少两个所述第一分流通道2211与至少两个所述第二分流通道2311之间可以平行且彼此交替地排列设置。这里需要说明的是，交替地排列设置不仅包括所述第一分流通道2211与所述第二分流通道2311间隔开来排列时，两者沿相互延伸的方向相互重叠的情况，也包括两者沿相互延伸的方向不相重叠的情况。

优选地，如图1和图2所示，沿着与所述第一分流通道2211和所述第二分流通道2311中流体流向相垂直的方向，所述第一分流通道2211与相邻的所述第二分流通道2311之间间隔均相等，使得所述第一分流通道2211和所述第二分流通道2311分布均匀，从而使流体分流更均匀，进而使两种不同流体混合更加充分，可以进一步提高反应效率。

当至少两个所述第一分流通道2211与至少两个所述第二分流通道2311之间平行且彼此交替地排列设置时，两者可以沿相互延伸的方向相互重叠。如图1和图2所示，所述第一分流通道2211中可以至少有一个第一分流通道2211的至少一部分伸入到与其相邻的两个所述第二分流通道2311之间。和/或，所述第二分流通道2311中至少有一个第二分流通道2311的至少一部分伸入到与其相邻的两个所述第一分流通道2211之间。由于相邻的两个所述第一分流通道或者相邻的两个所述第二分流通道能够围成一定的区域，因此，伸入相邻两个所述第一分流通道中的第二分流通道沿伸入方向可以抵达所围成区域的边缘，也可以不抵达所围成区域的边缘；同样，伸入相邻两个所述第二分流通道中的第一分流通道可以沿伸入方向抵达所围成区域的边缘，也可以不抵达所围成区域的边缘。图1和图2所示均为没有抵达所围成区域的边缘的情况。

优选地，如图3和图4所示，所述分流结构210可以为由两个以上的U形结构拼接或插接形成的曲线形轮廓的平面结构。所述第一流体部220和所述第二流体部230可以为设置在所述芯片200上的相对于所述分流结构210的上表面较低的凹陷区域。

例如，图3和图4所示的阴影区域为所述分流结构210的平面。其中，图3所示为分隔所述第一流体部220的两个U形结构与分隔所述第二流体部230的一个U形结构相对拼接形成的分流结构210的一种情况；图4所示为分隔所述第一流体部220的两个U形结构与分隔所述第二流体部230的一个U形结构相对插接形成的分流结构210的另一种情况。由图3和图4可以看出，拼接时所述第一分流通道和所述第二分流通道不重叠，插接时所述第一分流通道和所述第二分流通道有重叠。重叠的情况可以使得芯片占用较小空间，缩小芯片的面积。

优选地，如图1和图2所示，所述第一流体部220在所述第一分流通道2211的区域形成为第一分流部221，所述第二流体部230在所述第二分流通道2311的区域形成为第二分流部231。

所述第一进口223可以设置在所述第一流体部220上远离所述第一分流部221的位置，所述第二进口233可以设置在所述第二流体部230上远离所述第二分流部231的位置。此时，如图1和图2所示，所述第一流体部220还可以包括位于第一进口223和第一分流部221之间的连通二者的第一缓冲段222，且沿着流体流动方向所述第一缓冲段222的通道横截面积逐渐增大；和/或，所述第二流体部230还包括位于第二进口233和第二分流部231之间的连通二者的第二缓冲段232，且沿着流体流动方向所述第二缓冲段232的通道横截面积逐渐增大。所述第一缓冲段222的作用是，暂时储存从所述第一进口223流入的流体，以使下一个环节在所述第一分流部221向各个所述第一分流通道2211进行分流时更加均匀。沿着流体流动方向所述第一缓冲段222的通道横截面积逐渐增大，是遵循流体的流动规律，可以使流体从所述第一进口223进入所述第一缓冲部222时，更加容易流入。同样，所述第二缓冲段232的作用是，暂时储存从所述第二进口233流入的流体，以使下一个环节在所述第二分流部231向各个所述第二分流通道2311进行分流时更加均匀。沿着流体流动方向所述第二缓冲段232的通道横截面积逐渐增大，是遵循流体的流动规律，可以使流体从所述第二进口233进入所述第二缓冲部232时，更加容易流入。

另外，在所述基体100上与所述混流通道110相连通地设置有允许流体流出的流体出口130。所述流体出口130用于与外部设备的入口连接，从而使反应生成的化学物质流到外部设备中，进行进一步混合反应或者收纳储存反应所生成的化学物质。所述流体出口130可以设置在所述混流通道110的至少一端，即所述混流通道110可以是一端设置所述流体出口130(图1和图2所示)，也可以是两端均设置所述流体出口130。具体根据需要决定。这里不作具体限定。

优选地，如图1和图2所示，所述基体100与所述芯片200可以呈上下布置，这里所说的“上下”是一个相对的概念，并不是表示一定要一个在上，一个在下。也就是说，所述基体100和所述芯片200平行设置，同时使所述芯片处于所述基体100的两个相对的表面中的至少其中一个表面的一侧。具体的，可以在所述基体100的上表面开设与所述芯片200外形形状大致相同的能容纳所述芯片200的容纳槽(图中未示出)，将所述芯片200放置在所述容纳槽中。所述第一分流通道2211和所述第二分流通道2311分别形成于所述基体100的内部，即在芯片上加工所述第一和第二分流通道、其余部分为实体结构，一体加工形成为具有分流通道的芯片。

所述第一进口和所述第二进口的设置方式可以有两种。

一种方式是，如图1所示，所述第一进口223可以设置在所述第一流体部220的侧壁上，同样，所述第二进口233可以设置在所述第二流体部230的侧壁上。相应地，所述基体100的容纳槽的侧壁上可以设置与所述第一进口223和所述第二进口233分别对应连通的通孔120，从而使流体可以从基体100的外部通过所述通孔120进入所述基体100中，然后再通过所述第一进口223和所述第二进口233分别进入所述第一流体部220和所述第二流体部230中。

另一种方式是，如图2所示，所述第一进口223和所述第二进口233的位置也可以设置在所述芯片200的第一流体部220和第二流体部230的顶端(即所述基体和所述芯片上下设置时所述芯片所处的一端)。此时，可以在所述第一流体部220和所述第二流体部230的顶端加设盖体300，所述盖体300可以单独设置，也可以与所述芯片200一体成型。然后在所述盖体300上设置所述第一进口223和所述第二进口233，如图2所示。当不加设所述盖体300时，所述第一流体部220和所述第二流体部230的上端可以为敞口，此时所述第一流体部220和所述第二流体部230的敞口可以分别看作是所述第一进口223和所述第二进口233。

优选地，所述混流通道110可以为设置在所述容纳槽的底部并与所述芯片200相对的连通槽(图中未示出)，所述连通槽可以为设置在所述基体100的用于容纳所述芯片200的所述容纳槽中，并且所述连通槽的底面低于所述容纳槽的底面。所述连通槽与至少两个所述第一分流通道2211和至少两个所述第二分流通道2311均有对应且均连通。具体的，可以在每个所述第一分流通道2211的末端设置开口朝向所述混流通道110的第一出口224，同时在每个所述第二分流通道2311的末端设置开口朝向所述混流通道110的第二出口234。如图1和图2所示，所述第一出口224和所述第二出口234分别设置在所述第一分流通道2211的末端和所述第二分流通道2311的末端，且开口朝向所述基体方向。所述第一分流通道2211通过所述第一出口224与所述混流通道110连通；所述第二分流通道2311通过所述第二出口234与所述混流通道110连通。

由于所述混流通道110与所述第一分流通道2211和所述第二分流通道2311分别连通，因此流经所述第一分流通道2211和所述第二分流通道2311的流体随后进入所述混流通道110中进行两种流体的混合。其混合过程是边流动边逐渐混合的。例如，一个所述第一分流通道2211和一个与之相邻的第二分流通道2311中的流体相遇进行初步混合，同时，另一个所述第一分流通道2211和另一个与之相邻的第二分流通道2311中的流体相遇进行初步混合，以此类推。最后没有得到混合的部分进入混流通道110后在向所述流体出口130流动的过程中继续进行进一步混合。或者可以说，在流体经过所述第一分流通道211和所述第二分流通道2311流入所述混流通道110的过程中，相邻的所述第一分流通道2211和所述第二分流通道2311中的流体在所述混流通道110中相遇后随即进行混合，并且流体在所述混流通道110中继续不断流动的同时，再进行进一步的充分混合，进而使两种流体中的不同反应物进行充分化学反应。

优选地，所述混流通道110的深度可以为0.5毫米，所述混流通道110的宽度可以为1-3毫米，但不局限于此，也可以采用其它数值。并且上述深度和宽度的数值不需要同时满足。

优选地，所述第一分流通道2211和所述第二分流通道2311的宽度可以为0.2-0.3毫米，但不局限于此。实际上所述第一分流通道2211和所述第二分流通道2311的宽度越小越好，具体要根据制作能达到的工艺以及实际需要来定。这里不作特别限定。

如图5所示，本发明的实施例还提供一种微反应器，包括至少一个上述的芯片型微反应通道10，且当所述反应通道10为两个以上时，相邻两个芯片型微反应通道中，其中一个微反应通道的出口连接至另一个微反应通道的入口。

其中，所述芯片型微反应通道，包括基体和位于其上的芯片，所述芯片包括分流结构和被所述分流结构分隔而成的第一流体部和第二流体部，且所述第一流体部包括第一进口，所述第二流体部包括第二进口；

所述芯片型微反应器的具体实施方式详见上一个实施例中的具体实施方式，这里不再赘述。

综上所述，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种芯片型微反应通道，其特征在于，包括：

同时，所述第一流体部被所述分流结构分隔成至少两个第一分流通道，所述第二流体部被所述分流结构分隔成至少两个第二分流通道，并且在所述基体上与所述第一分流通道和所述第二分流通道分别对应的位置相连地形成有混流通道，所述混流通道与所述第一分流通道和所述第二分流通道分别连通；

至少一个所述第一分流通道至少部分地伸入与其相邻的两个所述第二分流通道之间围成的部分区域；

和/或，至少一个所述第二分流通道至少部分地伸入与其相邻的两个所述第一分流通道之间围成的部分区域；

至少两个所述第一分流通道以朝着所述第二流体部的方向平行延伸地设置，至少两个所述第二分流通道以朝着所述第一流体部的方向平行延伸地设置，且至少两个所述第一分流通道与至少两个所述第二分流通道之间平行且彼此交替地排列设置；

所述第一流体部在所述第一分流通道的区域形成为第一分流部，所述第二流体部在所述第二分流通道的区域形成为第二分流部；

所述第一进口设置在所述第一流体部上远离所述第一分流部的位置，所述第二进口设置在所述第二流体部上远离所述第二分流部的位置，且在所述基体上与所述混流通道相连通地设置有允许流体流出的流体出口；

所述第一流体部还包括位于第一进口和第一分流部之间的连通二者的第一缓冲段，且沿着流体流动方向所述第一缓冲段的通道横截面积逐渐增大；

2.根据权利要求1所述的芯片型微反应通道，其特征在于，

沿着与所述第一分流通道和所述第二分流通道中流体流向相垂直的方向，所述第一分流通道与相邻的所述第二分流通道之间间隔均相等。

3.根据权利要求1-2之一所述的芯片型微反应通道，其特征在于，

所述分流结构为由两个以上的U形结构拼接或插接形成的曲线形轮廓的平面结构。

4.根据权利要求1-2之一所述的芯片型微反应通道，其特征在于，

所述基体与所述芯片呈上下布置，在所述基体的上表面开设有与所述芯片外形形状大致相同的能容纳所述芯片的容纳槽。

5.根据权利要求4所述的芯片型微反应通道，其特征在于，

所述混流通道为设置在所述容纳槽的底部并与所述芯片相对的连通槽，所述连通槽与至少两个所述第一分流通道和至少两个所述第二分流通道均对应连通。

6.一种微反应器，其特征在于，包括至少一个以上权利要求1-5之一所述的芯片型微反应通道，且当所述芯片型微反应通道为两个以上时，相邻两个芯片型微反应通道中，其中一个微反应通道的出口连接至另一个微反应通道的入口。