CN108079918B - 连续式多层级微通道反应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种连续式多层级微通道反应装置，属于反应器技术领域。解决了现有设备导热性、耐腐性能差等问题，其包括通过管道连接的一级反应系统和m级反应系统，m为大于1的正整数，所述的一级反应系统由微通道反应器和配料罐组成，m级反应系统由微通道反应器、配料罐以及缓冲罐组成，缓冲罐分别与配料罐和微通道反应器连接。本发明可用于具有高腐蚀、高冲刷以及高热导需求的反应。

Description

连续式多层级微通道反应装置
技术领域
本发明涉及一种连续式多层级微通道反应装置，属于反应器技术领域。
背景技术
微通道反应器是利用精密加工技术制造的特征尺寸在10到300微米(或者1000微米)之间的微型反应器，微反应器的“微”表示工艺流体的通道在微米级别，而不是指微反应设备的外形尺寸小或产品的产量小。
传统的微通道反应器基本都是金属材料制成，虽然比反应釜工艺已经有了质的提高，但是仍然满足不了某些特殊应用领域，比如高腐蚀、高冲刷以及高热导需求的反应。无压碳化硅材料是所有陶瓷制品中综合性能最强的材料，其具有极强的耐腐蚀性、超高的导热性、极高的硬度和耐磨、耐冲刷性，这些性能决定了无压碳化硅材料是制作微通道反应器的绝佳材料，几乎可以满足一切复杂反应工况。在这种情况下，碳化硅微通道反应器应运而生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连续式多层级微通道反应装置，具有高导热、高耐腐以及混合效率高、控制精度高等特点。
所述的连续式多层级微通道反应装置，包括通过管道连接的一级反应系统和m级反应系统，m为大于1的正整数，所述的一级反应系统由微通道反应器和配料罐组成，m级反应系统由微通道反应器、配料罐以及缓冲罐组成，缓冲罐分别与配料罐和微通道反应器连接。
进一步地讲，所述的微通道反应器内部设有碳化硅反应管，微通道反应器末端通过压板密封，微通道反应器和压板之间设有导流板，导流板将碳化硅反应管串联成一个回路。
进一步地讲，所述微通道反应器上还设有pH调节装置和温度控制装置。
进一步地讲，所述的m级反应系统和m-1级反应系统之间设有压力变速器和电磁流量计Ⅱ，缓冲罐和微通道反应器之间设有恒流柱塞式计量泵，所述的压力变速器、电磁流量计Ⅱ以及恒流柱塞式计量泵分别通过PLC流量压力控制器控制。
进一步地讲，所述配料罐内部设有粉体原料仓和液体原料仓，粉体原料仓和液体原料仓的出料口分别与缓冲罐连接。
进一步地讲，所述粉体原料仓进料口和粉体管路连接，通过电动插板阀控制，液体原料仓进料口和液体管路连接，通过电动球阀Ⅰ控制，所述的电动插板阀和电动球阀Ⅰ分别通过PLC配料控制器控制，所述粉体原料仓出料口设有重量传感器和变频螺杆卸料器，液体原料仓出料口设有电磁流量计Ⅰ和电动球阀Ⅱ，所述的重量传感器、变频螺杆卸料器、电磁流量计Ⅰ和电动球阀Ⅱ分别由配料控制系统控制。
进一步地讲，所述导流板上设有导流孔，导流孔由两个通孔和一个导流槽组成，通孔与碳化硅反应管联通，一个导流槽将两个通孔联通。
进一步地讲，所述碳化硅反应管内部设有n个方形片，n为正整数，两个方形片相邻的边之间呈а角连接，其中0°<а<180°。
进一步地讲，所述方形片为拗片，两个拗片相邻的边在边长中点处垂直连接。
进一步地讲，所述压板和导流板之间设有垫片，所述微通道反应器和导流板之间设有垫板，垫板和微通道反应器焊接，所述通孔内部还设有锥形密封垫和压紧端盖。
进一步地讲，所述锥形密封垫为四氟密封垫。
进一步地讲，所述的垫片为四氟垫片。
进一步地讲，所述的方形片由哈式合金材料制成。
所述的拗片可以是单个的，在两个拗片边长中点处垂直焊接，也可以是一整片的通过切槽扭曲加工而成。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
本发明连续式多层级微通道反应装置的反应管为碳化硅反应管，具有高导热和高耐腐的特性，反应过程中能够迅速提高反应液温度，无需提前开机预热，随用随开，从而缩短了反应时间，提高了反应效率。
微通道反应器末端通过垫片和压板密封，通孔内部还设有锥形密封垫和压紧端盖，大大增加了微通道反应器的密封性。整套微通道反应器机组系统由PLC集成控制，设备布局紧凑、全部封闭式管道运行，各种参数的检测均由传感器配合自动化控制系统完成，整个生产系统中不需要人员接触物料，不仅大大提高了反应控制的精确度，同时也保证了整个反应过程的操作安全性。
碳化硅反应管内部设有若干方形片，相邻的两个方形片边长之间呈а角连接，其中0°<а<180°，每个方形片均可将反应液分成两股，经过多次分股混合使反应液混合、受热更加均匀，更有利于提高反应效率。
附图说明
图1是本发明连续式多层级微通道反应装置的结构框图；
图2是m级反应系统的结构框图；
图3是所述微通道反应器结构爆炸图；
图4是碳化硅反应管结构示意图；
其中，1、微通道反应器；2、碳化硅反应管；3、垫板；4、导流板；5、锥形密封垫；6、压紧端盖；7、垫片；8、压板；9、反应液进口；10、反应液出口；11、通孔；12、导流槽；13、导流孔；14、方形片；15、配料罐；16、缓冲罐。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
所述的连续式多层级微通道反应装置，包括通过管道连接的一级反应系统和二级反应系统，所述的一级反应系统由微通道反应器1和配料罐15组成，二级反应系统由微通道反应器1、配料罐15以及缓冲罐16组成，缓冲罐16分别与配料罐15和微通道反应器1连接。
实施例2
所述的连续式多层级微通道反应装置，包括通过管道连接的一级反应系统和m级反应系统，m为2、3、4，所述的一级反应系统由微通道反应器1和配料罐15组成，m级反应系统由微通道反应器1、配料罐15以及缓冲罐16组成，缓冲罐16分别与配料罐15和微通道反应器1连接；所述微通道反应器1上还设有pH调节装置和温度控制装置；所述的m级反应系统和m-1级反应系统之间设有压力变速器和电磁流量计Ⅱ，缓冲罐16和微通道反应器1之间设有恒流柱塞式计量泵，所述的压力变速器、电磁流量计Ⅱ以及恒流柱塞式计量泵分别通过PLC流量压力控制器控制；所述配料罐15内部设有粉体原料仓和液体原料仓，粉体原料仓和液体原料仓的出料口分别与缓冲罐16连接；所述粉体原料仓进料口和粉体管路连接，通过电动插板阀控制，液体原料仓进料口和液体管路连接，通过电动球阀Ⅰ控制，所述的电动插板阀和电动球阀Ⅰ分别通过PLC配料控制器控制，所述粉体原料仓出料口设有重量传感器和变频螺杆卸料器，液体原料仓出料口设有电磁流量计Ⅰ和电动球阀Ⅱ，所述的重量传感器、变频螺杆卸料器、电磁流量计Ⅰ和电动球阀Ⅱ分别由配料控制系统控制。
实施例3
所述的连续式多层级微通道反应装置，包括通过管道连接的一级反应系统和m级反应系统，m为2、3，所述的一级反应系统由微通道反应器1和配料罐15组成，m级反应系统由微通道反应器1、配料罐15以及缓冲罐16组成，缓冲罐16分别与配料罐15和微通道反应器1连接；所述的微通道反应器1内部设有碳化硅反应管2，微通道反应器1末端通过压板8密封，微通道反应器1和压板8之间设有导流板4，导流板4将碳化硅反应管2串联成一个回路；所述微通道反应器1上还设有pH调节装置和温度控制装置；所述的m级反应系统和m-1级反应系统之间设有压力变速器和电磁流量计Ⅱ，缓冲罐16和微通道反应器1之间设有恒流柱塞式计量泵，所述的压力变速器、电磁流量计Ⅱ以及恒流柱塞式计量泵分别通过PLC流量压力控制器控制；所述配料罐15内部设有粉体原料仓和液体原料仓，粉体原料仓和液体原料仓的出料口分别与缓冲罐16连接；所述粉体原料仓进料口和粉体管路连接，通过电动插板阀控制，液体原料仓进料口和液体管路连接，通过电动球阀Ⅰ控制，所述的电动插板阀和电动球阀Ⅰ分别通过PLC配料控制器控制，所述粉体原料仓出料口设有重量传感器和变频螺杆卸料器，液体原料仓出料口设有电磁流量计Ⅰ和电动球阀Ⅱ，所述的重量传感器、变频螺杆卸料器、电磁流量计Ⅰ和电动球阀Ⅱ分别由配料控制系统控制；
所述导流板4上设有导流孔13，导流孔13由两个通孔11和一个导流槽12组成，通孔11与碳化硅反应管2联通，一个导流槽12将两个通孔11联通；所述碳化硅反应管2内部设有n个拗片，n为正整数，两个拗片相邻的边在边长中点处垂直连接；所述压板8和导流板4之间设有垫片7，所述微通道反应器1和导流板4之间设有垫板3，垫板3和微通道反应器1焊接，所述通孔11内部还设有锥形密封垫5和压紧端盖6。
本发明连续式多层级微通道反应装置由PLC集成控制，设备布局紧凑、全部封闭式管道运行，各种参数的检测均由传感器配合自动化控制系统完成，整个生产系统中不需要人员接触物料，不但提高了反应控制的精确度，也保证了整个反应过程的操作安全性。
本发明为连续式反应器，其“投料”和“反应”同时进行，液体在进入微通道反应器1的同时就已开始进行高速混合以及反应。由于微通道反应器1单位时间内反应液体有限，反应过程的控制极为方便，一旦微通道反应器1内部或者出口传感器检测到异常问题，可以迅速对进口参数做及时调整，或者切断进料，中断反应过程。由于微通道反应器1内部承载液量只有几百毫升至几公斤，所以不会产生任何安全问题。
所述微通道反应器1内部包含若干根碳化硅反应管2，碳化硅反应管2经导流板4串联成一个回路，大大增长了反应路径，碳化硅反应管2具有高导热和高耐腐的特性，反应过程中能够迅速提高反应液温度，随用随开，不需要提前预热，从而缩短反应时间，提高反应效率。由于换热效率极高，所以不需要配置功率较大的导热油锅炉，只需要使用普通的恒温机即可。以产量1吨/小时的反应器主机为例，按照换热温度100度计算，恒温机的功率只需要24KW，微通道反应器在加热方面的成本仅为传统方式的1/100。
本发明碳化硅反应管2内部设有若干方形片14，相邻的两个方形片14在边长上的某个点上连接，两边长之间呈а角，其中0°<а<180°，每个方形片14可将反应液分成两股，经过多次分股混合使反应液混合、受热更加均匀，更有利于提高反应效率。
进一步地讲，相邻的两个碳化硅反应管2之间通过导流板4串联，所述导流板4上设有导流孔13，导流孔13由两个通孔11和一个导流槽12组成，通孔11与碳化硅反应管2联通，一个导流槽12将两个通孔11联通，从一个碳化硅反应管2流出的反应液通过导流孔13的一个通孔11流出，通过导流槽12引流至导流孔13的另一个通孔11，然后进入另一根碳化硅反应管2，所述通孔11内部还设有锥形密封垫5和压紧端盖6，所述的微通道反应器1末端通过垫片7和压板8密封，垫片7和压板8上分别设有反应液进口9和反应液出口10，从而各碳化硅反应管2通过导流板4串联成一个整体，大大增长了反应路径。

Claims (8)

1.一种连续式多层级微通道反应装置，包括通过管道连接的一级反应系统和m级反应系统，m为大于1的正整数，其特征在于：所述的一级反应系统由微通道反应器(1)和配料罐(15)组成，m级反应系统由微通道反应器(1)、配料罐(15)以及缓冲罐(16)组成，缓冲罐(16)分别与配料罐(15)和微通道反应器(1)连接，所述的微通道反应器(1)内部设有碳化硅反应管(2)，微通道反应器(1)末端通过压板(8)密封，微通道反应器(1)和压板(8)之间设有导流板(4)，导流板(4)将碳化硅反应管(2)串联成一个回路，所述碳化硅反应管(2)内部设有n个方形片(14)，n为正整数，两个方形片(14)相邻的边之间呈а角连接，其中0°<а<180°。
2.根据权利要求1所述的连续式多层级微通道反应装置，其特征在于：所述微通道反应器(1)上还设有pH调节装置和温度控制装置。
3.根据权利要求2所述的连续式多层级微通道反应装置，其特征在于：所述的m级反应系统和m-1级反应系统之间设有压力变速器和电磁流量计Ⅱ，缓冲罐(16)和微通道反应器(1)之间设有恒流柱塞式计量泵，所述的压力变速器、电磁流量计Ⅱ以及恒流柱塞式计量泵分别通过PLC流量压力控制器控制。
4.根据权利要求3所述的连续式多层级微通道反应装置，其特征在于：所述配料罐(15)内部设有粉体原料仓和液体原料仓，粉体原料仓和液体原料仓的出料口分别与缓冲罐(16)连接。
5.根据权利要求4所述的连续式多层级微通道反应装置，其特征在于：所述粉体原料仓进料口和粉体管路连接，通过电动插板阀控制，液体原料仓进料口和液体管路连接，通过电动球阀Ⅰ控制，所述的电动插板阀和电动球阀Ⅰ分别通过PLC配料控制器控制，所述粉体原料仓出料口设有重量传感器和变频螺杆卸料器，液体原料仓出料口设有电磁流量计Ⅰ和电动球阀Ⅱ，所述的重量传感器、变频螺杆卸料器、电磁流量计Ⅰ和电动球阀Ⅱ分别由配料控制系统控制。
6.根据权利要求5所述的连续式多层级微通道反应装置，其特征在于：所述导流板(4)上设有导流孔(13)，导流孔(13)由两个通孔(11)和一个导流槽(12)组成，通孔(11)与碳化硅反应管(2)联通，一个导流槽(12)将两个通孔(11)联通。
7.根据权利要求6所述的连续式多层级微通道反应装置，其特征在于：所述方形片(14)为拗片，两个拗片相邻的边在边长中点处垂直连接。
8.根据权利要求7所述的连续式多层级微通道反应装置，其特征在于：所述压板(8)和导流板(4)之间设有垫片(7)，所述微通道反应器(1)和导流板(4)之间设有垫板(3)，垫板(3)和微通道反应器(1)焊接，所述通孔(11)内部还设有锥形密封垫(5)和压紧端盖(6)。
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Pledgor: SHANDONG JINDE NEW MATERIAL Co.,Ltd.

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