CN108514855A - 一种反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种反应装置，其包括微反应器(1)，还包括管式反应器(2)，且沿着反应流体流动的方向、所述管式反应器(2)位于所述微反应器(1)的下游，且所述管式反应器(2)与所述微反应器(1)串联连接。通过本发明能够使得反应物料在微反应器进行较为剧烈的混合后，进入到管式反应器中进行较为平稳的反应；有效解决反应物料一直在微反应器中流动反应时会由于微通道壁的作用导致物料压力不断降低的问题，能够保证或提高反应物料的压力，保证反应物料在相同的进料压力下能够流动更长的距离，使得反应停留时间更长，提高充分混合程度，提高反应效率。
Description
技术领域
本发明属于化工、医药机械技术领域，具体涉及一种反应装置。
背景技术
微反应装置主要用于精细化学品合成过程、微米和纳米材料的制备和日用及医用化学品的生产，尤其在放热剧烈的反应、反应物或产物不稳定的反应、反应物配比要求严格的快速反应、危险化学反应及高温高压反应等方面表现出卓越的性能。但是目前微反应行业内，使用的设备安装占用空间很大，集成化程度低，功能不健全，管路布置杂乱，给检验维修带来诸多不便。并且现有的反应物料一直在微反应器中流动反应，因为微通道壁的作用，会使反应物料的压力不断降低，反应流体流动的距离有限，导致反应物在通道中反应停留的时间较短，难以实现充分的混合、反应效率有限。
由于现有技术中的微反应装置存在反应流体流动的距离有限，导致反应物在通道中反应停留的时间较短，难以实现充分的混合、反应效率有限；使用的设备安装占用空间很大，集成化程度低，功能不健全，管路布置杂乱，给检验维修带来诸多不便等技术问题，因此本发明研究设计出一种反应装置。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的微反应装置存在反应流体流动的距离有限，导致反应物在通道中反应停留的时间较短，难以实现充分的混合、反应效率有限的缺陷，从而提供一种反应装置。
本发明提供一种反应装置，
包括微反应器，还包括管式反应器，且沿着反应流体流动的方向、所述管式反应器位于所述微反应器的下游，且所述管式反应器与所述微反应器串联连接。
优选地，
所述微反应器为两个以上，所述管式反应器也为两个以上。
优选地，
至少一个微反应器和至少一个管式反应器串联组成一个反应器模块，且多个所述反应器模块之间串联连接。
优选地，
所述反应器模块包括一个微反应器模块和一个管式反应器，每个所述微反应器模块包括至少一个微反应器；优选地所述微反应器为片式微反应器，且每个微反应器模块包括多个片式微反应器。
优选地，
所述管式反应器包括管程和壳程，所述管程内通入反应物料，所述壳程内通入换热介质。
优选地，
所述管式反应器为盘管式反应器或直管式反应器，优选地，所述管程为螺旋状的盘管；优选地，所述盘管的内壁和/或外壁上还压制有螺纹。
优选地，
所述微反应器包括反应通道、换热通道、温度检测模块和测压模块；优选地，所述温度检测模块为温度传感器，所述测压模块为压力传感器。
优选地，
在位于最上游的所述微反应器的上游位置还连接设置有混合器，使得至少两种反应物料在混合器中混合后再通入到所述微反应器中。
优选地，
当包括多个反应器模块时，沿着反应流体流动的方向，位于最上游的反应器模块通入第一反应流体和第二反应流体，且在位于最上游的反应器模块和位于最下游的反应器模块之间的位置、还通入至少一种第三反应物料；优选的，所述至少一种第三反应物料通入到反应器模块的微反应器中。
优选地，
还包括控制阀组、泵送装置、温控系统和数控系统；优选所述泵送装置包括三泵头隔膜泵；优选所述控制阀组包括脉冲阻尼器、安全阀、压力表、背压阀、流量计、单向阀。
本发明提供的一种反应装置具有如下有益效果：
1.本发明的反应装置，通过在反应流体流动的方向、在微反应器的下游还串联连接有管式反应器，能够实现反应物料在微反应器进行较为剧烈的混合后，进入到管式反应器中进行较为平稳的反应；有效解决反应物料一直在微反应器中流动反应时会由于微通道壁的作用导致物料压力不断降低的问题，能够保证或提高反应物料的压力，保证反应物料在相同的进料压力下能够流动更长的距离，使得反应停留时间更长，提高充分混合程度，提高反应效率；同时，通过间隔设置的微反应器还能够进一步保证反应物料在整个反应器中流动反应时能够较为充分的混合；
2.本发明的反应装置，该装置作为一个反应的整体，只需将原料管路接入即可，可移动式，占地面积小，集成化程度高，各物料定比例精确参与反应，可以提高产品收率和产品纯度，精确控制物料和反应的连续流反应器，可以降低能耗，避免能源浪费，精确控制物料和反应的连续流反应器，可以提高生产安全性.。
附图说明
图1是本发明的反应装置的第一种实施方式的连接结构示意图；
图2是本发明的反应装置的第二种实施方式的连接结构示意图。
图中附图标记表示为：
1、微反应器；2、管式反应器；21、管程；22、壳程；23、温度传感器；3、反应器模块；41、第一反应物料；42、第二反应物料；43、第三反应物料；5、计量泵；6、脉冲阻尼器；7、安全阀；8、压力表；9、背压阀；10、流量计；11、单向阀；12、清洗液；131、微反应器冷媒入口；132、微反应器冷媒出口；141、管式反应器冷媒入口；142、管式反应器冷媒出口；15、反应生成物；16、取样口；17、氮气通入口。
具体实施方式
如图1-2所示，本发明提供一种反应装置，其包括：
包括微反应器1，还包括管式反应器2，且沿着反应流体流动的方向、所述管式反应器2位于所述微反应器1的下游，且所述管式反应器2与所述微反应器1串联连接。
本发明的反应装置，通过在反应流体流动的方向、在微反应器的下游还串联连接有管式反应器，能够实现反应物料在微反应器进行较为剧烈的混合后，进入到管式反应器中进行较为平稳的反应；有效解决反应物料一直在微反应器中流动反应时会由于微通道壁的作用导致物料压力不断降低的问题，能够保证或提高反应物料的压力，保证反应物料在相同的进料压力下能够流动更长的距离，使得反应停留时间更长，提高充分混合程度，提高反应效率；同时，通过间隔设置的微反应器还能够进一步保证反应物料在整个反应器中流动反应时能够较为充分的混合。
通过管式反应器的设置，本申请的反应装置比传统的微反应装置的反应停留时间延长几十倍，产量提高2倍以上，节省原料、提高产率、减少浪费，产率高达99％。
反应装置通过精确控制各种反应液的流量、温度以及压强等关键参数,使用高精度的测量设备通过PLC闭环控制，确保化学反应的正常运行，提供安全、可靠的生产环境。
反应装置包括换热、混合、反应和控制的微反应系统，主要由泵送部分、控制阀组、微反应器模块、温控系统、盘管反应器部分、数控系统等组成。微反应器可以为板状或片式的微反，也可以为其他的立体结构的微反应器，能够实现进出料口独立设置即可。
优选地，
所述微反应器1为两个以上，所述管式反应器2也为两个以上。这是本发明的微反应器和管式反应器的优选个数，通过设置两个以上的微反应器和管式反应器能够形成两段以上的剧烈反应(微反应中)和平稳反应(管式反应器中)，能够进一步提高反应物料的压力，进一步通过反应停留时间，提高充分混合程度，提高反应效率。
优选地，
至少一个微反应器1和至少一个管式反应器2串联组成一个反应器模块3，且多个所述反应器模块3之间串联连接。作为优选方案，微反应器后串联设有管式反应器后,继续串联微反应器后,继续串联管式反应器。串联的个数可以为2个以上，即一组微反应器和管式反应器可以作为一个反应器模块，模块之间串联。每个模块的管式反应器的数量根据需要进行设置，如果反应管的路径足够长，仅需一个管式反应器即可。作为优选方案，反应器模块中多个微反应器串联，微反应器的数量大于1个，优选为1-5个。
优选地，
所述反应器模块3包括一个微反应器模块和一个管式反应器2，每个所述微反应器模块包括至少一个微反应器；优选地所述微反应器为片式微反应器，且每个微反应器模块包括多个片式微反应器。这是本发明的反应器模块的进一步优选的结构形式，即在一个反应器模块中完成一个微反应器的剧烈反应和接着一个管式反应器中的平稳反应。反应装置包括多个所述反应器模块，且多个反应器模块之间串联连接。根据需要，反应器模块可以包括串联的两个微反应器；如果一个管式反应器管长度不足等原因，也可以一个反应器模块包括多个管式反应器。
这种管式反应器在微反应器中间隔设置的方式，能够实现反应物料在微反应器进行较为剧烈的混合后，进入到管式反应器较为平稳的反应一段时间后；再进入微反应器进行较为剧烈的混合，再进入到管式反应器较为平稳的反应。若反应物料一直在微反应器中流动反应，因为微通道壁的作用，会使反应物料的压力不断降低。本专利的这种管路设置方式能够保证反应物料的压力，保证反应物料在相同的进料压力下能够流动更长的距离，反应停留时间更长。同时，通过间隔设置的微反应器保证反应物料在整个反应器中流动反应时能够较为充分的混合。
若要实现同本申请相同的反应停留时间，通过单纯的微反应器进行的话，需要采用更高功率的泵，泵的成本高；而且反应通道内的压力非常高，反应安全性低，同时更高的压力会使设备的使用寿命大大降低。
优选地，所述管式反应器2包括管程21和壳程22，所述管程21内通入反应物料，所述管程内进行反应，所述壳程22内通入换热介质，维持管程内反应物料在一定的温度内进行反应。通过管程和壳程相适配的管式反应器的结构形式，能够使得管程内通入物料并进行反应，壳程内通入换热介质、以对管程进行换热，保证管程内保持在合适的温度，带走其产生的热量或带走其产生的冷量。
优选地，所述管式反应器2为盘管式反应器或直管式反应器，优选地，所述管程21为螺旋状的盘管，能够延长反应通道，并节约空间，根据反应需要盘管反应器可以为螺旋缠绕结构，盘管管壁可以为光管，优选的，所述盘管的内壁和/或外壁上也可以压制有螺纹，能够增加混合和/或换热效果。通过盘管式反应器尤其是螺旋状盘管能够延长反应通道，延长反应时间，提高反应效率。
作为优选方案，微反应器后串联设有管式反应器。该管式反应器可以为直管式反应器；该管式反应器优选为盘管式反应器，能够延长反应通道，并节约空间。根据反应需要盘管反应器可以为螺旋缠绕结构，管壁上可以压制有螺纹等结构。盘管反应器部分，使用螺旋缠绕盘管结构，不仅换热效率高，还具有高效的混合效果，并且具有压降小的优点。使反应装置的使用范围大大的拓宽。
盘管反应器包括壳程和管程，管程为螺旋状的盘管，盘管反应器中管程通入反应物料，管程内进行反应。壳程通入换热介质，维持管程内反应物料在一定的温度内进行反应。可以制冷也可以加热，即换热介质的温度可以低于反应物料的温度，也可高于反应物料的温度，根据反应的需要进行设置；例如放热反应需要对其进行制冷。盘管反应器管程出口处优选设置有温度传感器，温度传感器同控制该进入盘管反应器的冷媒的管路的控制阀门连接，通过温度传感器的指示能够自动调控进入该盘管反应器中冷媒的流量，从而精确控制盘管反应器中的反应物料的温度的同时，能够节能。
作为优选方案，在反应物料出口的位置的反应器模块中，延长管式反应器反应管的长度，例如可以通过增加管式反应器的数量来实现，可以采用缠绕的更加紧密的管式反应器。
优选地，
所述微反应器1包括反应通道、换热通道、温度检测模块和测压模块；优选地，所述温度检测模块为温度传感器，所述测压模块为压力传感器。微反应器模块是反应装置的核心部分，主要由反应通道、换热通道、温度检测模块、测压模块组成，能够在其中进行主要的反应过程，且进行换热，对其进行适当的温度检测和压力检测，提高智能控制的效果。微反应器模块是进行混合、反应、换热的主要场所，温度检测模块使整个产物的转换过程的被精准的监控。测压检测模块使整个反应安全性被精准的监控。反应试块的内部通道和换热结构是决定混合、反应及换热进行程度的关键因素。
作为优选方案，在每一块微反应器中都设置有压力传感器和/或温度传感器，通过压力和/或温度数据，可以精确判断那一片有堵塞和异常，便于精准检修。反应器主体压力检测模块和温度检测模块的使用，准确定位异常部位，为检修提供方便，为维修节省时间，为生产提供保障。
电控部分的整个控制过程的参数可以实时监测，出现异常时及时报警，遇到流量异常、温度异常、压力异常而不可自动调节时，实现各个电机紧急停止工作，保护设备，防止器件损坏。现场操作面板有远程/本地操作选择旋钮，通过选择远程/本地操作模式可以实现设备的远程或本地的操作权限。
微反应器和盘管反应器根据反应选用不同的冷媒(如图1和2中的微反应器和管式反应器的冷媒入口和出口)，同时冷媒具有设定温度。该设定温度根据反应温度进行设置，通过控制冷媒的流量使反应器中具有设定的反应温度，同时通过温度传感器及时调控冷媒的流量，使该设定温度的偏差低于±1℃。
优选地，
在位于最上游的所述微反应器的上游位置还连接设置有混合器，使得至少两种反应物料在混合器中混合后再通入到所述微反应器中。至少两种反应物料在混合器中混合中通入到微反应器中，这样能够提高混合效果，从而提高反应的充分程度；若通入的反应器模块没有混合器混合，则至少两种反应物料直接通入微反应器中进行混合反应，此时其中的微反应器的数量可以多设置1-2个，使反应物料能够混合更加均匀。
优选地，
如图2所示，这是本发明的第二种实施方式的结构，当包括多个反应器模块时，沿着反应流体流动的方向，位于最上游的反应器模块通入第一反应流体和第二反应流体，且在位于最上游的反应器模块和位于最下游的反应器模块之间的位置、还通入至少一种第三反应物料；优选的，所述至少一种第三反应物料通入到反应器模块的微反应器中；或者第三反应物料也可以通过管式反应器通入到反应器模块中。在反应管路上可以在非第一反应器模块中通入其他的反应物料，进行反应。例如在，第三反应器模块中的微反应器中设置反应物料入口，并通入第三种反应物料。此时需要通过通入的第三反应物料的时机需要根据第一、第二反应物料混合的反应物料的在前面的反应器模块及反应管路中的流动速度进行控制，当第一、第二反应物料混合的反应物料到达时、第三反应物料从反应物料入口通入该第三反应器模块中。这样能够实现三种或三种以上的物料进行混合并反应，使得本发明的微反应器的功能更加多样化，适用范围更广。
优选地，
还包括控制阀组、泵送装置、温控系统和数控系统；优选所述泵送装置包括三泵头隔膜泵(未示出)；优选所述控制阀组包括脉冲阻尼器6、安全阀7、压力表8、背压阀9、流量计10、单向阀11。
选用三泵头隔膜泵，三泵头的设计极大地减少了脉动及噪声，可实现流量的均衡输出。设有原料进口、轻吹口、清洗口，可实现在线保养功能。
温度控制模块和检测系统，同时使用，通过实验选出最佳反应温度，最佳原料配比，一般情况下，该设备在低温(高温)反应中，反应温度比反应釜反应温度提高(降低)30℃-50℃，产率仍在95％以上，可以很大程度上节省能源，并且提高反应速率(温度可以影响反应速率，Van’t Hoff根据实验事实提出了经验规律，即温度每提高10K，反应速率大约增加2～4倍。)
该装置作为一个反应的整体，只需将原料管路接入即可，可移动式，占地面积小，集成化程度高。各物料定比例精确参与反应，可以提高产品收率和产品纯度。精确控制物料和反应的连续流反应器，可以降低能耗，避免能源浪费。精确控制物料和反应的连续流反应器，可以提高生产安全性。
微反应器使用高效的换热通道结构、盘管反应器部分使用螺旋缠绕高效换热结构，配备温度调节阀组，形成闭环控制系统。高效的换热为反应过程的热交换提供了保障。
本产品实现的主要功能有以下几点：
1.各物料定比例精确参与反应，可以有效控制并为提高收率提供了基础。主要参与部件：过滤器、隔膜泵、电机、流量计、单向阀、微反应器，以及控制系统。通过控制系统精确控制电机转速，进而精确控制定量泵的流量，通过流量计读取流量数据反馈给控制系统，形成闭环回路。实现精确控制物料的功能。控制系统精确控制每一路流量，实现物料定比例反应。
2.在线清洗功能。在进口管路安装三通，形成两个支路，在每个支路上都安装一个控制阀，实现入口物质换向功能，启动泵清洗管路，通过分析仪检测出口废液成分，精确判断设备是否清晰干净。
3.显示原料剩余量。在原料桶内加入定量的原料，隔膜泵是定量泵，通过流量累计系统，计算出剩余原料，可以提醒加入原料。
4.流量检测使用闭环控制方式，采用流量传感器实时监测隔膜泵的输出流量，该反馈信号与电机通讯，实时调节电机的转速，实现对流量的精确控制。流量波动，系统提供流量上下限设定值，当检测系统超过流量上下限设定值时，系统报警并立刻停机。
5.压力检测压力有压力设定值，检测到超过压力设定值，系统报警并立即停机，防止超压对系统造成损坏。
6.温度检测温度控制是通过控制冷媒的流量来达到对温度的精确控制。流量控制为手动调节阀或者电子调节阀控制。电子调节阀的控制是通过实时监测冷媒进料温度，监控冷媒的温度是否在设定范围内，若超出或低于该设定温度范围，报警。同时，在反应器上设有温度传感器，用以调节电子阀的开启度实现对冷媒的流量控制，而达到控温的目的。控温设有温度报警设定值和温度停机设定值，检测到超过温度报警设定值时，系统开始报警，当检测到温度超过温度停机设定值时，系统报警并立刻停机。
7.安全防护模块，所有电器件均使用具体防爆认证防爆电器件；管路设有安全泄放阀，保护系统安全。
8.产量高微反应主体部分和盘管反应的配合使用，盘管反应器的压降小和微反应主体的混合效果好的优点的综合使用，使反应装置的产量大大提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种反应装置，其特征在于：包括：
包括微反应器(1)，还包括管式反应器(2)，且沿着反应流体流动的方向、所述管式反应器(2)位于所述微反应器(1)的下游，且所述管式反应器(2)与所述微反应器(1)串联连接。
2.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于：
所述微反应器(1)为两个以上，所述管式反应器(2)也为两个以上。
3.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于：
至少一个微反应器(1)和至少一个管式反应器(2)串联组成一个反应器模块(3)，且多个所述反应器模块(3)之间串联连接。
4.根据权利要求3所述的反应装置，其特征在于：
所述反应器模块(3)包括一个微反应器模块和一个管式反应器(2)，每个所述微反应器模块包括至少一个微反应器；优选地所述微反应器为片式微反应器，且每个微反应器模块包括多个片式微反应器。
5.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于：
所述管式反应器(2)包括管程(21)和壳程(22)，所述管程(21)内通入反应物料，所述壳程(22)内通入换热介质。
6.根据权利要求5所述的反应装置，其特征在于：所述管式反应器(2)为盘管式反应器或直管式反应器，优选地，所述管程(21)为螺旋状的盘管；优选地，所述盘管的内壁和/或外壁上还压制有螺纹。
7.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于：
所述微反应器(1)包括反应通道、换热通道、温度检测模块和测压模块；优选地，所述温度检测模块为温度传感器，所述测压模块为压力传感器。
8.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于：
在位于最上游的所述微反应器的上游位置还连接设置有混合器，使得至少两种反应物料在混合器中混合后再通入到所述微反应器中。
9.根据权利要求3或4所述的反应装置，其特征在于：
当包括多个反应器模块时，沿着反应流体流动的方向，位于最上游的反应器模块通入第一反应流体和第二反应流体，且在位于最上游的反应器模块和位于最下游的反应器模块之间的位置、还通入至少一种第三反应物料；优选的，所述至少一种第三反应物料通入到反应器模块的微反应器中。
10.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于：
还包括控制阀组、泵送装置、温控系统和数控系统；优选所述泵送装置包括三泵头隔膜泵；优选所述控制阀组包括脉冲阻尼器(6)、安全阀(7)、压力表(8)、背压阀(9)、流量计(10)、单向阀(11)。
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