CN108704589A - 制备2-氰基吡嗪的微通道反应器 - Google Patents

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陈晓
阮达
蒲亚东
地力亚尔·哈米提
潘美英
赵志刚
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Abstract

本发明公开的是化工领域的一种制备2‑氰基吡嗪的微通道反应器，包括叠合在一起的微通道板和密封板，所述微通道板靠近密封板的一面设有刻蚀槽，刻蚀槽与密封板贴合后形成微通道，所述刻蚀槽的入口端设有气化槽，所述气化槽分别设有液体口和气体入口与外界连通。本发明的有益效果是：利用带有刻蚀槽的微通道板和密封板形成微通道，并在微通道的入口设置气化槽来混合反应物料。在反应通道中部填充催化剂，反应物料气体与催化剂进行气固反应合成产物。由于微通道流经面积小而表面积大，因此只需较小的装置就能实现物料的长时间混合反应，并且能够迅速传导热量，安全性较高，利于催化，从而提高反应效率。

Description

制备2-氰基吡嗪的微通道反应器
技术领域
本发明涉及化工领域，尤其涉及一种制备2-氰基吡嗪的微通道反应器。
背景技术
气固两相反应的关键在于气体和固体催化剂的充分混合，目前一般采用带有搅拌器的筒状反应器或是能够喷洒粉状物料的装置进行，如CN2659539Y、CN2810740Y、CN201046396Y等，这些专利中公开的反应器都是采用在反应器内设置搅拌器或设置导流筒以及导流筒内的螺旋桨来使物料进行混合，这类反应器结构要靠搅拌器或螺旋桨来使反应物流动，结构复杂，并且这些反应器的密封效果一般都较差。还有一些利用气体混流来实现气固混合的反应器，如CN101829534B，该反应器利用全混流原理，将其设置成特殊的形状结构，相比与搅拌式的反应器，该结构更简单，但缺点是控制精度要求较高，并且不能连续生产。
对于一些特殊材料，如2-氰基吡嗪，目前最佳工艺是采用2-甲基吡嗪气相氧氨化合成2-氰基吡嗪。但此反应为高放热反应，且反应时间较长，因此，除了要考虑气固混合，还需要考虑热量传导。传统的气固反应器无法实现大量生产且安全性较低，已经不能满足现代工业发展的需求。
发明内容
为克服现有气固反应器存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构更简单、散热效果更好的用于制备2-氰基吡嗪的微通道反应器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
制备2-氰基吡嗪的微通道反应器，包括叠合在一起的微通道板和密封板，所述微通道板靠近密封板的一面设有刻蚀槽，刻蚀槽与密封板贴合后形成微通道，所述刻蚀槽的入口端设有气化槽，所述气化槽分别设有液体口和气体入口与外界连通。
进一步的是，所述刻蚀槽的入口和出口分别位于微通道板长度方向的两端，其中部沿微通道板的长度方向折叠布置。
进一步的是，所述刻蚀槽在微通道板的宽度方向上呈波浪形。
进一步的是，所述气化槽呈椭圆形，气体入口和刻蚀槽的入口分别位于气化槽的长轴两端，液体入口位于气化槽的其中一个短轴端。
进一步的是，还包括一个安装板，所述安装板上设有压紧卡扣可将微通道板、密封板压紧贴合在安装板上。
进一步的是，所述微通道板和安装板为不锈钢材质，所述密封板为紫铜材质。
本发明的有益效果是：利用带有刻蚀槽的微通道板和密封板形成微通道来过流气液两相，并在微通道的入口设置气化槽来混合物料，由于微通道流经面积小而表面积大，因此只需较小的装置就能实现物料的长时间混合反应，并且能够迅速传导热量，安全性较高，利于催化，从而提高反应效率。
附图说明
图1是本发明微通道板结构示意图。
图2是本发明整体结构示意图。
图中标记为，1-微通道板，2-密封板，3-安装板，11-刻蚀槽，12-气化槽，13-液体入口，14-气体入口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
如图1、图2所示，本发明包括叠合在一起的微通道板1和密封板2，所述微通道板1靠近密封板2的一面设有刻蚀槽11，刻蚀槽11与密封板2贴合后形成微通道，所述刻蚀槽11的入口端设有气化槽12，所述气化槽12分别设有液体入口13和气体入口14与外界连通。在制作时，可根据气体流速，反应所需时间等来设计刻蚀槽11的长度和截面面积，气化槽12为一个面积稍大的槽型结构，主要用于气液两相的预混合，其大小同样以气体流速和混合时间等参数来考虑。刻蚀槽11和气化槽12可以采用刻蚀技术在微通道板1的一面上进行刻蚀(不贯穿微通道板)，也可以先加工成贯穿微通道板1的通槽后再在其中一面设置底板进行封堵。
在具体制备2-氰基吡嗪时，将2-甲基吡嗪液体和氧氨混合气体分别从液体入口13和气体入口14通入气化槽12，液体在一定温度下气化，气体以一定压力通入，待气化槽12充满2-甲基吡嗪气体与氧氨混合气体后，在气压条件下，混合物料流向微通道，经过流动反应后，生成2-氰基吡嗪并从微通道的出口流出，得到所需产品。反应过程中需要添加催化剂，催化剂填充在刻蚀槽11内，能够提高涂抹催化剂的量，也提高混合物料与催化剂的接触面积和接触时长。整个装置相对于传统的气固反应器，结构更为简单，反应路径长，并且散热好，安全系数高，副产物少，能够充分契合2-甲基吡嗪气相氧氨化合成2-氰基吡嗪，大大提高了生产效率和质量。
为了实现在较小体积的装置上得到较长路径的微通道，将所述刻蚀槽11的入口和出口分别位于微通道板1长度方向的两端，其中部沿微通道板1的长度方向折叠布置。微通道折叠布置还有一个好处是能够使气固混合物在微通道转折处形成涡流，从而提高气体和固体的混合，使气固反应更加充分。
所述刻蚀槽11在微通道板1的宽度方向上呈波浪形。如图1所示，在布置时相邻两排刻蚀槽11应留有一定间隙，该结构一方面能够使混合气体在波浪形通道中流动过程中不断翻转碰撞，提高三种气体之间的混合，另一方面是能够在延长路径的同时提高散热面积，加快热量传递，提高安全性。
所述气化槽12可以是任何形状，只要能够提供一个较大的空间供混合气体的预混合即可，其中最优方案是气化槽12呈椭圆形，并且气体入口14和刻蚀槽11的入口分别位于气化槽12的长轴两端，液体入口13位于气化槽12的其中一个短轴端。该结构能充分利用氧氨气体的通入压力，能在保证混合气体充分混合的同时减少气体压力损失，使混合物料平顺的进入微通道。
进一步的，还包括一个安装板3，所述安装板3上设有压紧卡扣可将微通道板1、密封板2压紧贴合在安装板3上。利用安装板3来实现微通道板1和密封板2的贴合压紧作用，可提高结构的稳定性，也便于在刻蚀槽11中填充催化剂，同时也能便于整个装置的拆卸和清洗。
为了提高装置结构的稳定性和传热性，所述微通道板1和安装板3均为不锈钢材质，所述密封板2为紫铜材质，紫铜不参与合成2-氰基吡嗪的反应，并且其具有一定柔性，能在高温高压下对刻蚀槽11起到良好的密封作用。
本发明利用带有刻蚀槽的微通道板和密封板形成微通道来过流气固两相，并在微通道的入口设置气化槽来混合物料，由于微通道流经面积小而表面积大，因此只需较小的装置就能实现物料的长时间混合反应，并且能够迅速传导热量，安全性较高，利于催化，从而提高反应效率。该装置也可用于其它类似的反应时间长、放热或吸热量大的气固两相物进行反应，具有很好的实用性和应用前景。

Claims (6)

1.制备2-氰基吡嗪的微通道反应器，其特征是：包括叠合在一起的微通道板(1)和密封板(2)，所述微通道板(1)靠近密封板(2)的一面设有刻蚀槽(11)，刻蚀槽(11)与密封板(2)贴合后形成微通道，所述刻蚀槽(11)的入口端设有气化槽(12)，所述气化槽(12)分别设有液体入口(13)和气体入口(14)与外界连通。
2.如权利要求1所述的制备2-氰基吡嗪的微通道反应器，其特征是：所述刻蚀槽(11)的入口和出口分别位于微通道板(1)长度方向的两端，其中部沿微通道板(1)的长度方向折叠布置。
3.如权利要求2所述的制备2-氰基吡嗪的微通道反应器，其特征是：所述刻蚀槽(11)在微通道板(1)的宽度方向上呈波浪形。
4.如权利要求1所述的制备2-氰基吡嗪的微通道反应器，其特征是：所述气化槽(12)呈椭圆形，气体入口(14)和刻蚀槽(11)的入口分别位于气化槽(12)的长轴两端，液体入口(13)位于气化槽(12)的其中一个短轴端。
5.如权利要求1～4任意一项权利要求所述的制备2-氰基吡嗪的微通道反应器，其特征是：还包括一个安装板(3)，所述安装板(3)上设有压紧卡扣可将微通道板(1)、密封板(2)压紧贴合在安装板(3)上。
6.如权利要求5所述的制备2-氰基吡嗪的微通道反应器，其特征是：所述微通道板(1)和安装板(3)为不锈钢材质，所述密封板(2)为紫铜材质。
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