CN108704591A - 一种集换热系统一体化的碳化硅微通道反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集换热系统一体化的碳化硅微通道反应器，所述微通道反应器包括芯片和盖板，所述盖板安装在芯片上，所述芯片包括第一壳体、第一换热通道和反应通道，所述盖板包括第二壳体和第二换热通道，所述反应通道安装在第一壳体与第二壳体的接触面上，所述第一换热通道、第二换热通道分别安装在第一壳体下端面、第二壳体上端面。本发明设计了一种集换热系统一体化的碳化硅微通道反应器，利用第一换热通道和第二换热通道进行冷却液或者加热液体的换热操作，利用反应通道来进行反应液体的化学反应，结构简单有效，让冷热媒直接进入反应器芯片，不必再通过金属进行传导，极大的提高了传导效率，节省成本。

Description

一种集换热系统一体化的碳化硅微通道反应器

技术领域

本发明涉及微通道反应器领域，具体是一种集换热系统一体化的碳化硅微通道反应器。

背景技术

反应器模块，一种进行微通道化学反应的基本装置，相当于一个反应容器，可以为各种高危化学反应提供反应场所，而微通道反应器则是其中极为重要的一个组件。

微通道反应器最初都是利用金属材料来制作，构造一般采用合二为一的方式，比较简单，如今刚刚兴起碳化硅微通道反应器具有耐腐蚀、高导热的特性，因此成为我们关注的焦点，同时也是用于制作微通道反应器的最佳之选。

目前全世界的碳化硅微通道反应器几乎都是采用间接式传热(传冷)的方式来进行换热操作，也就是在碳化硅反应器芯片外部分别贴合一块用金属制成的热交换板，热交换板内部带有空腔，通过向交换器内注入热(冷)媒来进行加热和制冷；这是目前绝大多数厂家都采用的方式，这种方式是一种间接热传导方式，总归存在能量和效率的损失。

针对以上情况，我们需要设计一种集换热系统一体化的碳化硅微通道反应器，这种微通道反应器不仅需要提高换热效率，增强换热能力，同时结构简单，节省成本，这是我们亟待解决的一个问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集换热系统一体化的碳化硅微通道反应器，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种集换热系统一体化的碳化硅微通道反应器，所述微通道反应器包括芯片和盖板，所述盖板安装在芯片上，所述芯片包括第一壳体、第一换热通道和反应通道，所述盖板包括第二壳体和第二换热通道，所述反应通道安装在第一壳体与第二壳体的接触面上，所述第一换热通道、第二换热通道分别安装在第一壳体下端面、第二壳体上端面。

本发明中设计了盖板和芯片，芯片和盖板的接触面设计了反应通道，反应通道可用于反应液体进行微通道化学反应，有效实用。

本发明的芯片一侧设置了第一换热通道，盖板一侧设置了第二换热通道，第一换热通道和第二换热通道可以用于冷却液或者加热液体进入，以往的设计均是在反应器芯片两侧设计两个带空腔的金属板，通过金属板传热再由空腔内的冷却液或者加热液体进行换热操作，而我们的设计结构中，冷却液直接与芯片、盖板接触，不经过任何传热过程，有效提高反应器的换热效率，大大增强了反应器的换热能力。

进一步的，所述反应通道包括若干第一进水口、第一出水口和第一流道，所述第一进水口、第一出水口分别与第一流道两端连通。

进一步的，所述第一流道中设置有若干反应腔。

本发明中设计了两个第一进水口和第一出水口，反应液可通过两个第一进水口进入第一流道进行化学反应，反应后再通过第一出水口流出，这种设计可以通过调节反应液体的流速和第一流道的长度来控制反应液体在反应通道内的反应时间；第一流道中还设置有若干反应腔，反应腔的设计结构有利于液体的高速混合，混合效果十分优良，提高化学反应速度。

进一步的，所述第一换热通道与第二换热通道结构相同，所述第二换热通道包括第二进水口、第二出水口和第二流道，所述第二进水口、第二出水口分别与第二流道两端连通。

进一步的，所述第二管道内设置有若干扰流板。

本发明中设计了第二进水口和第二出水口，冷却液或加热液体通过第二进水口进入第二流道，进行换热操作后可直接通过第二出水口流出，便于冷却液或者加热液体直接与反应器接触，进行换热操作，不仅不存在任何传热方式，降低了能量损耗，同时增强了换热能力，大大提高了换热速度和换热效率。

本发明中第二流道中设置了若干扰流板，提高了换热介质通过时的搅动力，可使冷却液或者加热液体在通道内加速搅动频率，提高换热效率。

进一步的，所述芯片为碳化硅芯片，所述盖板为碳化硅盖板。

本发明中芯片和盖板采用碳化硅材料，碳化硅材料不仅具有高强度、耐高温、耐腐蚀性、抗热震性好、导热好和热效率高等特点，同时制备的碳化硅芯片可用于易燃、易爆、剧毒等恶劣反应工况中，减少意外情况的发生。

进一步的，所述第一流道的深度为0.8毫米，所述第二流道的深度为0.4毫米。

本发明中第一流道和第二流道的深度较小，不仅可以使反应液体之间的扩散距离大大缩短，传质速度快，反应液体可在流动过程中短时间内充分混合，同时这种设计结构大大降低了成本，具有经济效益。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明使用时，反应液体可通过第一进水口进入第一流道，在第一流道中进行化学反应，反应结束后通过第一出水口流出；同时冷却液或者加热液体通过第二进水口进入第二流道，冷却液或者加热液体可直接与芯片、盖板接触，进行换热操作后通过第二出水口流出。

本发明设计了一种集换热系统一体化的碳化硅微通道反应器，利用第一换热通道和第二换热通道进行冷却液或者加热液体的换热操作，利用反应通道来进行反应液体的化学反应，结构简单有效，让冷热媒直接进入反应器芯片，不必再通过金属进行传导，极大的提高了传导效率，降低能量损耗，节省成本。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明一种集换热系统一体化的碳化硅微通道反应器的结构分解示意图；

图2为本发明一种集换热系统一体化的碳化硅微通道反应器的芯片结构示意图一；

图3为本发明一种集换热系统一体化的碳化硅微通道反应器的芯片结构示意图二；

图4为本发明一种集换热系统一体化的碳化硅微通道反应器的盖板俯视图。

图中：1-芯片、11-第一壳体、12-反应通道、121-第一进水口、122-第一出水口、123-第一流道、124-反应腔、13-第一换热通道、2-盖板、21-第二壳体、22-第二换热通道、221-第二进水口、222-第二流道、223-第二出水口、224-扰流板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、图2所示，一种集换热系统一体化的碳化硅微通道反应器，所述微通道反应器包括芯片1和盖板2，所述盖板2安装在芯片1上，所述芯片1包括第一壳体11、第一换热通道13和反应通道12，所述盖板2包括第二壳体21和第二换热通道22，所述反应通道12安装在第一壳体11与第二壳体21的接触面上，所述第一换热通道13、第二换热通道22分别安装在第一壳体11下端面、第二壳体21上端面。

本发明中设计了盖板2和芯片1，芯片1和盖板2的接触面设计了反应通道12，反应通道12可用于反应液体进行微通道化学反应，有效实用。

本发明的芯片1一侧设置了第一换热通道13，盖板2一侧设置了第二换热通道22，第一换热通道13和第二换热通道22可以用于冷却液或者加热液体进入，以往的设计均是在反应器芯片1两侧设计两个带空腔的金属板，通过金属板传热再由空腔内的冷却液或者加热液体进行换热操作，而我们的设计结构中，冷却液直接与芯片1、盖板2接触，不经过任何传热过程，有效提高反应器的换热效率，大大增强了反应器的换热能力。

如图3所示，所述反应通道12包括若干第一进水口121、第一出水口122和第一流道123，所述第一进水口121、第一出水口122分别与第一流道123两端连通。

所述第一流道123中设置有若干反应腔124。

本发明中设计了两个第一进水口121和第一出水口122，反应液可通过两个第一进水口121进入第一流道123进行化学反应，反应后再通过第一出水口122流出，这种设计可以通过调节反应液体的流速和第一流道123的长度来控制反应液体在反应通道12内的反应时间；第一流道123中还设置有若干反应腔124，反应腔124的设计结构有利于液体的高速混合，混合效果十分优良，提高化学反应速度。

如图4所示，所述第一换热通道13与第二换热通道22结构相同，所述第二换热通道22包括第二进水口221、第二出水口223和第二流道222，所述第二进水口221、第二出水口223分别与第二流道222两端连通。

所述第二管道222内设置有若干扰流板224。

本发明中设计了第二进水口221和第二出水口223，冷却液或加热液体通过第二进水口221进入第二流道222，进行换热操作后可直接通过第二出水口223流出，便于冷却液或者加热液体直接与反应器接触，进行换热操作，不仅不存在任何传热方式，降低了能量损耗，同时增强了换热能力，大大提高了换热速度和换热效率。

本发明中第二流道222中设置了若干扰流板224，提高了换热介质通过时的搅动力，可使冷却液或者加热液体在通道内加速搅动频率，提高换热效率。

所述芯片1为碳化硅芯片，所述盖板2为碳化硅盖板。

本发明中芯片1和盖板2采用碳化硅材料，碳化硅材料不仅具有高强度、耐高温、耐腐蚀性、抗热震性好、导热好和热效率高等特点，同时制备的碳化硅芯片1可用于易燃、易爆、剧毒等恶劣反应工况中，减少意外情况的发生。

所述第一流道123的深度为0.8毫米，所述第二流道222的深度为0.4毫米。

本发明中第一流道123和第二流道222的深度较小，不仅可以使反应液体之间的扩散距离大大缩短，传质速度快，反应液体可在流动过程中短时间内充分混合，同时这种设计结构大大降低了成本，具有经济效益。

本发明使用时，反应液体可通过第一进水口121进入第一流道123，在第一流道123中进行化学反应，反应结束后通过第一出水口122流出；同时冷却液或者加热液体通过第二进水口221进入第二流道222，冷却液或者加热液体可直接与芯片1、盖板2接触，进行换热操作后通过第二出水口223流出。

本发明设计了一种集换热系统一体化的碳化硅微通道反应器，利用第一换热通道13和第二换热通道22进行冷却液或者加热液体的换热操作，利用反应通道12来进行反应液体的化学反应，结构简单有效，让冷热媒直接进入反应器芯片1，不必再通过金属进行传导，极大的提高了传导效率，降低能量损耗，节省成本。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种集换热系统一体化的碳化硅微通道反应器，其特征在于：所述微通道反应器包括芯片(1)和盖板(2)，所述盖板(2)安装在芯片(1)上，所述芯片(1)包括第一壳体(11)、第一换热通道(13)和反应通道(12)，所述盖板(2)包括第二壳体(21)和第二换热通道(22)，所述反应通道(12)安装在第一壳体(11)与第二壳体(21)的接触面上，所述第一换热通道(13)、第二换热通道(22)分别安装在第一壳体(11)下端面、第二壳体(21)上端面。

2.根据权利要求1所述的一种集换热系统一体化的碳化硅微通道反应器，其特征在于：所述反应通道(12)包括若干第一进水口(121)、第一出水口(122)和第一流道(123)，所述第一进水口(121)、第一出水口(122)分别与第一流道(123)两端连通。

3.根据权利要求2所述的一种集换热系统一体化的碳化硅微通道反应器，其特征在于：所述第一流道(123)中设置有若干反应腔(124)。

4.根据权利要求3所述的一种集换热系统一体化的碳化硅微通道反应器，其特征在于：所述第一换热通道(13)与第二换热通道(22)结构相同，所述第二换热通道(22)包括第二进水口(221)、第二出水口(223)和第二流道(222)，所述第二进水口(221)、第二出水口(223)分别与第二流道(222)两端连通。

5.根据权利要求4所述的一种集换热系统一体化的碳化硅微通道反应器，其特征在于：所述第二管道(222)内设置有若干扰流板(224)。

6.根据权利要求5所述的一种集换热系统一体化的碳化硅微通道反应器，其特征在于：所述芯片(1)为碳化硅芯片，所述盖板(2)为碳化硅盖板。

7.根据权利要求6所述的一种集换热系统一体化的碳化硅微通道反应器，其特征在于：所述第一流道(123)的深度为0.8毫米，所述第二流道(222)的深度为0.4毫米。