CN109200967A - 一种微反应器及流体混合系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微反应器及流体混合系统，解决了现有技术中具有多种材质的微反应器容易损坏、传热效率低的问题；具有提高微反应器质量和寿命的，承压能力强的优点，其方案如下：一种微反应器，包括至少一个反应板，反应板设置反应通道，反应板的两侧分别设置夹板，且反应板两侧的夹板相互连接，反应板与夹板之间设有缓冲件，以对反应板与夹板受热后因膨胀系数不同而产生的不同程度的膨胀进行缓冲。

Description

一种微反应器及流体混合系统

技术领域

本发明涉及微通道反应器领域，特别是涉及一种微反应器及流体混合系统。

背景技术

现有的微反应器多采用单一材质，如统一采用金属材质，或者统一采用非金属材质，而单一的材质无法满足使用要求，现有微反应器有采用玻璃材质作为反应板，但存在反应板固定不便的问题，若将其通过金属材质的壳体来夹持固定，存在如下两方面的问题：

第一，因非金属材质和金属材质受到温度和压力的影响，金属和非金属受热后膨胀系数不同，这就导致非金属容易破裂，影响到微反应器的质量和寿命，进而造成生产成本的增加。

第二，微反应器结构设置较为繁琐，换热较为不便。

第三，若反应板材料为非金属材料，承受压力能力较低。

因此，需要对上述问题进行有效研究。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种微反应器，能有效提高微反应器的使用寿命和质量，降低微反应器破裂的概率，并有效提高承压能力。

一种微反应器的具体方案如下：

一种微反应器，包括至少一个反应板，反应板设置反应通道，反应板的两侧分别设置夹板，且反应板两侧的夹板相互连接，且反应板两侧的夹板相互连接，反应板与夹板之间设有缓冲件，以对反应板与夹板受热后因膨胀系数不同而产生的不同程度的膨胀进行缓冲，而且通过缓冲件的设置，有效提高了微反应器的抗压能力。

进一步地，为了稳定设置所述的缓冲件，所述夹板内侧设有若干卡槽，所述缓冲件一端设于卡槽内，另一端与所述的反应板接触；

或者，所述缓冲件一端与所述反应板连接或接触，另一端与所述的夹板内侧连接或接触，即缓冲件设于夹板与反应板之间即可。

进一步地，所述缓冲件为碟簧，且多个碟簧成排成列均匀布置与夹板内侧。

进一步地，所述反应板包括若干组，相邻的反应板之间设置中间隔板，且反应板各自的反应通道均靠近与该反应板接触的中间隔板设置，且中间隔板设置通孔以使相邻反应板之间的反应物流通。

在一些方案中，反应板包括至少一个，反应板设置反应通道的一侧设置隔板，这样通过夹板夹持反应板和隔板。

优选方案中，所述反应板包括两组相对设置的第一反应板和第二反应板，且第一反应板和第二反应板之间设置中间隔板，所述第一反应板和第二反应板各自的反应通道均面向中间隔板设置，且中间隔板设置中间隔板通孔以使第一反应板和第二反应板之间的反应物流通。

所述夹板开有夹板通孔以形成反应物进口或反应物出口；

进一步地，所述夹板通孔处设置用于与管路连接的连接头，夹板通过螺纹与连接头连接，其中一夹板连接头的数量根据反应原料的种类进行确定。

进一步地，所述第一反应板和所述第二反应板均开有与所述反应通道相通的反应板入口或反应板出口，反应板入口或反应板出口与所述的夹板通孔相通；

进一步地，第一反应板与中间隔板，和/或中间隔板与第二反应板之间设置密封部件，密封部件为密封圈，设于反应通道的外侧。

进一步地，所述夹板为金属材料，反应板为非金属材料，如玻璃材料或碳化硅。

进一步地，作为优选方案，为了提高换热效率，加快反应过程，所述反应板与所述夹板之间设有换热板，换热板开有换热通道，且换热板开有与夹板通孔相通的换热板通孔；

进一步地，换热板侧部设置与换热通道相通的换热入口和换热出口，通过换热板通入换热介质为反应提供热量交换。

和/或，夹板开有夹板换热通道，夹板侧部设置与夹板换热通道相通的夹板换热入口和夹板换热出口。

进一步地，在该方案中，所述缓冲件设于所述换热板与所述夹板之间。

作为最优方案中，为了节省空间，同时，为整个微反应器提供空间以实现缓冲，靠近反应物进口的夹板设置夹板换热通道，另一相对的夹板一侧所述换热板，换热板开有相应的换热通道，夹板换热通道和换热板换热通道环向设置密封环槽，密封圈设于密封环槽内，缓冲件设于夹板与换热板之间。

所述夹板与所述反应板通过紧固件实现连接；所述缓冲件设于所述紧固件，紧固件为螺栓或其他连接件。

进一步地，所述夹板通过若干螺栓螺母实现连接，螺栓从一侧夹板穿入，从另一侧夹板穿出后用螺母锁紧，将夹板之间的换热板、反应板和中间隔板进行有效夹持。

或者，所述夹板与所述反应板通过螺栓实现连接，一侧夹板设置通孔，另一侧夹板设置盲孔，实现螺栓的锁紧。

上述方案的工作原理为：通过夹板通孔、换热板通孔、反应通道和中间隔板通孔，中间隔板通孔一侧与一反应板的反应板出口连通，另一侧与另一反应板的反应板入口连通，使得反应物进入后可逐步流动，最终流出，其中，其中一夹板通孔、换热板通孔和其中一反应板的反应板出口在同一直线设置，另一夹板通孔与另一反应板的反应板入口同一直线设置。

将至少两种反应原料分别通过连接头通入到其中一反应板的反应入口中，反应原料在该反应板的反应通道内进行混合反应，反应混合物通过反应出口穿过中间隔板通孔进入到另一反应板入口中，继续在该反应板的反应通道中混合反应，反应完毕后通过该反应板的反应出口再经过换热板通孔及夹板通孔从连接头排出微反应器，在反应过程中，换热板的换热入口中通入换热介质为反应提供热量交换。

进一步地，所述反应板的两侧开有与所述反应通道连通的进料口和出料口。

进一步地，在另一方案中，所述反应板设有多个，多个反应板并列设置，且反应板内的反应通道相互连通，位于首尾的反应板其中一个设置进料口，另一个设置出料口。

在该方案中，反应通道设于反应板的内部，通过进料口进料，反应完成后，反应物通过出料口流出。

本发明还提供了一种流体混合系统，包括所述的一种微反应器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明通过缓冲部件的设置，能够保证非金属材料在不同的温度范围内，保持一定的夹紧力，使反应液体不会渗漏出来，在夹板与反应板因受热，而产生不同程度的膨胀时，能有效起到缓冲作用，避免损坏微反应器。

2)本发明通过其中一夹板内侧设置换热器，另一夹板内侧开有夹板换热通道，有效提高换热效率。

3)本发明通过整体结构的设置，结构简单紧凑，设置合理，使用可靠，而且能满足微反应器的使用要求，可以承受较高的压力。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明微反应器的轴侧爆炸图一；

图2为本发明微反应器的轴侧爆炸图二；

图3为本发明微反应器的轴侧爆炸主视图；

图4(a)为本发明微反应器的左视图；

图4(b)为本发明微反应器的主视图；

图4(c)为本发明微反应器的右视图；

图5为本发明微反应器反应物流动示意图一；

图6为本发明微反应器反应物流动示意图二；

图7为本发明部分实施例中微反应器的轴侧爆炸主视图；

图8为本发明部分实施例中微反应器的轴侧爆炸图；

其中，1.第一夹板通孔，2.换热板通孔，3.第一反应板反应出口，4.第二反应板反应入口，5.第二夹板通孔，6.第一连接头，7.第二连接头，8.第一夹板， 9.换热板，10.第一反应板，11.中间隔板，12.第二反应板，13.第二夹板，14. 碟簧，15.换热板换热入口，16.夹板换热入口，17.换热板换热出口，18.夹板换热出口，19.传感器安装口，20.第二反应板反应出口，21.第一反应板反应入口， 22.中间隔板通孔，23.换热板通孔，24.第一夹板通孔，25.密封圈，26.空心碟簧。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种微反应器。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1和图2所示，一种微反应器，包括至少一个反应板，反应板设置反应通道，反应板的两侧分别设置夹板，且反应板两侧的夹板相互连接，反应板与夹板之间设有缓冲件，以对反应板与夹板受热后因膨胀系数不同而产生的不同程度的膨胀进行缓冲。

为了稳定设置所述的缓冲件，夹板内侧设有若干卡槽，缓冲件一端设于卡槽内，另一端与所述的反应板接触。且缓冲件为碟簧14或其他普通弹簧，或者，缓冲件为橡胶弹性垫，且多个碟簧14成排成列均匀布置与夹板内侧。

或者，所述缓冲件一端与所述反应板连接或接触，另一端与所述的夹板内侧连接或接触。反应板包括两组相对设置的第一反应板10和第二反应板12，且第一反应板10和第二反应板12之间设置中间隔板11，第一反应板10和第二反应板12各自的反应通道均面向中间隔板11设置，且中间隔板11设置中间隔板通孔22以使第一反应板22和第二反应板12之间的反应物流通。

两个夹板开有夹板通孔以形成反应物进口或反应物出口，夹板通孔设于夹板的侧部，以与反应板的入口或出口相配合，保证反应通道的长度；夹板通孔处设置用于与管路连接的连接头，具体为第一连接头6和第二连接头7，第二连接头 7用于通入反应原物，夹板通过螺纹与连接头连接，第二连接头7的数量根据反应原物的种类进行确定，而且第二夹板13在第二夹板通孔一侧设置传感器安装口19，用于安装温度传感器(显示部位露于第二夹板外侧)，以检测微反应器内部的温度变化，且传感器安装口19与第二连接头7同排设置或错位设置。

第一反应板10和第二反应板12均开有与反应通道相通的反应板入口或反应板出口，第一反应板反应入口和第一反应板反应出口位于第一反应板的两侧或同侧(具体根据反应通道尺寸及反应板面积设计)；第一反应板10与中间隔板11，和/或中间隔板11与第二反应板12之间设置密封部件，密封部件为密封圈25，设于反应通道的外侧。

其中，两个夹板、换热板9为金属材料，两个反应板、中间隔板11为非金属材料，如玻璃材料或碳化硅。

在一些实施例中，反应板包括至少一个，反应板设置反应通道的一侧设置隔板，这样通过夹板夹持反应板和隔板。

如图3所示，第一反应板10与第一夹板8之间设有换热板9，碟簧14设于换热板9与第一夹板8之间，碟簧14端部与换热板9接触或连接，或者，碟簧 14通过第一夹板8和/或换热板9的卡槽进行安装，换热板9开有换热通道，且换热板9开有与第一夹板通孔24相通的换热板通孔23；换热板9侧部设置与换热通道相通的换热板换热入口15和换热板换热出口17，向换热板9内通入换热介质为反应提供热量交换，如图4(a)-图4(c)所示。

第二夹板13开有夹板换热通道，第二夹板13侧部设置与夹板换热通道相通的夹板换热入口16和夹板换热出口18。

第一夹板8和第二夹板13通过若干螺栓螺母实现连接，将两夹板之间的换热板9、反应板和中间隔板11进行有效夹持；或者夹板与反应板通过螺栓实现连接，一侧夹板设置通孔，另一侧夹板设置盲孔，实现螺栓的锁紧。

上述方案的工作原理为：如图5和图6所示，通过第一夹板通孔24、换热板通孔23、反应通道和中间隔板通孔22的设置，中间隔板通孔22一侧与第二反应板反应出口20连通，另一侧与第一反应板反应入口21连通，使得反应物进入后可逐步流动，最终流出，其中，其中第一夹板通孔24、换热板通孔23和第一反应板反应出口3在同一直线设置，第二夹板通孔与对应的第二反应板反应入口4在同一直线设置，第二连接头的数量与第二反应板反应入口数量相一致。

微反应器可上下设置，第一夹板8朝上设置，将至少两种反应原料分别通过第二连接头7通入到第二反应板反应入口4中，反应原料在该反应板的反应通道内进行混合反应，反应混合物通过第二反应板反应出口20穿过中间隔板通孔22 进入到第一反应板反应入口21中，继续在第一反应板的反应通道中混合反应，反应完毕后通过第一反应板反应出口3再经过换热板通孔23及第一夹板通孔24 从第一连接头6排出微反应器，在反应过程中，从换热板换热入口15中通入换热介质为反应提供热量交换。

实施例2

本实施例与实施例1的区别如下：

反应板包括若干组，相邻的反应板之间设置中间隔板，且反应板各自的反应通道均靠近与该反应板接触的中间隔板设置，且中间隔板设置通孔以使相邻反应板之间的反应物流通。

实施例3

本实施例与实施例1的区别如下：

反应通道设于反应板的内部。反应板的两侧开有与所述反应通道连通的进料口和出料口。

反应板设有多个，多个反应板并列设置，且反应板内的反应通道相互连通，位于首尾的反应板其中一个设置进料口，另一个设置出料口。

在该方案中，反应通道设于反应板的内部，通过进料口进料，反应完成后，反应物通过出料口流出。

实施例4

本实施例与实施例1的区别如下：

第一夹板与第二夹板内侧均设置换热板，换热板与其接触的夹板之间均设置碟簧。

实施例5

本实施例与实施例1的区别如下：

第二夹板与第二反应板之间设置换热板，第一夹板内侧设置夹板换热通道，且第二夹板与相应换热板之间设置碟簧以实现缓冲作用。

实施例6

本实施例与实施例1的区别如下：

缓冲件为空心碟簧，紧固件为螺栓，螺栓穿过空心碟簧，将空心碟簧设于夹板外表面，同样能起到缓冲作用，如图7和图8所示。

实施例7

本发明还提供了一种流体混合系统，包括实施例1或2或3或4或5或实施例6所述的一种微反应器。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种微反应器，其特征在于，包括至少一个反应板，反应板设置反应通道，反应板的两侧分别设置夹板，且反应板两侧的夹板相互连接，反应板与夹板之间设有缓冲件，以对反应板与夹板受热后因膨胀系数不同而产生的不同程度的膨胀进行缓冲。

2.根据权利要求1所述的一种微反应器，其特征在于，所述夹板内侧设有若干卡槽，所述缓冲件一端设于卡槽内，另一端与所述的反应板接触；

或者，所述缓冲件一端与所述反应板连接或接触，另一端与所述的夹板内侧连接或接触。

3.根据权利要求1所述的一种微反应器，其特征在于，所述缓冲件为碟簧。

4.根据权利要求1所述的一种微反应器，其特征在于，所述反应板包括若干组，相邻的反应板之间设置中间隔板，且反应板各自的反应通道均靠近与该反应板接触的中间隔板设置，且中间隔板设置通孔以使相邻反应板之间的反应物流通。

5.根据权利要求1所述的一种微反应器，其特征在于，所述反应板包括至少一个，反应板设置反应通道的一侧设置隔板；

或者，所述反应板包括两组相对设置的第一反应板和第二反应板，且第一反应板和第二反应板之间设置中间隔板，所述第一反应板和第二反应板各自的反应通道均面向中间隔板设置，且中间隔板设置中间隔板通孔以使第一反应板和第二反应板之间的反应物流通。

6.根据权利要求1或4或5所述的一种微反应器，其特征在于，所述夹板开有夹板通孔以形成反应物进口或反应物出口；

进一步地，所述夹板通孔处设置用于与管路连接的连接头。

7.根据权利要求5所述的一种微反应器，其特征在于，所述第一反应板和所述第二反应板均开有与所述反应通道相通的反应板入口或反应板出口，反应板入口或反应板出口与所述的夹板通孔相通；

进一步地，第一反应板与中间隔板，和/或中间隔板与第二反应板之间设置密封部件。

8.根据权利要求1所述的一种微反应器，其特征在于，所述夹板为金属材料，反应板为非金属材料。

9.根据权利要求6所述的一种微反应器，其特征在于，所述反应板与所述夹板之间设有换热板，换热板开有换热通道，且换热板开有与夹板通孔相通的换热板通孔；

进一步地，换热板侧部设置与换热通道相通的换热入口和换热出口；

和/或，夹板开有夹板换热通道，夹板侧部设置与夹板换热通道相通的夹板换热入口和夹板换热出口；

进一步地，所述缓冲件设于所述换热板与所述夹板之间。

10.根据权利要求1所述的一种微反应器，其特征在于，所述反应板的两侧开有与所述反应通道连通的进料口和出料口。

11.根据权利要求1所述的一种微反应器，其特征在于，所述反应板设有多个，多个反应板并列设置，且反应板内的反应通道相互连通，位于首尾的反应板其中一个设置进料口，另一个设置出料口。

12.根据权利要求1所述的一种微反应器，其特征在于，所述夹板与所述反应板通过紧固件实现连接；

进一步地，所述缓冲件设于所述紧固件。

13.根据权利要求1所述的一种微反应器，其特征在于，所述夹板与所述反应板通过若干螺栓螺母实现连接；

或者，所述夹板与所述反应板通过螺栓实现连接。

14.一种流体混合系统，其特征在于，包括权利要求1-13中任一项所述的一种微反应器。