CN111468052A - 一种连续流反应模块、反应器及填料单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连续流反应模块、反应器及填料单元，其中连续流反应模块包括外管和在该外管内顺次安置的多个填料单元。各填料单元包括分割筛板、汇合填料和分割填料。分割筛板上形成有孔或缝隙，使得流体能够流经其两端面。汇合填料的两端面上形成有凹槽，凹槽底面间有通道。分割填料至少一端面上形成凹槽，并设连通两端面的多个通道。分割筛板的孔或缝隙的当量小于汇合填料、分割填料上当量直径。外管的内壁与分割筛板、汇合填料、分割填料的端面及端面上的凹槽能够围成汇合腔、反射混流腔、分布腔，流体顺次流经在各腔之间，不断循环地受到切割‑汇合作用，且能够使流体在流动过程中的切割‑混合作用被强化，实现充分混合和高效混合的目的。

Description

一种连续流反应模块、反应器及填料单元

技术领域

本发明涉及连续流反应技术领域，具体而言其涉及到的是一种能够促进流体在连续流动过程中混流效果的反应模块，装有该反应模块的反应器以及设反应模块内的填料单元。

背景技术

管式反应器和釜式反应器等是当前化工、制药领域常用的流体反应设备。

其中，釜式反应器一般会在反应釜中装入搅拌装置，用于液相反应物混合，存在合成物纯度、反应转化率较低，能耗和污染较为严重的问题。由于化工、制药领域对产品的纯度要求较高，因此连续流管式反应器相对成为使用更多的反应设备类型。

鉴于管式反应器内的化学反应物浓度与反应速率随管长变化。因此为达到要求的效果，管式反应器内一般设置了需要满足化学反应所需要的管长。为保证效果，现有的直管反应器或U形管反应器如果要做到内部设置较长的管长，则整个反应器的体积必然要足够大。另外，因为反应管内反应物的流动的状态会直接影响不间断混合效果和反应的传热速率，所以为避免反应装置的体积过于庞大，亟待作出相关设计，以期在保证管长基本不变的情形下，通过改变管道内部的结构来达到改善混合效果、反应速率的目的。

为了克服管式反应器的某些不足，在现有技术中发展起了一些微通道结构的反应器。微通道反应器借助流体在微通道内流动会发生受到撞击(流体-流体、流体-通道壁)、切割、汇合、湍流等作用，都有利于连续流动过程中流体内不同物质发生混合。所以，相对管式反应器而言微通道反应器能在长度基本相当的条件下，能够实现明显改善流体的混合效果的目的。

发明内容

本发明提供了一种连续流反应模块，其结构能够强化流体在流动过程中的切割--混合作用，而使得流体混合传质效率被显著强化，到达实现充分混合和高效混合的目的。

另外，本发明还涉及到安装有所述反应模块的反应器及设置在反应模块内的能够影响切割--混合作用效果的填料单元。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案涉及连续流反应模块、反应器和填料单元。

针对所述连续流反应模块，其方案如下：

一种连续流反应模块，包括外管和安置在该外管内的多个填料单元。所述的多个填料单元在所述外管内顺次布置。所述的各填料单元包括分割筛板、汇合填料和分割填料，并且依次按照分割筛板、汇合填料、分割填料的顺序排列，或者依次按照汇合填料、分割填料、分割筛板的顺序排列。这样，相邻两个填料单元间，处于上游的分割填料的下游端面与处于下游的分割筛板的上游端面相对；或者，相邻两个填料单元间，处于上游的分割筛板的下游端面与处于下游的汇合填料的上游端面相对。

对于安置在同一外管内的多个填料单元，各填料单元中的分割筛板、汇合填料、分割填料相互之间的间距大小可以完全一致或部分地一致或者完全不同的。而且，两两相邻的两个填料单元相对面之间的间距也可以是一致的或者部分一致的或者完全不同的。

一般将所述外管的内径控制在2mm至100mm范围内，优选5mm至20mm区间。所述的分割筛板、汇合填料、分割填料的侧壁与外管的内壁接触，并压合使得相互之间相对固定。

所述分割筛板上形成有规则或不规则的孔或缝隙，使得流体能够由分割筛板的一端面流向另一端面。所述汇合填料的两端面上分别形成有凹槽，且该两个凹槽的底面之间形成有将该两个凹槽连通的通道。所述分割填料的两端面中至少在处于上游的端面上形成有凹槽，且设有两端分别延伸至两端面边缘处的能将该两个端面连通的多个通道，通道个数可以是两个、三个、五个或者八个，该多个通道一般是绕圆周相间均布的。

下面两种情况下，所述分割填料的下游端面可以不形成凹槽结构，即(1)在相邻的两个填料单元间，上游填料单元中的分割填料与下游填料单元中的分割筛板之间的相对面是有间距的；(2)在一个填料单元中，汇合填料与分割筛板之间的相对面是有间距的。前述两种情况下，如果形成的间距相对较小，还是建议在分割填料的下游端面形成凹槽结构。所述分割填料的下游端面没有形成凹槽结构时，流体从上游端面的凹槽与通道端口衔接处进入通道后，在下游端端面边缘与通道端口的衔接处流出至间距空间。如果前述第(1)种情况下分割填料与分割筛板之间的相对面是相接触的或者仅存在装配形成的间隙，是需要在分割填料的下游端面形成凹槽结构的。如果前述第(2)种情况下汇合填料与分割筛板之间的相对面是相接触的或者仅存在装配形成的间隙，也是需要在分割填料的下游端面形成凹槽结构的。总之，作为优选方案，在分割填料的两端面均形成有凹槽，此时于分割填料上所设通道的两端分别延伸至两端面上所形成凹槽的槽口边沿并将该两个凹槽连通。

所述分割筛板上形成的孔或缝隙的当量直径远小于所述汇合填料、所述分割填料上所设的各通道的当量直径。或者说，所述分割筛板上形成的孔或缝隙的通道宽度远小于所述汇合填料、所述分割填料上所设的各通道的通道宽度。

在某些具体实施方案中，所述分割筛板的厚度或者说轴向尺寸可以设置在0.1mm至50mm范围内，优选设定在1mm至5mm区间。所述分割筛板上形成的孔或缝隙的径向尺寸(或说当量直径)可以设置在1μm至800μm范围内，优选设定在10微米至200微米区间。当孔或缝隙的整个长度上，通道呈不规则变化状态时，理解前述当量直径时，其取值是范围区间，同一分割筛板上的不同孔或缝隙，取值区间可不完全一样，即相接近；不同位置设置的分割筛板上，孔或缝隙的取值区间可以不一样。

所述分割筛板可选用多孔结构的材料制作，例如烧结金属粉末、烧结金属网、金属海绵泡沫、烧结陶瓷粉、陶瓷海绵泡沫、激光加工的微孔板、熔喷塑料网块等。在每个填料单元中，其所包含的分割筛板、汇合填料和分割填料之间，相邻二者的相对端面之间可以是相接触的或者是有间距的。相邻的两个填料单元之间，处于上游的分割填料与处于下游的分割筛板的相对面之间，或者处于上游的分割筛板与处于下游的汇合填料的相对面之间，都可以是相接触的或者有间距的。

将所述填料单元安置在所述外管内后，外管内壁与汇合填料和/或分割筛板之间形成一个汇合腔，液体能够在此汇聚后经汇合填料上设置的通道而向下游流动；外管内壁与汇合填料和分割填料之间形成一个反射混流腔，液体由汇合腔流入反射混流腔后，会沿径向朝分割填料上所设的通道口流动而流向下游，期间，液体会不断受到反射混流腔的两个凹槽底面作用，循环地进行返流，而得到充分混合；外管内壁与分割填料和分割筛板之间形成一个分布腔，液体由反射混流腔流入分布腔时，会沿径向地不断向腔内汇聚，最终使得液体在该腔内重新分部在分割筛板的端面上，继而继续向下游流动。

所述汇合填料的外径尺度同外管内径相同，汇合填料的轴向长度在2mm-20mm，优选5～10mm，其上通道的孔道直径在0.1mm～5mm，并需要与相应的外管内径匹配确定具体取值，优选0.5～2mm。

所述分割填料的外径尺度亦同外管内径相同，轴向长度在2mm-20mm，优选5～10mm，其上通道数至少为2个，更多的通道数需要匹配外管内径，可以设计10个甚至100个，或更多，通道形状除为圆孔形外，还可为半圆形或者不规则形，通孔的轴线方向可以平行于外管的轴向或者形成一定夹角，目的是起到粗分割作用。

其他部分实施例中，所述汇合填料的端面上设置的凹槽底面为弧面。

其他部分实施例中，所述分割填料的端面上设置的凹槽底面为弧面。

其他部分实施例中，所述分割筛板的一个或两个端面上也可以设为弧面或球面的凹槽，且可以为一个凹槽或者多个在面内分布设置的凹槽。

其他部分实施例中，所述汇合填料上所设通道的下游端延伸至处于汇合填料下游端面上的凹槽的底面外部而形成喷嘴，该喷嘴的端口延伸至汇合填料处于下游的端面上所设的凹槽内或延伸出汇合填料处于下游的端面上所设凹槽的端口。

其他部分实施例中，所述汇合填料上所设通道为一个通孔，且该通孔的轴线处于所述汇合填料的轴心处。

其他部分实施例中，所述汇合填料上所设通道为多个通孔，其中一个通孔的轴线处于所述汇合填料的轴心处，其他通孔分布设置在所述汇合填料的轴心外围，或者所有的通孔均设在所述汇合填料的轴心外围。优选地，被设在所述汇合填料轴心外围的通孔的轴线相对所述汇合填料的轴向倾斜且处于下游的一端靠向所述汇合填料的轴心处。采用为多个通孔结构的通道时，每个通孔的一端或者部分通孔的一端形成有所述喷管。

其他部分实施例中，所述分割填料上所设通道可以是具体被设置在其侧壁上的槽或者处于侧壁内侧边沿处的通孔。优选地，于所述分割填料侧壁上所设槽为斜槽，即该槽的延伸方向相对侧壁上的竖直线倾斜，更进一步地，所设槽的底面为斜面，且沿自上游至下游朝靠近所述分割填料轴心的方向倾斜。优选地，于所述分割填料侧壁上所设槽为螺旋槽。

优选地，于所述分割填料的侧壁内侧边沿处的通孔，其轴线延伸方向可以与所述分割填料的轴线方向一致，或者沿自上游至下游朝靠近所述分割填料轴心的方向倾斜。

其他部分实施例中，所述填料单元中的分割筛板、汇合填料及分割填料相互之间通过插接结构连成一个整体。或者所述填料单元中的分割筛板、汇合填料及分割填料相互之间通过环体连接成一个整体，而且优选地将所述环体设为螺环，在分割筛板、汇合填料及分割填料的侧壁端部设有外螺纹与螺环匹配，这样设置便于调节控制分割筛板、汇合填料、分割填料相互之间的间距大小。

针对所述连续流反应器，其方案如下：

一种连续流反应器，其包含有上述所提及的某种形式的连续流反应模块，即该连续流反应器中可以仅含有上述提及的一种形式的连续流反应模块，也可以同时含有上述提及的多种形式的连续流反应模块。

针对所述填料单元，其方案如下：

一种填料单元，包括分割筛板、汇合填料和分割填料，并且依次按照分割筛板、汇合填料、分割填料的顺序排列，或者依次按照汇合填料、分割填料、分割筛板的顺序排列。

所述分割筛板上形成有规则或不规则的孔或缝隙，使得流体能够由分割筛板的一端面流向另一端面。所述汇合填料的两端面上分别形成有凹槽，且该两个凹槽的底面之间形成有将该两个凹槽连通的通道。所述分割填料的两端面中至少处于上游的端面上形成有凹槽，且设有两端分别延伸至两端面边缘处的能将两端面连通的多个通道，该多个通道的个数可以是两个、三个、四个或者六个，该多个通道一般是绕圆周相间均布的，也可以不是相间均布的。

所述分割筛板上形成的孔或缝隙的径向尺寸小于所述汇合填料、所述分割填料上所设的各通道的径向尺寸。或者说，所述分割筛板上形成的孔或缝隙的通道宽度小于所述汇合填料、所述分割填料上所设的各通道的通道宽度。

在某些具体实施方案中，所述分割筛板的厚度或者说轴向尺寸可以设置在0.1mm至50mm范围内，优选设定在1mm至5mm区间，如选用1.1mm或2.3mm或2.6mm或4.2mm等。

在某些具体实施方案中，所述分割筛板上形成的孔或缝隙的通道宽度可以设置在1μm至800μm范围内，优选设定在10微米至200微米区间，如选用15微米至60微米或105微米至130微米或135微米180微米。所述分割筛板可选用多孔结构的材料制作，例如烧结金属粉末、烧结金属网、金属海绵泡沫、烧结陶瓷粉、陶瓷海绵泡沫、激光加工的微孔板、熔喷塑料网块等。因为分割筛板上的孔或缝隙有时候是在制作过程中自然形成的，所以其径向尺寸的大小不是固定值，是离散的，即便一个连通的孔或缝隙其不同段处的径向尺寸大小都可以是不一样的。而且，即便采用激光加工形成的微孔，每个微孔的孔径大小也是可以有差异的，所以所有微孔的孔径大小是涵盖在一个区间内的离散值。

所述汇合填料的外径尺度同外管内径相同，汇合填料的轴向长度在2mm-20mm，优选5～10mm，其上通道的孔道直径在0.1mm～5mm，并需要与相应的外管内径匹配确定具体取值，优选0.5～2mm。

所述分割填料的外径尺度亦同外管内径相同，轴向长度在2mm-20mm，优选5～10mm，其上通道数至少为2个，更多的通道数需要匹配外管内径，可以设计10个甚至100个，或更多，通道形状除为圆孔形外，还可为半圆形或者不规则形，通孔的轴线方向可以平行于外管的轴向或者形成一定夹角，目的是起到粗分割作用。

所述填料单元中，其所包含的分割筛板、汇合填料和分割填料之间，相邻二者的相对端面之间可以是相接触的或者是有间距的。

其他部分实施例中，所述汇合填料的端面上设置的凹槽底面为弧面。

其他部分实施例中，所述分割填料的端面上设置的凹槽底面为弧面。

其他部分实施例中，所述分割筛板的一个或两个端面上也可以设为弧面的凹槽，且可以为一个凹槽或者多个在面内分布设置的凹槽。

其他部分实施例中，所述汇合填料上所设通道的下游端延伸至处于该汇合填料下游端面上所设凹槽的底面外部而形成喷嘴，该喷嘴的端口延伸至汇合填料处于下游的端面上所设的凹槽内或延伸出汇合填料处于下游的端面上所设凹槽的端口。

其他部分实施例中，所述汇合填料上所设通道为一个通孔，且该通孔的轴线处于所述汇合填料的轴心处。

其他部分实施例中，所述汇合填料上所设通道为多个通孔，其中一个通孔的轴线处于所述汇合填料的轴心处，其他通孔分布设置在所述汇合填料的轴心外围，或者所有的通孔均设在所述汇合填料的轴心外围。优选地，被设在所述汇合填料轴心外围的通孔的轴线相对所述汇合填料的轴向倾斜且处于下游的一端靠向所述汇合填料的轴心处。采用为多个通孔结构的通道时，每个通孔的一端或者部分通孔的一端形成有所述喷管。

其他部分实施例中，所述分割填料上所设通道可以是具体被设置在其侧壁上的槽或者处于侧壁内侧边沿处的通孔。

优选地，于所述分割填料侧壁上所设槽为斜槽，即该槽的延伸方向相对侧壁上的竖直线倾斜，更进一步地，所设槽的底面为斜面，且沿自上游至下游朝靠近所述分割填料轴心的方向倾斜。优选地，于所述分割填料侧壁上所设槽为螺旋槽。

优选地，于所述分割填料的侧壁内侧边沿处的通孔，其轴线延伸方向可以与所述分割填料的轴线方向一致，或者沿自上游至下游朝靠近所述分割填料轴心的方向倾斜。

其他部分实施例中，所述填料单元中的分割筛板、汇合填料及分割填料相互之间通过插接结构连成一个整体。或者所述填料单元中的分割筛板、汇合填料及分割填料相互之间通过环体连接成一个整体，而且优选地将所述环体设为螺环，在分割筛板、汇合填料及分割填料的侧壁端部设有外螺纹与螺环匹配，这样设置便于调节控制分割筛板、汇合填料、分割填料相互之间的间距大小。

本发明的有益效果是：鉴于流体在微通道内流动时会受到撞击(流体-流体之间、流体-通道壁之间)、切割、汇合、湍流等作用，以促使流体内不同物质发生混合，其中最为有效的作用是切割--汇合作用，其是一种利用流体自身动量得到的强制性混合，本专利目的在于设置一种能够强化这种作用的结构，以使得流体混合传质效率相比于宏观混合得到成千上万倍的强化。所以，总体而言，本专利方案具有起到强化流体在流动过程中的切割--混合作用，使得流体混合传质效率被显著强化，实现充分混合和高效混合目的的效果。

具体而言，所设置的分筛板可以将流体切割至微米级别、而普通微反应器仅在毫米级别上下。在立体空间实现了三维尺度的混合，而普通微反应器仅在平面空间内实现二维尺度的混合。模块采用管式结构，相比较于普通的板式结构，构成的整体通道具有更优越的耐压性，理论上可以达到百兆帕的耐压级别，而一般的微反应器仅能达到5兆帕上下，所以本专利可以极大提高反应器的安全性。模块的管端方便密封，便于拆装、清洗。形成模块化结构，便于形成标准件，便于加工制造、组装，可以大规模生产，降低成本。

附图说明

图1为微通道反应模块的某实施方案的剖面结构示意图。

图2.1为填料单元的状态一结构示意图。

图2.2为填料单元的状态二结构示意图。

图2.3为粗分割填料的结构示意图，2.31为俯视图，2.32为仰视图。

图2.4为汇合填料的结构示意图，2.41为俯视图，2.42为仰视图。

图3.1为填料单元的状态三结构示意图。

图3.2为图3.1所示实施例中汇合填料的俯视结构示意图。

图3.3为图3.1所示实施例中粗分割填料的俯视结构示意图。

图4为粗分割填料的某种实施方案的俯视结构示意图。

图5为粗分割填料的某种实施方案的主视结构示意图。

图6为粗分割填料的某种实施方案的立体结构示意图。

图7.1为填料单元的状态四结构示意图。

图7.2为图7.1所示实施例下汇合填料的示意图，7.21为俯视图，7.22为仰视图。

图7.3为图7.1所示实施例下粗分割填料的俯视结构示意图。

图8为填料单元的状态五结构示意图。

图9为汇合填料某实施方案的剖面结构示意图。

图10为微通道反应模块的另一实施方案的剖面结构示意图。

图中：10外管，20填料单元；1分割筛板，2汇合填料，21通道一，22凹槽一，23凹槽二，24凸缘，25插槽，3分割填料，31通道二，32凹槽三，33凹槽四，34插条，4汇合腔，5反射混合腔，6分布腔，7环体，8喷嘴。

具体实施方式

说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

首先，本专利还涉及到一种连续流反应模块。

如图1、图10所示的一种连续流反应模块，包括外管10和安置在该外管10内的多个填料单元20。所述的多个填料单元20在所述外管10内顺次布置。当整个外管为直管时，则所述的多个填料单元沿管的轴向直线顺次布置。当外管为U型管时，则所述的多个填料单元沿U状的弯线顺次布置。所述外管的端部可以设置连接结构，如外螺纹和/或内螺纹。所述外管的端部可以设置密封端盖或者一端直接设置为与管子一体的密封结构。

所述的各填料单元20包括分割筛板1、汇合填料2和分割填料3，并且依次按照分割筛板1、汇合填料2、分割填料3的顺序排列(见图2.1、图2.2、图7.1及图8)，或者依次按照汇合填料2、分割填料3、分割筛板1的顺序排列(见图3.1)。这样，相邻两个填料单元20间，处于上游的分割填料3的下游端面与处于下游的分割筛板1的上游端面相对；或者，相邻两个填料单元20间，处于上游的分割筛板1的下游端面与处于下游的汇合填料2的上游端面相对。

所述分割筛板1上形成有规则或不规则的孔或缝隙，使得流体能够由分割筛板1的一端面流向另一端面(即由上游侧的端面流向下游侧的端面)。

所述汇合填料2的两端面上分别形成有凹槽一22和凹槽二23，在凹槽一22和凹槽二23的底面之间形成有将该两个凹槽连通的通道一21。

图1至图2.4所示的方案下，所述汇合填料2上所设通道一21为一个通孔，且该通孔的轴线处于所述汇合填料2的轴心处(可以重合或不重合)。

图3.1至3.2所示的方案下，所述汇合填料2上所设通道一21为多个通孔，其中一个通孔的轴线处于所述汇合填料2的轴心处，其他通孔分布设置在所述汇合填料2的轴心外围。或者在其他实施方案中，将所有的通孔均设在所述汇合填料的轴心外围。优选地，被设在所述汇合填料轴心外围的通孔的轴线相对所述汇合填料的轴向倾斜且通孔轴线处于下游的一端靠向所述汇合填料的轴心处。

如图1至图2.2及图10所示，所述汇合填料2的端面上设置的凹槽一22的底面和凹槽二23的底面均为弧面(包括球面形式)。此处的弧面可以为具有一个外圆心的弧面，也可为具有多个外圆心和/或内圆心的多个弧面构成的连贯弧面(如图示情形均属于此类)。所述凹槽一22的弧形与所述凹槽二23的弧形可以一致或不同。不同填料单元中所含汇合填料的凹槽一的弧形、凹槽二的弧形，相互之间也可以有差异或者说可以是部分相同的。凹槽一与凹槽二的差别主要体现在槽的深度及槽口的大小，槽口优选为向外张开的扩口形式。

为了更有效的将流体汇合喷出，如图8至图10所示的实施方案，所述汇合填料2上所设通道一21的下游端延伸至处于该汇合填料2下游的端面上所设凹槽的底面外部而形成喷嘴8，换言之，所述汇合填料2上所设通道一21的下游端延伸至该汇合填料2上所设凹槽二23的底面外，进而形成喷嘴8。所述喷嘴的端口延伸至凹槽二23内(如图8、图10所示)或延伸出凹槽二23的端口(如图9所示)。采用为多个通孔结构的通道一21时，可要求每个通孔的一端或者部分通孔的一端形成有所述喷管。喷管的自由端端口可以为锥孔状(大端朝外或朝内)。

所述分割填料3的两端面上分别形成有凹槽三32和凹槽四33，所述分割填料3上还设置了多个通道二31，各通道二31的两端分别对应在所述凹槽三32的槽口边缘和所述凹槽四33的槽口边缘。借助所述通道二31将凹槽三32和凹槽四33连通，即使得所述分割填料3的两端面之间建立起连通关系，供流体从一侧端面流至另一侧端面。

所述分割填料3的端面上设置的凹槽三32的底面、凹槽四33的底面均为弧面(含球面)。同样，此处的弧面可以为具有一个外圆心的弧面，也可为具有多个外圆心和/或内圆心的多个弧面构成的连贯弧面(如图示情形均属于此类)。所述凹槽三32的弧形与所述凹槽四33的弧形不同，但不排除能够相同的情形。不同填料单元中所含分割填料的凹槽三的弧形、凹槽四的弧形，相互之间也可以有差异或者说可以是部分相同的。如图所示，凹槽三的深度显著大于凹槽四的深度。凹槽三与凹槽四的差别还能体现在槽口的大小，该两个槽口也优选为向外张开的扩口形式。

如图1至图2.4及图5至图7.3所示，所述分割填料3上设置的通道二31具体为被设置在其侧壁上的槽。此时，该槽设置分割填料3的侧壁上，可以是沿其测线的直槽，也可以是相对测线倾斜的斜槽，即此时槽的延伸方向相对侧壁上的(轴向)竖直线倾斜(如图5所示)。更进一步地，所设槽的底面为斜面，且沿自上游至下游朝靠近所述分割填料轴心的方向倾斜，见图5。优选地，于所述分割填料侧壁上所设槽为螺旋槽(见图6)。将构成通道二31的槽设为斜槽或螺旋槽形式，能够使得多股流体汇聚时于腔体内形成反射撞击或以旋转的状态于腔体内交汇，形成湍动的混流，流体不同颗粒间能产生碰撞而强化汇合作用，使流体中的不同成分被切分后再由中心处碰撞汇聚，重新改变流体内各成分的分布状态，能进一步保证流体得到充分、高效的混合。

如图3.1至图4及图8至图10所示，所述分割填料3上所设的通道二31具体被设置在处于侧壁内侧边沿处的通孔。优选地，于所述分割填料的侧壁内侧边沿处的通孔，其轴线延伸方向可以与所述分割填料的轴线方向一致(如图示情形)，或者沿自上游至下游朝靠近所述分割填料轴心的方向倾斜(同样是使多股流体形成反射撞击)。

所述分割筛板上形成的孔或缝隙的当量直径小于所述汇合填料、所述分割填料上所设的各通道一21和通道二31的当量直径。

其他部分实施例中，所述分割筛板的一个或两个端面上也可以设为弧面或球面的凹槽，且可以为一个凹槽或者多个在面内分布设置的凹槽。

部分实施例中，所述外管的内径控制在2mm至100mm范围内，优选5mm至20mm区间。

汇合填料2由上、下端面上两个呈碗型的凹槽底加工出圆孔状的通道一21，汇合填料2的外径尺度同外管10内径相同，汇合填料2的高度(轴向长度)在2mm-20mm，优选5～10mm，通道一21的孔道直径在0.1mm～5mm，匹配相应的外管内径，优选0.5～2mm。

分割填料3由上、下端面上的碗型凹陷及外边缘处的通道二31构成，通道二31含多个圆孔。分割填料3的外径尺度同外管10内径相同，高度(轴向长度)在2mm-20mm，优选5～10mm。构成通道二31的圆孔(即粗分割通道)数至少为2个，更多的通道数需要匹配外管10内径，可以设计10个甚至100个，或更多。形状除为圆孔形外，还可为半圆形或者不规则形，通孔的轴线方向可以平行于外管的轴向或者形成一定夹角，目的是起到粗分割作用。

在某些具体实施方案中，所述分割筛板可选用多孔结构的材料制作，例如烧结金属粉末、烧结金属网、金属海绵泡沫、烧结陶瓷粉、陶瓷海绵泡沫、激光加工的微孔板、熔喷塑料网块等。所述分割筛板的厚度(轴向长度)可以设置在0.1mm至50mm范围内，优选设定在1mm至5mm区间。所述分割筛板上形成的孔或缝隙的径向尺寸(或者说通道宽度)可以设置在1μm至800μm范围内，优选设定在10微米至200微米区间。

在每个填料单元中，其所包含的分割筛板、汇合填料和分割填料之间，相邻二者的相对端面之间可以是相接触的或者是有间距的，见图1至图2.2。相邻的两个填料单元之间，处于上游的分割填料与处于下游的分割筛板的相对面之间，或者处于上游的分割筛板与处于下游的汇合填料的相对面之间，都可以是相接触的或者有间距的，见图1、图10，间距L1、L2...等可以相同或部分有差别。

将所述填料单元20安置在所述外管10内后，所述分割筛板1、汇合填料2、分割填料3的侧壁均与外管10的内壁接触。装配上，多采用热装配工艺，使得分割筛板1、汇合填料2、分割填料3的侧壁与外管的内壁压紧在一起，以保证使用中分割筛板1、汇合填料2、分割填料3不会相对在管腔内窜动。当然，如果外管为两个半管扣合的结构，则还可以在外管外对应设置分割筛板1、汇合填料2、分割填料3的位置设以抱紧箍的方式使得分割筛板1、汇合填料2、分割填料3的侧壁与外管的内壁压紧在一起。所指的外管可以理解为通过螺纹结构或插接结构顺次连接在一起的多个单元管，此时，相衔接的两个单元管的相对端，应符合整外管体内关于填料单元的布置规律。将外管设置为单元形式，能够放方便组装，方便将分割筛板1、汇合填料2、分割填料3放入管内且又便于在操作中把握相邻两填料单元之间的轴向间距。

所述外管10内壁与汇合填料2和/或分割筛板1之间形成一个汇合腔4，流体(或称液体)能够在此汇聚后经汇合填料2上设置的通道一21而向下游流动；所述外管10内壁与汇合填料2和分割填料3之间形成一个反射混流腔5，液体由汇合腔4流入反射混流腔5后，会沿径向朝分割填料3上所设的通道二31端口流动而被粗略地分割成多股后流向下游，期间，液体会不断受到反射混流腔5的两个凹槽(凹槽二23与凹槽三32)的底面反射作用，循环地进行返流，而形成混合湍流，得到充分混合(反射、回流强度，会受到通道一喷射出的流体的具体状态的影响，如，设置喷管结构后，这种反射、回流的强度就会更剧烈，效果会更好)；所述外管10内壁与分割填料3和分割筛板1之间形成一个分布腔6，液体由反射混流腔5流入分布腔6时，会沿径向地不断向腔内汇聚，最终使得液体在该腔内重新分部在分割筛板1的端面上，继而被再次剪切成细小的多股后继续向下游流动，流向下游的汇合腔4，并依次循环。

图1、图10所示实施方案中，填料单元20按照分割筛板1、汇合填料2、分割填料3的顺序排列构成。故而由外管10的入口端流入时，流体首先要透过分割筛板1上的孔或缝隙，先被强制地剪切成细小的多股，流向汇合腔4。接着流体由汇合腔4经通道一21进入反射混流腔5内，与凹槽二23、凹槽三32的底壁形成的反射壁发生撞击，被反射壁反弹而和上部流体繁盛撞击混合，部分地被通道二31粗分割成n股流体，该n股流体流向分布腔内后，均布于分割筛板1的端面上，进入分割筛板内的缝隙中，被进一步分割为微米级的极多路流体，这些细小的流体透过分割筛板再次进入下游的汇合腔4，在腔体内发生汇聚混合，经下游一级的通道一进入下游一级的反射混流腔5，依此过程循环前行，实现高效混合传质。于所述通道一21的下游端口形成喷嘴8后能够强化反射混流腔5内的反射频次、撞击强度，促进反射混合效果进一步提高。

如图7.1至图8所示，所述填料单元20中的分割筛板1、汇合填料2及分割填料3相互之间通过插接结构连成一个整体(见图7.1至图7.3)，或者所述填料单,20中的分割筛板1、汇合填料2及分割填料3相互之间通过环体7连接成一个整体，而且优选地将所述环体7设为螺环，在分割筛板1、汇合填料2及分割填料3的侧壁端部设有外螺纹与螺环匹配，这样设置便于调节控制分割筛板1、汇合填料2、分割填料3相互之间的间距大小(见图8、图10)。

此外，还需要说明的是，对于安置在同一外管10内的多个填料单元20，每个填料单元20中的分割筛板1、汇合填料2、分割填料3相互之间的间距大小可以完全一致或部分地一致或者完全不同的。而且，两两相邻的两个填料单元20相对面之间的间距(如图示的L1、L2..)也可以是一致的或者部分一致的或者完全不同的。

其次，本专利还涉及到一种连续流反应器，在该连续流反应器中应用了所涉及到的连续流反应模块。

所述连续流反应器，其包含有上述所提及的某种形式的连续流反应模块，即该连续流反应器中可以仅含有上述提及的某一种形式的连续流反应模块，也可以同时含有上述提及的多种形式的连续流反应模块。该连续流反应器还包含有置于所述外管10外围的换热夹具或者换热壳体等。

最后，本专利还涉及到一种填料单元，其为所涉及的连续流反应模块中的重要部件。

如图2.1至图9所示的一种填料单元，包括分割筛板1、汇合填料2和分割填料3，并且依次按照分割筛板1、汇合填料2、分割填料3的顺序排列，或者依次按照汇合填料2、分割填料3、分割筛板1的顺序排列(见图3.1)。

所述分割筛板1可选用多孔结构的材料制作，例如烧结金属粉末、烧结金属网、金属海绵泡沫、烧结陶瓷粉、陶瓷海绵泡沫、激光加工的微孔板、熔喷塑料网块等。所以所述分割筛板上能形成有规则或不规则的孔或缝隙，目的均在于保证能够使得流体由分割筛板的一端面经本体流向另一端面。

所述分割筛板1的厚度可以设置在0.1mm至50mm范围内，优选设定在1mm至5mm区间，如选用1.1mm或2.3mm或2.6mm或4.2mm等。所述分割筛板1上形成的孔或缝隙的径向尺寸(或者说通道宽度)可以设置在1μm至800μm范围内，优选设定在10微米至200微米区间，如选用15微米或60微米或105微米或130微米或180微米。因为分割筛板上的孔或缝隙有时候是在制作过程中自然形成的，所以其径向尺寸的大小不是固定值，是离散的，即便一个连通的孔或缝隙其不同段处的径向尺寸大小都可以是不一样的。而且，即便采用激光加工形成的微孔，每个微孔的孔径大小也是可以有差异的，所以所有微孔的孔径大小是涵盖在一个区间内的离散值。对于前述给出的某个具体值的理解，可以认为其代表的是平均值或中心值(具体取值相对中心值上下浮动)。

所述汇合填料2的两端面上分别形成有凹槽一22和凹槽二23，且凹槽一22与凹槽二23的底面之间形成有将该两个凹槽连通的通道一21，通道一21可以为圆柱孔、棱柱孔、半柱孔或者异形孔等。汇合填料2的高度(轴向长度)在2mm-20mm，优选5～10mm，通道一21的孔道直径在0.1mm～5mm，优选0.5～2mm。本段的孔道直径，如果为非圆孔，则应按照当量直径理解。

所述分割填料3的两端面上分别形成有凹槽三32和凹槽四33，同时还设有两端分别延伸至该两个凹槽的槽口处的并将该两个凹槽连通的多个通道二31，换言之，在所述分割填料3上，设有连通凹槽三32和凹槽四33的多个通道二31，每一个通道二31的两端端口对应延伸至凹槽三32的槽口边沿处和凹槽四33的槽口边沿处。所述分割填料3的高度(轴向长度)在2mm-20mm，优选5～10mm。构成通道二31的圆孔(即粗分割通道)数至少为2个，更多的通道数在必要的外部结构尺寸下，可以设计10个，甚至100个，或更多个。通道二31的孔腔形状除为圆柱孔外，还可为半圆柱或棱柱孔或者不规则形孔或型槽。

在本专利的语言环境下，关于孔道、缝隙、腔道、通道等的直径，如果为非圆孔，则均按照当量直径理解。

可见，所述分割筛板1上形成的孔或缝隙的当量直径远小于所述汇合填料、所述分割填料上所设的各通道的当量直径。

如图1至图2.2及图7.1至图10所示，所述填料单元20中，其所包含的分割筛板1、汇合填料2和分割填料3之间，相邻二者的相对端面之间可以是相接触的(含因装配而形成间隙的情形)或者是有间距的。

所述汇合填料2的端面上设置的凹槽一22和凹槽二23的槽底面均为弧面(含球面)。所述分割填料3的端面上设置的凹槽三32和凹槽四33的槽底面为弧面(含球面)。此处的弧面可以为具有一个外圆心的弧面，也可为具有多个外圆心和/或内圆心的多个弧面构成的连贯弧面(如图1至图10所示情形均属于此类)。所述凹槽一22的弧形与所述凹槽二23的弧形可以一致或不同。所述凹槽三32的弧形与所述凹槽四33的弧形可以一致或不同。不同填料单元中所含汇合填料的凹槽一的弧形、凹槽二的弧形，相互之间也可以有差异或者说可以是部分相同的。凹槽一与凹槽二的差别主要体现在槽的深度及槽口的大小，槽口优选为向外张开的扩口形式。不同填料单元中所含分割填料的凹槽三的弧形、凹槽四的弧形，相互之间也可以有差异或者说可以是部分相同的。凹槽三与凹槽四的差别主要体现在槽的深度及槽口的大小，槽口优选为向外张开的扩口形式。例如，图2.1至图2.3所示，凹槽三32的槽深度明显大于凹槽四33的槽深，凹槽三32的槽口小于与凹槽33四的槽口。

所述分割筛板的一个或两个端面上也可以设为弧面或球面的凹槽，且可以为一个凹槽或者多个在面内分布设置的凹槽。

如图8至图10所示，所述汇合填料2上所设通道一21的下游端延伸至处于该汇合填料2下游的端面上所设凹槽的底面外部而形成喷嘴8，换言之，所述汇合填料2上所设通道一21的下游端延伸至该汇合填料2上所设凹槽二23的底面外，进而形成喷嘴8。所述喷嘴的端口延伸至凹槽二23内(如图8、图10所示)或延伸出凹槽二23的端口(如图9所示)。采用为多个通孔结构的通道一21时，可要求每个通孔的一端或者部分通孔的一端形成有所述喷管。喷管的自由端端口可以为锥孔状(大端朝外或朝内)。

设置向外延伸出来的喷嘴8结构，为的是更有效的将流体汇合喷出，该善流体进入下游型腔后形成的反射、混流状态，以更好地实现重新被均匀混合的目的。

部分实施例中，所述通道一21的腔道可以按照文丘里管原理设计。

如图1至图2.4所示，所述汇合填料2上所设通道一21为一个圆孔，且该圆孔的轴线处于所述汇合填料的轴心处。

如图3.1至图3.2所示，所述汇合填料2上所设通道一21为多个圆孔，其中一个圆孔的轴线处于所述汇合填料2的轴心处，其他圆孔分布设置在所述汇合填料的轴心外围。其他实施例中，所有的圆孔还可均设在所述汇合填料的轴心外围，绕圆环分布或分布成十字星或X型等。优选地，被设在所述汇合填料轴心外围的圆孔的轴线相对所述汇合填料的轴向倾斜且处于下游的一端靠向所述汇合填料的轴心处。采用为多个圆孔结构的通道一21时，每个圆孔的一端或者部分圆孔的一端形成有所述的喷管8。

如图1至图2.4及图5、图6所示，所述分割填料3上所设通道二31具体为被设置在其侧壁上的多个槽。此处，于所述分割填料侧壁上所设槽可为斜槽，即该槽的延伸方向相对侧壁上的(轴向)竖直线倾斜，或更进一步地，所设槽的底面为斜面，且沿自上游至下游朝靠近所述分割填料轴心的方向倾斜(如图6)。其他实施例中，于所述分割填料侧壁上所设槽还可为螺旋槽(如图5)。将构成通道二31的槽设为斜槽或螺旋槽形式，能够使得多股流体汇聚时形成反射撞击或以旋转的状态交汇，形成湍动的混流，流体中不同颗粒间能产生碰撞而强化汇合作用，使流体中的不同成分被切分后再碰撞汇聚，重新改变了流体内各成分的分布状态，能进一步保证流体得到充分、高效的混合。

如图3.1至图4及图8、图10所示，所述分割填料3上所设通道二31具体为被设置在处于侧壁内侧边沿处的多个通孔。此处，于所述分割填料的侧壁内侧边沿处的各通孔，其轴线延伸方向可以与所述分割填料的轴线方向一致(图示情形)，或者沿自上游至下游朝靠近所述分割填料轴心的方向倾斜(同样是使多股流体形成反射撞击)。

如图7.1至图7.3所示，所述填料单元20中的分割筛板1、汇合填料2及分割填料3相互之间通过插接结构连成一个整体。于所述汇合填料2的上游端面的边缘处设有环状的凸缘24，所述分割筛板1的下游端插入凸缘24内，使得分割筛板1与汇合填料2插接连接为整体。于汇合填料2的下游端面边沿处设有多个相间分布的且呈弧形的插槽25，所述分割填料3的上游端面形成有与所述插槽25对应匹配的插条34，使得汇合填料2与分割填料3插接连接为整体。

如图8、图10所示，所述填料单元20中的分割筛板1、汇合填料2及分割填料3相互之间通过环体7连接成一个整体，而且优选地将所述环体7设为螺环，在分割筛板1、汇合填料2及分割填料3的侧壁端部设有外螺纹与螺环匹配，这样设置便于调节控制分割筛板、汇合填料、分割填料相互之间的间距大小。

上述实施方式仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。本发明还有许多方面可以在不违背总体思想的前提下进行改进，对于熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，可对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种连续流反应模块，其特征为：包括外管及于外管内顺次布置的多个填料单元；

所述的各填料单元包括分割筛板、汇合填料和分割填料，并且依次按照分割筛板、汇合填料、分割填料的顺序排列，或者依次按照汇合填料、分割填料、分割筛板的顺序排列；

所述分割筛板上形成有规则或不规则的孔或缝隙，使得流体能够由分割筛板的一端面流向另一端面；所述汇合填料的两端面上分别形成有凹槽，且该两个凹槽的底面之间形成有将该两个凹槽连通的通道；所述分割填料的两端面中至少上游端面上形成有凹槽，且设有两端分别延伸至两端面边缘处的能将两端面连通的多个通道；

所述分割筛板上形成的孔或缝隙的当量直径小于所述汇合填料、所述分割填料上所设的各通道的当量直径。

2.根据权利要求1所述的连续流反应模块，其特征为：所述汇合填料的端面上设置的凹槽底面为弧面，和/或所述分割填料的端面上设置的凹槽底面为弧面。

3.根据权利要求1或2所述的连续流反应模块，其特征为：所述汇合填料上所设通道的下游端延伸至该汇合填料下游端面上所设凹槽的底面外部并形成喷嘴。

4.根据权利要求1或2所述的连续流反应模块，其特征为：所述填料单元中的分割筛板、汇合填料及分割填料相互之间通过插接结构连成一个整体；或者所述填料单元中的分割筛板、汇合填料及分割填料相互之间通过环体连接成一个整体；优选地，所述环体为螺环，在分割筛板、汇合填料及分割填料的侧壁端部设有外螺纹与所述螺环匹配。

5.根据权利要求1所述的连续流反应模块，其特征为：所述分割填料上所设通道为设置在侧壁上的槽或者处于侧壁内侧边沿处的通孔；

优选地，所述分割填料上所设通道为设置在侧壁上的槽或者处于侧壁内侧边沿处的通孔；更进一步，于所述分割填料侧壁上所设槽为斜槽或螺旋槽；更进一步，于所述分割填料的侧壁内侧边沿处的通孔，其轴线延伸方向与所述分割填料的轴线方向一致，或者沿自上游至下游朝靠近所述分割填料轴心的方向倾斜。

6.一种连续流反应器，其特征为：含有权利要求1至5中所涉及的连续流反应模块。

7.一种填料单元，其特征为：包括分割筛板、汇合填料和分割填料，并且依次按照分割筛板、汇合填料、分割填料的顺序排列，或者依次按照汇合填料、分割填料、分割筛板的顺序排列；

所述分割筛板上形成有规则或不规则的孔或缝隙，使得流体能够由分割筛板的一端面流向另一端面；所述汇合填料的两端面上分别形成有凹槽，且该两个凹槽的底面之间形成有将该两个凹槽连通的通道；所述分割填料的两端面中至少处于上游的端面上形成有凹槽，且设有两端分别延伸至两端面边缘处的能将该两个端面连通的多个通道；

所述分割筛板上形成的孔或缝隙的当量直径小于所述汇合填料、所述分割填料上所设的各通道的当量直径。

8.根据权利要求7所述的填料单元，其特征为：所述分割筛板上形成的孔或缝隙的通道宽度设置在1μm至800μm范围内。

9.根据权利要求7或8所述的填料单元，其特征为：所述汇合填料上所设通道的下游端延伸至该汇合填料下游端面上所设凹槽的底面外部并形成喷嘴。

10.根据权利要求7或8所述的填料单元，其特征为：所述填料单元中的分割筛板、汇合填料及分割填料相互之间通过插接结构连成一个整体；或者所述填料单元中的分割筛板、汇合填料及分割填料相互之间通过环体连接成一个整体；

优选地，所述环体设为螺环，在分割筛板、汇合填料及分割填料的侧壁端部设有外螺纹与所述螺环匹配；

优选地，所述汇合填料的端面上设置的凹槽底面为弧面；

优选地，所述分割填料的端面上设置的凹槽底面为弧面；

优选地，所述分割填料上所设通道为设置在侧壁上的槽或者处于侧壁内侧边沿处的通孔；更进一步，于所述分割填料侧壁上所设槽为斜槽或螺旋槽；更进一步，于所述分割填料的侧壁内侧边沿处的通孔，其轴线延伸方向与所述分割填料的轴线方向一致，或者沿自上游至下游朝靠近所述分割填料轴心的方向倾斜。

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