CN111530393A - 用于多物料混合的微流道反应器 - Google Patents

Abstract

本发明的用于多物料混合的微流道反应器，包括外管以及设置于外管内部的至少一个导流模块，导流模块由多个导流模片以及微流模片叠加构成，导流模片上设置有导流孔，微流模片上设置有微流孔。本发明的用于多物料混合的微流道反应器设计简单，占地面积小，物料混合效率高、效果好，适宜批量化生产并可实现定制化需求。

Description

用于多物料混合的微流道反应器

技术领域

本发明涉及微化工技术领域，特别是涉及一种用于多物料混合的微流道反应器。

背景技术

物料混合过程在化工行业中普遍存在且具有十分重要的作用。在传统化工领域，物料混合反应器多以釜式反应器、管式反应器为主，但这些传统的反应器大都存在着局部反应不连续、能量传递不均一等问题，并且为了混合均匀往往需要多个反应釜的串联或并联，造成设备占地面积大、管线连接复杂的情况。

微流道反应器是一种新型的管式反应器，它是通过精密加工技术，使得管道的尺寸达到微米或毫米级别，进而使得管道内部的形成微米或毫米级别的流体。这种管道及管道内的流体的尺寸的改变，所带来的是整个反应器在传热、传质方面的效率的提升，具体表现为：反应物混合快、微流道比表面积大、反应过程绿色安全、反应器体积小、引入副反应少、能够连续反应、可实现“数增放大”等。微流道反应器已在硝化反应、催化反应、低温反应、氧化反应、氟化反应、重氮化反应等多个反应类型的化学反应中得到应用，并且取得了较好成果。

微流道反应器的加工材料多以金属、硅及硅化物、陶瓷、有机玻璃等材料为主，加工方法一般采用化学刻蚀、激光烧灼等。加工方法及尺寸构造决定了微流道反应器制作过程的繁琐和复杂，对于批量化生产存在的难度，不利于其后续的商业化应用和推广。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种加工难度相对较小、结构相对简单、物料混合效果好的用于多物料混合的微流道反应器。

本发明的用于多物料混合的微流道反应器，包括外管以及设置于外管内部的至少一个导流模块，所述导流模块由多个导流模片以及微流模片叠加构成，导流模片上设置有导流孔，微流模片上设置有微流孔。

本发明的用于多物料混合的微流道反应器，其中，导流模块包括第一导流模片和第二导流模片，所述第一导流模片的边缘设置有第一定位孔和第一铆接孔，所述第二导流模片的边缘设置有第二定位孔和第二铆接孔，所述微流模片的边缘设置有第三定位孔和第三铆接孔，通过第一定位孔与第二定位孔、第三定位孔相对配合以及第一铆接孔与第二铆接孔、第三铆接孔的相对配合，所述导流模块的第一导流模片、第二导流模片、微流模片位置定位且组合连接在一起。

本发明的用于多物料混合的微流道反应器，其中，外管内部设有多个沿外管轴线排列并连接在一起的导流模块，相邻的两导流模块中，位于不同导流模块中的两彼此连接的模片为同一类型的模片。

本发明的用于多物料混合的微流道反应器，其中，第一导流模片和第二导流模片上的导流孔的位置在横向和纵向尺度上呈相互交叉关系。

本发明的用于多物料混合的微流道反应器，其中，第一导流模片上划分为多个正方形的第一辅助区域，每一第一辅助区域内设置有一个第一导流孔，所述第一导流孔的圆心与其所在第一辅助区域的中心重合，所述第一导流孔的直径小于或等于第一辅助区域的边长的一半；

第二导流模片上划分为多个正方形的第二辅助区域，每一第二辅助区域内设置有一个第二导流孔，所述第二导流孔的圆心与其所在第二辅助区域的中心重合，第二辅助区域的边长与第一辅助区域的边长相等，所述第一导流孔的直径与第二导流孔的直径相等，第一辅助区域的位置与第二辅助区域的位置交错，每一所述第一辅助区域的边与相对应的第二辅助区域的中轴线相对，以使第二导流模片与第一导流模片重叠后，每一第一导流孔与两相邻第二辅助区域的邻接区域相对且第一导流孔与第二导流孔不重叠；

微流模片上划分为多个正方形的第三辅助区域，第三辅助区域的边长与第一辅助区域的边长相等，第一导流模片与微流模片重叠后，第三辅助区域与第一辅助区域对应重合，微流模片上划分多个平行排列的第一辅助竖线，两相邻所述第一辅助竖线之间的距离为第三辅助区域的边长的一半，每一第一辅助竖线上均匀设置有多个微流孔，多个第一辅助竖线上相对应的微流孔均在一条垂直第一辅助竖线的横向直线上，两第一辅助竖线之间的中心设置有与第一辅助竖线平行的第二辅助竖线，每一第二辅助竖线上均匀设置有多个微流孔，多个第二辅助竖线上相对应的微流孔均在一条垂直第二辅助竖线的横向直线上，第二辅助竖线上的微流孔与第一辅助竖线上的微流孔位置错位，第一导流模片、第二导流模片、微流模片重叠时，每一第一导流孔的边缘与四个微流孔的轴心线相交，每一第二导流孔的边缘与四个微流孔的轴心线相交。

本发明的用于多物料混合的微流道反应器，其中，微流孔的孔洞直径为 1-4mm，导流孔的孔洞直径为3-5mm。

本发明的用于多物料混合的微流道反应器，其中，每个导流模块的两端使用密封圈密封。

本发明的用于多物料混合的微流道反应器设计简单，占地面积小，物料混合效率高、效果好，适宜批量化生产并可实现定制化需求。

附图说明

图1为本发明的用于多物料混合的微流道反应器的结构示意图；

图2为第一导流模片的结构示意图；

图3为第二导流模片的结构示意图；

图4为微流模片的结构示意图；

图5为导流模块的结构示意图；

图6为第一导流模片、第二导流模片、微流模片叠加成导流模块的示意图；

图7为导流模块连接示意图；

图8为微流模片的局部放大图；

图9为导流模块的局部放大图；

图10微流道反应器内部孔道简图。

图中附图标记：1第一导流模片；2微流模片；3第二导流模片；5铆接轴；9导流模块；10密封圈；11密封调节机构；12外管；13法兰片；14端法兰；15密封垫片；16物料进口；17物料出口；24微流孔；31第一导流孔；32第二导流孔；110第一定位孔；120第一铆接孔；210第二定位孔；220第二铆接孔；310第三定位孔；320第三铆接孔。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4所示，本发明的用于多物料混合的微流道反应器，包括外管12以及设置于外管内部的至少一个导流模块9，所述导流模块9 由多个导流模片以及微流模片叠加构成，导流模片上设置有导流孔，微流模片 2上设置有微流孔24。

结合图5、图6、图7、图8、图9、图10所示，本发明的用于多物料混合的微流道反应器，其中，导流模块包括第一导流模片1和第二导流模片3，所述第一导流模片的边缘设置有第一定位孔110和第一铆接孔120，所述第二导流模片的边缘设置有第二定位孔210和第二铆接孔220，所述微流模片2的边缘设置有第三定位孔310和第三铆接孔320，通过第一定位孔与第二定位孔、第三定位孔相对配合以及第一铆接孔与第二铆接孔、第三铆接孔的相对配合，所述导流模块的第一导流模片、第二导流模片、微流模片位置定位且组合连接在一起。

本发明的用于多物料混合的微流道反应器，其中，外管内部设有多个沿外管轴线排列并连接在一起的导流模块9，相邻的两导流模块中，位于不同导流模块中的两彼此连接的模片为同一类型的模片。

本发明的用于多物料混合的微流道反应器，其中，第一导流模片和第二导流模片上的导流孔的位置在横向和纵向尺度上呈相互交叉关系。

本发明的用于多物料混合的微流道反应器，其中，第一导流模片上划分为多个正方形的第一辅助区域，每一第一辅助区域内设置有一个第一导流孔31，所述第一导流孔的圆心与其所在第一辅助区域的中心重合，所述第一导流孔的直径小于或等于第一辅助区域的边长的一半；

第二导流模片上划分为多个正方形的第二辅助区域，每一第二辅助区域内设置有一个第二导流孔32，所述第二导流孔的圆心与其所在第二辅助区域的中心重合，第二辅助区域的边长与第一辅助区域的边长相等，所述第一导流孔的直径与第二导流孔的直径相等，第一辅助区域的位置与第二辅助区域的位置交错，每一所述第一辅助区域的边与相对应的第二辅助区域的中轴线相对，以使第二导流模片与第一导流模片重叠后，每一第一导流孔与两相邻第二辅助区域的邻接区域相对且第一导流孔与第二导流孔不重叠；

微流模片上划分为多个正方形的第三辅助区域，第三辅助区域的边长与第一辅助区域的边长相等，第一导流模片与微流模片重叠后，第三辅助区域与第一辅助区域对应重合，微流模片上划分多个平行排列的第一辅助竖线，两相邻所述第一辅助竖线之间的距离为第三辅助区域的边长的一半，每一第一辅助竖线上均匀设置有多个微流孔24，多个第一辅助竖线上相对应的微流孔均在一条垂直第一辅助竖线的横向直线上，两第一辅助竖线之间的中心设置有与第一辅助竖线平行的第二辅助竖线，每一第二辅助竖线上均匀设置有多个微流孔，多个第二辅助竖线上相对应的微流孔均在一条垂直第二辅助竖线的横向直线上，第二辅助竖线上的微流孔与第一辅助竖线上的微流孔位置错位，第一导流模片、第二导流模片、微流模片重叠时，每一第一导流孔的边缘与四个微流孔的轴心线相交，每一第二导流孔的边缘与四个微流孔的轴心线相交。

第二辅助竖线上两相邻微流孔之间的距离与第一辅助竖线上两相邻微流孔之间的距离相等。

第二辅助竖线上的每一微流孔正位于第一辅助竖线上两相邻微流孔中间。

微流孔的直径小于或等于导流孔的直径的一半；第二导流孔与第一导流孔的直径相等。

辅助竖线与在其上的微流孔的关系是：上述微流孔的圆心均在上述辅助竖线上。

第一导流模片、第二导流模片、微流模片重叠时，每一第一导流孔的边缘经过四个微流孔的圆心，每一第二导流孔的边缘经过四个微流孔的圆心。

每一第三辅助区域里面有四个完整的微流孔以及8个被截成一半的微流孔。第一辅助竖线上两相邻微流孔之间的距离等于第一导流孔的直径。第二辅助竖线上两相邻微流孔之间的距离等于第一导流孔的直径。第二导流孔的直径与第一导流孔的直径长度相等。

本发明的用于多物料混合的微流道反应器，其中，微流孔的孔洞直径为 1-4mm，导流孔的孔洞直径为3-5mm。

本发明的用于多物料混合的微流道反应器，其中，每个导流模块9的两端使用密封圈10密封。

本发明的用于多物料混合的微流道反应器为管式反应器，反应器内部由多个结构相同的导流模块串联、密封形成模组，集合于外管中；导流模块由多个多种导流模片和微流模片叠加排列、密封、铆接形成；管道内两端通过密封调节环密封；管道外部可根据需要外设加热装置或散热装置；管道两端留有物料进出口接管。本发明的用于多物料混合的微流道反应器设计简单，占地面积小，物料混合效率高、效果好，适宜批量化生产并可实现定制化需求。

导流模块由多个多种导流模片和微流模片叠加排列、密封、铆接形成。

导流模片有多种类型，不同类型导流模片上的导流孔洞在形状、大小或位置上可以有所不同；不同导流模片上相同(或相近)位置的孔洞所覆盖的微流模片上的孔洞在位置上或数量上具有差异，不同模片压装在一起，由铆钉定位、铆接形成模块。

模片的边缘位置留有定位孔和铆接孔，用于模片的位置确定和组合连接。

形成模组时，两个相邻的导流模块连接处的模片为同一类型模片。

模组置入管道后，管道内部两端用密封调节环密封。

反应器两端使用法兰封装并留有物料运输管道。

反应器可按需要外设散热装置或加热装置。

与现有技术相比，本发明的用于多物料混合的微流道反应器为管式反应器有益效果在于：

1.本发明的用于多物料混合的微流道反应器为管式反应器可显著减少对于场地的占用面积，优化产线布局；

2.本发明的用于多物料混合的微流道反应器为管式反应器，单位面积上的微流道数量众多，能够显著提升物料混合效率和效果，并且其特殊的结构特点决定了其具有适应高压工作环境的能力。

3.本发明的用于多物料混合的微流道反应器为管式反应器设计简单、加工过程易于掌握，可以进行批量化的加工生产，能够适应商业化的加工生产和推广；

4.本发明的用于多物料混合的微流道反应器为管式反应器可根据需要进行增减配置，易连接在现有产线中，实现对产线的改造及优化。

5.本发明的用于多物料混合的微流道反应器为管式反应器容易满足定制化需求。

下面通过实施例结合附图对本发明技术方案进一步说明，应当指出下面实施例是为了更好理解本发明，而不应理解为对本发明的限制。

本发明的用于多物料混合的微流道反应器为管式反应器制作方法如下：

将圆形冷轧板以4-6mm的小方格进行划分并确定孔洞排布位置后，分别加工成微流模片和两种不同的导流模片，形成图2、图3、图4的样式。其中，微流孔4的孔洞直径为1-4mm，导流孔3的孔洞直径均为3-5mm，而第一导流模片和第二导流模片上的导流孔位置在横向和纵向尺度上呈相互交叉关系。

按图6的顺序将上述导流模片及微流模片组合，通过定位孔将所有模片对齐，并使用6根铆接轴5穿过铆接孔将所有模片连接紧密，形成导流模块。

将6-10个导流模块通过铆接轴连接，每个导流模块两端使用密封圈10密封，形成模组。整个模组置入两端焊有法兰片13的外管12中，管道内部用调节密封圈做密封处理，最后用在法兰片和端法兰14之间垫入密封垫片15后连接，两端分别预留出物料进口16、物料出口17，反应器内部物料的流动路径分布如图10所示。在反应器管道外部可根据需要集成现有的散热或加热装置便于温度调节。

以上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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于多物料混合的微流道反应器，其特征在于，包括外管以及设置于外管内部的至少一个导流模块，所述导流模块由多个导流模片以及微流模片叠加构成，导流模片上设置有导流孔，微流模片上设置有微流孔。

2.如权利要求1所述的用于多物料混合的微流道反应器，其特征在于，导流模块包括第一导流模片和第二导流模片，所述第一导流模片的边缘设置有第一定位孔和第一铆接孔，所述第二导流模片的边缘设置有第二定位孔和第二铆接孔，所述微流模片的边缘设置有第三定位孔和第三铆接孔，通过第一定位孔与第二定位孔、第三定位孔相对配合以及第一铆接孔与第二铆接孔、第三铆接孔的相对配合，所述导流模块的第一导流模片、第二导流模片、微流模片位置定位且组合连接在一起。

3.如权利要求2所述的用于多物料混合的微流道反应器，其特征在于，外管内部设有多个沿外管轴线排列并连接在一起的导流模块，相邻的两导流模块中，位于不同导流模块中的两彼此连接的模片为同一类型的模片。

4.如权利要求3所述的用于多物料混合的微流道反应器，其特征在于，第一导流模片和第二导流模片上的导流孔的位置在横向和纵向尺度上呈相互交叉关系。

5.如权利要求3所述的用于多物料混合的微流道反应器，其特征在于，第一导流模片上划分为多个正方形的第一辅助区域，每一第一辅助区域内设置有一个第一导流孔，所述第一导流孔的圆心与其所在第一辅助区域的中心重合，所述第一导流孔的直径小于或等于第一辅助区域的边长的一半；

第二导流模片上划分为多个正方形的第二辅助区域，每一第二辅助区域内设置有一个第二导流孔，所述第二导流孔的圆心与其所在第二辅助区域的中心重合，第二辅助区域的边长与第一辅助区域的边长相等，所述第一导流孔的直径与第二导流孔的直径相等，第一辅助区域的位置与第二辅助区域的位置交错，每一所述第一辅助区域的边与相对应的第二辅助区域的中轴线相对，以使第二导流模片与第一导流模片重叠后，每一第一导流孔与两相邻第二辅助区域的邻接区域相对且第一导流孔与第二导流孔不重叠；

微流模片上划分为多个正方形的第三辅助区域，第三辅助区域的边长与第一辅助区域的边长相等，第一导流模片与微流模片重叠后，第三辅助区域与第一辅助区域对应重合，微流模片上划分多个平行排列的第一辅助竖线，两相邻所述第一辅助竖线之间的距离为第三辅助区域的边长的一半，每一第一辅助竖线上均匀设置有多个微流孔，多个第一辅助竖线上相对应的微流孔均在一条垂直第一辅助竖线的横向直线上，两第一辅助竖线之间的中心设置有与第一辅助竖线平行的第二辅助竖线，每一第二辅助竖线上均匀设置有多个微流孔，多个第二辅助竖线上相对应的微流孔均在一条垂直第二辅助竖线的横向直线上，第二辅助竖线上的微流孔与第一辅助竖线上的微流孔位置错位，第一导流模片、第二导流模片、微流模片重叠时，每一第一导流孔的边缘与四个微流孔的轴心线相交，每一第二导流孔的边缘与四个微流孔的轴心线相交。

6.如权利要求4所述的用于多物料混合的微流道反应器，其特征在于，微流孔的孔洞直径为1-4mm，导流孔的孔洞直径为3-5mm。

7.如权利要求5所述的用于多物料混合的微流道反应器，其特征在于，每个导流模块的两端使用密封圈密封。

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