CN111957279A - 微通道结构、具有其的微通道反应组件和微通道反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化工制药反应设备技术领域，具体涉及一种微通道结构、具有其的微通道反应组件和微通道反应器。微通道结构，包括：多个第一反应通道，沿第一方向线性间隔设置，第一反应通道上设有至少两个第一进口和一个第一出口；多个第二反应通道，沿第一方向线性间隔设置，第二反应通道上设有至少两个第二出口和一个第二进口，第二反应通道与第一反应通道层叠交错设置，第二进口与第二反应通道的主体连接处设有过渡通道，沿流体的流动方向，过渡通道的截面面积小于第二进口的截面面积。进入反应通道中的反应介质不断合流后分流，分流后再合流，伴随着上下翻涌以及利用反应介质流速的瞬间增大，能够有效提高反应介质在微通道内的混合效果。

Description

微通道结构、具有其的微通道反应组件和微通道反应器

技术领域

本发明涉及化工制药反应设备技术领域，具体涉及一种微通道结构、具有其的微通道反应组件和微通道反应器。

背景技术

微通道反应器是一种借助于特殊微加工技术以固体基质制造的可用于进行化学反应的三维结构元件。微通道反应器通常含有小的通道尺寸和通道多样性，流体在这些通道中流动，并要求在这些通道中发生所要求的反应。在微构造的化学设备中具有非常大的比表面积，相比于反应釜，微通道反应器有着更好地传热和传质能力。

现有技术中，微通道反应器包括设于两侧的一对换热组件和设于一对换热组件之间的反应组件。在反应组件中通过反应介质在通道中不断被分流和合流来实现反应介质之间的混合，当反应组件的通道中逐渐充满反应介质后，反应介质在通道内会沿同一流动趋势运动形成顺流，通道内的反应介质流动趋势较为平滑，使得反应介质在通道中的流动碰撞不够激烈，混合效果不够理想，反应收率较低。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的微通道反应器中反应介质混合效果较差，反应收率较低的缺陷，从而提供一种微通道结构、具有其的微通道反应组件和微通道反应器。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种微通道结构，包括：

多个第一反应通道，沿第一方向线性间隔设置，第一反应通道上设有至少两个第一进口和一个第一出口；

多个第二反应通道，沿第一方向线性间隔设置，第二反应通道上设有至少两个第二出口和一个第二进口，第二反应通道与第一反应通道层叠交错设置，第一反应通道的第一进口与前一第二反应通道上的第二出口连通，第一反应通道的第一出口与后一第二反应通道上的第二进口连通，第二进口与第二反应通道的主体连接处设有过渡通道，沿流体的流动方向，过渡通道的截面面积小于第二进口的截面面积。

可选地，第一反应通道和第二反应通道均为“Ω”型通道，“Ω”型通道包括弧形主体部和设于弧形主体部端部的两个连接部，第一出口和第二进口均设于弧形主体部围合形成的空腔内，第一进口和第二出口均设于连接部处。

可选地，第一反应通道和第二反应通道在垂直于第一方向的第二方向上均设置有多列，且在第二方向上相邻两个第二反应通道连通设置。

可选地，在弧形主体部上设有连通相邻两个第二反应通道的连通通道。

本发明还提供一种微通道反应组件，具有本发明所述的微通道结构。

可选地，包括层叠设置的第一混合通道和第二混合通道，第一混合通道和第二混合通道均包括多组交替间隔设置的第一反应通道和第二反应通道，第一混合通道上的第一出口与第二混合通道上的第二进口一一对应连通，第一混合通道上的第一进口与第二混合通道上的第二出口一一对应连通，第一混合通道上同一方向上的第一反应通道与第二混合通道上对应方向上的第二反应通道朝向相反且交错设置，以使第一混合通道与第二混合通道完全连通。

可选地，第一混合通道上设有至少两个反应介质入口，至少两个反应介质入口均与同一组第一反应通道连通。

可选地，第一混合通道与第二混合通道均成型在同一单板片上。

可选地，第一混合通道成型在第一反应板上，第二混合通道成型在第二反应板上，第一反应板与第二反应板层叠拼接。

本发明还提供一种微通道反应器，具有本发明所述的微通道反应组件。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的微通道结构，包括：多个第一反应通道，沿第一方向线性间隔设置，第一反应通道上设有至少两个第一进口和一个第一出口；多个第二反应通道，沿第一方向线性间隔设置，第二反应通道上设有至少两个第二出口和一个第二进口，第二反应通道与第一反应通道层叠交错设置，第一反应通道的第一进口与前一第二反应通道上的第二出口连通，第一反应通道的第一出口与后一第二反应通道上的第二进口连通，第二进口与第二反应通道的主体连接处设有过渡通道，沿流体的流动方向，过渡通道的截面面积小于第二进口的截面面积。

利用第一反应通道和第二反应通道首尾相连且层叠交错设置，多种反应介质共同进入到第一反应通道混合后经第一出口流至第二进口处，进入到下一层中的过渡通道中，由于沿流体的流动方向，过渡通道的截面面积小于第二进口的截面面积，反应介质在经通道激烈碰撞后流速会瞬间加大，增强反应介质的混合程度。反应介质经过过渡通道后被分成至少两股，分别通过不同的第二出口进入到另一第一反应通道中。利用反应介质不断合流后分流，分流后再合流，且伴随着上下翻涌以及利用过渡通道实现的反应介质流速的瞬间增大，能够有效提高反应介质在微通道内的混合效果，进而提高产物的反应收率，降低原料的剩余率，进而减少反应原料的浪费，提高生产收益。

2.本发明提供的微通道结构，第一反应通道和第二反应通道均为“Ω”型通道，“Ω”型通道包括弧形主体部和设于弧形主体部端部的两个连接部，第一出口和第二进口均设于弧形主体部围合形成的空腔内，第一进口和第二出口均设于连接部处。第一出口和第二进口均设于弧形主体部围合形成的空腔内，这样反应介质在第一反应通道流至第一出口的流动方向和进入到过渡通道后的流动方向相反，上下翻滚，使得反应介质在进入过渡通道时与通道内壁发生激烈碰撞，进一步提高混合效果。

3.本发明提供的微通道结构，第一反应通道和第二反应通道在垂直于第一方向的第二方向上均设置有多列，且在第二方向上相邻两个第二反应通道连通设置。在水平方向上连接多组第二反应通道和第一反应通道，并使相邻的第二反应通道在第二方向上连通，使得流入到第二反应通道中的反应介质能够与相邻的第二反应通道中的反应介质发生混合，以平衡各通道间的内部压力，均衡各通道内部的介质流量，最大化的保证混合效果。

4.本发明提供的微通道反应组件，包括层叠设置的第一混合通道和第二混合通道，第一混合通道和第二混合通道均包括多组交替间隔设置的第一反应通道和第二反应通道，第一混合通道上的第一出口与第二混合通道上的第二进口一一对应连通，第一混合通道上的第一进口与第二混合通道上的第二出口一一对应连通，第一混合通道上同一方向上的第一反应通道与第二混合通道上对应方向上的第二反应通道朝向相反且交错设置，以使第一混合通道与第二混合通道完全连通。利用多组微通道结构间隔设置构成第一混合通道和第二混合通道，使得反应介质反复经过多个第一混合通道和第二混合通道，增加反应介质流过的路径长度，增长反应介质混合的时长，增加反应介质的混合效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施方式中提供的反应介质在微通道结构内的流动方向示意图。

图2为本发明的实施方式中提供的两列“Ω”型通道并排设置的示意图。

图3为本发明的实施方式中提供的微通道反应组件的结构示意图。

图4为本发明的实施方式中提供的隔板的结构示意图。

图5为本发明的实施方式中提供的第一反应板的结构示意图。

图6为本发明的实施方式中提供的第二反应板的结构示意图。

图7为本发明的实施方式中提供的换热板的结构示意图。

图8为本发明的实施方式中提供的边板的结构示意图。

图9为本发明的实施方式中提供的微通道反应器结构示意图。

图10为本发明的实施方式中提供的四列“Ω”型通道并排设置的示意图。

附图标记说明：1、第一反应板；2、第二反应板；3、第一反应通道；4、第二反应通道；5、第一进口；6、第一出口；7、第二进口；8、第二出口；9、反应介质入口；10、反应介质出口；11、换热板；12、边板；13、换热介质进口；14、换热介质出口；15、换热流道；16、过渡通道；17、隔板。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例提供一种微通道结构，包括：多个第一反应通道3和多个第二反应通道4。

如图1所示，多个第一反应通道3沿竖直方向间隔设置，第一反应通道3上设有两个第一进口5和一个第一出口6。第一出口6的横截面积大于第一进口5的横截面积。多个第二反应通道4沿竖直方向间隔设置，第二反应通道4上设有两个第二出口8和一个第二进口7，第二出口8的横截面积小于第二进口7的横截面积。第二反应通道4与第一反应通道3层叠交错设置，中间的第一反应通道3的第一进口5与上方的第二反应通道4上的第二出口8连通，中间的第一反应通道3的第一出口6与下方的第二反应通道4上的第二进口7连通，以将层叠设置的第一反应通道3和第二反应通道4连通。第二进口7与第二反应通道4的主体连接处设有过渡通道16，沿流体的流动方向，过渡通道16的截面面积小于第二进口7的截面面积。

第一反应通道3和第二反应通道4均为“Ω”型通道，沿流体的流动方向，“Ω”型通道为变内径通道，“Ω”型通道径向的截面面积随着通道的延伸不断变化，以使反应介质在第一反应通道3和第二反应通道4内运动时的速度不断变化以增加反应介质的碰撞几率。“Ω”型通道包括弧形主体部和设于弧形主体部端部的两个连接部，第一出口6和第二进口7均设于弧形主体部围合形成的空腔内，第一进口5和第二出口8均设于连接部处。如图2所示，第一反应通道3和第二反应通道4在水平方向上均设置有两列，在第二反应通道4的弧形主体部上设有连通通道，以将水平方向上相邻两个第二反应通道4连通。

利用第一反应通道3和第二反应通道4首尾相连且层叠设置，多种反应介质共同进入到第一反应通道3混合后经第一出口6流至第二进口7处，进入到下一层中的过渡通道16中，由于过渡通道16由第二反应通道4的主体部分朝向第二出口8方向设置，反应介质在第一反应通道3流至第一出口6的流动方向和进入到过渡通道16后的流动方向相反，使得反应介质在进入过渡通道16时与通道内壁发生激烈碰撞。同时由于沿流体的流动方向，过渡通道16的截面面积小于第二进口7的截面面积，反应介质在经通道激烈碰撞后流速会瞬间加大，增加反应介质的碰撞强度，进一步增强反应介质的混合程度。反应介质经过过渡通道16后被分成两股，分别通过不同的第二出口8进入到另一第一反应通道3中，从两个第一进口5进入到第一反应通道3内的反应介质共同流动到第一出口6处汇集成一股又进入到下一个第二反应通道4。利用反应介质不断合流后分流，分流后再合流，且伴随着上下翻涌以及利用过渡通道16实现的反应介质流向的瞬间反向和流速增大，能够有效提高反应介质在微通道内的混合效果，进而提高反应收率，减少原料的浪费，提高生产收益。

作为可替代的实施方式，如图10所示，第一反应通道3和第二反应通道4在水平方向上均设置有四列，且在水平方向上相邻两个第二反应通道4之间均设有连通通道以将四个第二反应通道4全部连通。

作为可替代的实施方式，在水平方向上相邻的两个第二反应通道4相切设置，两个第二反应通道4在相切的位置上直接连通。

实施例2

如图1至图6所示，本实施例提供一种微通道反应组件，具有实施例1中所述的微通道结构。如图3所示，包括层叠设置的第一混合通道和第二混合通道，第一混合通道和第二混合通道均包括多组交替间隔设置的第一反应通道3和第二反应通道4。本实施例中，每组第一反应通道3包括两列第一反应通道3，每组第二反应通道4包括两列第二反应通道4。第一混合通道上的第一出口6与第二混合通道上的第二进口7一一对应连通，第一混合通道上的第一进口5与第二混合通道上的第二出口8一一对应连通，第一混合通道上同一方向上的第一反应通道3与第二混合通道上对应方向上的第二反应通道4朝向相反且交错设置，以使第一混合通道与第二混合通道完全连通。

第一混合通道成型在第一反应板1上，第二混合通道成型在第二反应板2上，第一反应板1与第二反应板2层叠拼接。第一反应板1与第二反应板2之间设有隔板17。如图4所示，隔板17上垂直设有多个辅助通道，辅助通道分别与第一反应板1上的第一进口5、第一出口6、第二进口7和第二出口8对应安装，以将第一反应板1与第二反应板2上的第一混合通道和第二混合通道对应接通。如图5所示，第一反应板1上设有两个反应介质入口9，两个反应介质入口9经过分别流过一段通道后经过辅助通道与第二反应板2上右上角上的第一反应通道3上的两个第一进口5连通。如图6所示，在第二反应板2上设有一个反应介质出口10，反应介质出口10与第二反应板2上左上角上的两个第一反应通道3上的第一出口6连通。

利用多组微通道结构间隔设置构成第一混合通道和第二混合通道，使得反应介质反复经过多个第一混合通道和第二混合通道，增加反应介质流过的路径长度。在增强反应介质碰撞强度的同时增长反应介质混合的时长，增加反应介质的混合效果，提高反应收率，降低原料的剩余率，进而减少反应原料的浪费，提高生产收益。

作为可替代的实施方式，第一混合通道与第二混合通道均成型在同一单板片上。第一混合通道上设有两个反应介质入口9，反应介质入口9均与设于单片板最右侧同一组第一反应通道3连通。

实施例3

如图1至图9所示，本实施例提供一种微通道反应器，具有实施例2中所述的微通道反应组件。如图9所示，微通道反应组件两侧均层叠设有换热组件，换热组件包括换热板11以及层叠设置在换热板11两侧的边板12。如图7所示，换热板11上设有换热介质进口13和换热介质出口14，换热介质进口13与换热介质出口14之间连通有设有换热流道15。如图8所示，在边板12上设有与换热介质进口13、换热介质出口14、反应介质入口9和反应介质出口10对应的开口。通过在换热流道15内通入换热介质，以控制位于一对换热组件之间的微通道反应组件内介质的温度，使得在微通道反应组件内混合的反应介质能够在适宜的温度下参与反应。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种微通道结构，其特征在于，包括：

多个第一反应通道(3)，沿第一方向线性间隔设置，所述第一反应通道(3)上设有至少两个第一进口(5)和一个第一出口(6)；

多个第二反应通道(4)，沿第一方向线性间隔设置，所述第二反应通道(4)上设有至少两个第二出口(8)和一个第二进口(7)，所述第二反应通道(4)与所述第一反应通道(3)层叠交错设置，所述第一反应通道(3)的所述第一进口(5)与前一所述第二反应通道(4)上的所述第二出口(8)连通，所述第一反应通道(3)的所述第一出口(6)与后一所述第二反应通道(4)上的所述第二进口(7)连通，所述第二进口(7)与所述第二反应通道(4)的主体连接处设有过渡通道(16)，沿流体的流动方向，所述过渡通道(16)的截面面积小于所述第二进口(7)的截面面积。

2.根据权利要求1所述的微通道结构，其特征在于，所述第一反应通道(3)和所述第二反应通道(4)均为“Ω”型通道，所述“Ω”型通道包括弧形主体部和设于所述弧形主体部端部的两个连接部，所述第一出口(6)和第二进口(7)均设于所述弧形主体部围合形成的空腔内，所述第一进口(5)和第二出口(8)均设于所述连接部处。

3.根据权利要求2所述的微通道结构，其特征在于，所述第一反应通道(3)和所述第二反应通道(4)在垂直于第一方向的第二方向上均设置有多列，且在第二方向上相邻两个所述第二反应通道(4)连通设置。

4.根据权利要求3所述的微通道结构，其特征在于，在所述弧形主体部上设有连通相邻两个所述第二反应通道(4)的连通通道。

5.一种微通道反应组件，其特征在于，具有权利要求1至4任一项所述的微通道结构。

6.根据权利要求5所述的微通道反应组件，其特征在于，包括层叠设置的第一混合通道和第二混合通道，所述第一混合通道和所述第二混合通道均包括多组交替间隔设置的所述第一反应通道(3)和所述第二反应通道(4)，所述第一混合通道上的所述第一出口(6)与所述第二混合通道上的所述第二进口(7)一一对应连通，所述第一混合通道上的所述第一进口(5)与所述第二混合通道上的所述第二出口(8)一一对应连通，所述第一混合通道上同一方向上的所述第一反应通道(3)与所述第二混合通道上对应方向上的所述第二反应通道(4)朝向相反且交错设置，以使所述第一混合通道与所述第二混合通道完全连通。

7.根据权利要求6所述的微通道反应组件，其特征在于，第一混合通道上设有至少两个反应介质入口(9)，至少两个所述反应介质入口(9)均与同一组所述第一反应通道(3)连通。

8.根据权利要求6或7所述的微通道反应组件，其特征在于，所述第一混合通道与所述第二混合通道均成型在同一单板片上。

9.根据权利要求6或7所述的微通道反应组件，其特征在于，所述第一混合通道成型在第一反应板(1)上，所述第二混合通道成型在第二反应板(2)上，所述第一反应板(1)与所述第二反应板(2)层叠拼接。

10.一种微通道反应器，其特征在于，具有权利要求5至9任一项所述的微通道反应组件。

Images