CN113457591B - 一种微通道反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微反应器技术领域，公开了一种微通道反应器，包括反应通道和入料管道，反应通道上布置有流体出口，入料管道包括第一管道和第二管道，第二管道包括主管道和两个子管道，两个子管道布置在第一管道的轴向两侧，反应通道上具有与第一管道、各个子管道同时连接的汇流口，汇流口的口径小于第一管道、各个子管道的管径之和。第二管道的流体对第一管道的流体进行冲击、挤压而产生紊流，加速混合，同时汇流口的口径小，流体被进一步压缩，也加快了流体的流速，使流体在反应通道的入口处即快速混合，此外子管道中的流体从两侧挤压第一通道的流体，尤其是在反应通道内壁上形成流体层，避免第一管道内的流体与反应通道直接接触而在汇流口堵塞。
Description
技术领域
本发明涉及微反应器技术领域，特别是涉及一种微通道反应器。
背景技术
基于微小通道的连续式反应器由于具有过程可控、操作简单、安全性高等优点，在精细化学品和医药材料合成领域得到了广泛应用。在简单的直微通道中，流体处于严格的层流状态，混合往往比较弱的。为了增强通道内流体的混合，大多数微通道反应器通常在通道内设置一些混合结构，如管道弯折、变形，或内置静态混合构件、挡板等。这些混合结构在流体经过时能切割流体或产生局部涡流，达到增强流体混合的效果。
但是布置混合结构后，这些混合结构增大了混合系统的压力降，而大的压力降不利于通过增加管道的长度来放大反应器体积，并且复杂的管道结构或填充物进一步增加了管道被固体堵塞的风险，特别是对于一些管道直径比较小的反应器，如微反应器，流体在管道入口处很容易与管道内壁直接接触粘滞而出现堵塞问题。
发明内容
本发明的目的是：提供一种微通道反应器，以解决现有技术中的微反应器在管道内布置混合结构后，混合系统压降增大、堵塞风险增加的问题
为了实现上述目的，本发明提供了一种微通道反应器，包括反应通道和与所述反应通道连接的入料管道，所述反应通道上布置有流体出口，所述入料管道包括第一管道和第二管道，所述第一管道上布置有第一流体入口，所述第二管道包括主管道和与所述主管道连接的两个子管道，两个所述子管道布置在所述第一管道的轴向两侧，所述主管道上布置有第二流体入口，所述反应通道上具有与所述第一管道、各个所述子管道同时连接的汇流口，所述汇流口的口径小于所述第一管道、各个所述子管道的管径之和。
优选地，两个所述子管道对称布置在所述第一管道的轴向两侧。
优选地，两个所述子管道与所述反应通道之间的夹角和小于等于180度。
优选地，所述主管道与所述第一管道同轴布置。
优选地，所述反应通道包括顺次连接的若干个反应段，相邻两个反应段中靠近所述入料管道的反应段的直径小于远离所述入料管道的反应段的直径。
优选地，所述流体出口于所述反应通道上布置有多个，相邻两个反应段之间布置有所述流体出口。
优选地，所述反应通道与所述入料管道的等效水力学直径为0.01－100mm。
优选地，所述反应通道上布置有混合结构，所述混合结构包括弯折管、变形管、障碍挡板中的至少一种。
优选地，所述入料管道包括若干个所述第二管道，各个所述第二管道并行布置。
本发明实施例一种微通道反应器与现有技术相比，其有益效果在于：入料管道的第一管道和第二管道，需要混合的流体分别由第一管道和第二管道进入反应通道，经第二流体入口进入的流体先经过主管道分流进入两个子管道后再与第一流体入口进入的流体汇合，第二管道的流体对第一管道的流体进行冲击、挤压而产生紊流，加速混合，同时汇流口的口径小于第一管道、子管道的管径之和，第一管道、第二管道的流体进入汇流口后被进一步压缩，使流体之间的距离减小，尤其是减小了第一管道的流体的厚度，也加快了流体的流速，使流体在反应通道的入口处即快速混合，提高流体的混合效果；同时由于汇流口的口径小，流体的流速增大，此外，第二管道的两个子管道中的流体从两侧挤压第一管道内的流体，尤其是子通道的流体在反应通道内壁上形成流体层，将反应通道与第一管道内的流体隔开，避免第一管道内的流体与反应通道的内壁直接接触而在汇流口处堵塞，减小了反应通道的堵塞风险。
附图说明
图1是本发明的微通道反应器的结构示意图。
图中，1、反应通道；11、反应段；12、汇流口；13、流体出口；2、第一管道；21、第一流体入口；3、第二管道；31、主管道；32、子管道；33、第二流体入口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的一种微通道反应器的优选实施例，如图1所示，该微通道反应器包括反应通道1和入料管道，反应通道1与入料管道连接，入料管道用于供待混合的流体进入，流体在反应通道1内混合。
入料管道包括第一管道2和第二管道3，第一管道2上远离反应通道1的一端布置有第一流体入口21，第二管道3上布置有第二流体入口33，第一管道2布置在中心位置，第二管道3与第一管道2并行布置，第一管道2和第二管道3分别供不同的液体流入，以实现不同的液体混合。
第二管道3包括主管道31和子管道32，主管道31和子管道32相互连接，子管道32共有两个，两个子管道32位于第一管道2的两侧。主管道31远离反应通道1的一端布置有第二流体入口33，流体经过第二流体入口33进入主管道31，再分流进入两个子管道32后与第一管道2汇流进入反应通道1。
经过第一流体入口21、第二流体入口33进入的流体汇合时，两个子管道32内的流体对第一管道2内的流体进行冲击、挤压而产生紊流，加速混合，提升混合的效率和效果。
优选地，两个子管道32对称布置再第一管道2的轴向两侧，即两个子管道32的中轴线为第一管道2，主管道31的流体能够均匀分布在两个子管道32内，形成两股相同流量的流体，子管道32内的流体以汇聚的形式与反应通道1连通后，对第一管道2内的流体的挤压效果最佳、混合效果最好。
优选地，主管道31与第一管道2同轴布置，两个子管道32与反应通道1的夹角和小于等于180度。主管道31与第一管道2同轴，使第一流体入口21、第二流体入口33以及反应通道1处于同一直线上，保证两个子管道32内的流体的流量相同；而两个子管道32与反应通道1的夹角和小于等于180度，则可以保证子管道32内的流体与第一管道2的流体的方向不会相反。
反应通道1上布置有与第一管道2、第二管道3的各个子管道32同时连接的汇流口12，第一管道2和第二管道3的不同流体在汇流口12汇合，并在反应通道1内混合。汇流口12的口径小于第一管道2、第二管道3的各个子管道32的管径之和，反应通道1的入口处的快速混合对许多快速反应非常重要，会影响反应的选择性和产品质量，由于汇流口12的口径减小，流体进入汇流口12后被进一步压缩，使流体之间的距离减小，尤其是减小了第一管道2的流体的厚度，也加快了流体的流速，能够使流体在反应通道1的入口处即快速混合，提升混合效果。
在其他实施例中，第二管道3的数量可以有多个，根据待混合的流体的种类进行确定，各个第二管道3并行布置，每个第二管道3均包含有一个主管道31和两个子管道32，多个第二管道3的子管道32同时与第一管道2汇流，实现多种流体的汇流。
优选地，反应通道1若干个顺次连接的反应段11，即多个反应段11之间串联，反应通道1的直径为渐变结构，各个反应段11的直径梯次变化，相邻两个反应段11中靠近入料管道的反应段11的直径小于远离入料管道的反应段11的直径，即与汇流口12相连的第一个反应段11的截面面积最小。
混合反应过程中，在反应的不同阶段对混合速度的要求是不同的，对于一些快速反应，反应的初始阶段要求原料能快速完全混合，否则会影响反应的选择性和产品质量，而随着反应的进行，反应物浓度下降导致反应速度逐渐下降，对混合速度的要求也逐渐降低。
通常来说，通道尺寸越小，流体间平均距离越小，混合越快。反应段11的直径梯次变化，可以保证反应通道1越靠近汇流口12处的反应段11的混合速度最快，流体在初接触后反应能快速进行，而随着反应的进行，流体进入后续的反应段11后，对混合速度的要求也逐渐减弱，此时增大反应通道1的截面积不会影响反应效果，还可以大大减小流体经过整个通道的压降，保证混合效果。
优选地，反应通道1与入料管道的等效水力学直径为0.01－100mm，反应通道1上布置有混合结构，混合结构包括弯折管、变形管、障碍挡板中的至少一种，混合结构也可以为多种结构的组合，混合结构可以增强流体的混合。
反应通道1上布置有流体出口13，混合后的流体经过流体出口13流出。优选地，流体出口13在反应通道1上布置有多个，流体出口13沿流体的流向间隔布置，流体出口13可以位于反应通道1的末端、两个反应段11之间或者是某一个反应段11的中间；优选地，相邻两个反应段11之间布置有流体出口13，使流体可以从不同的流体出口13流出，控制混合反应时间。
多个流体出口13的布置可以增加该微通道反应器的操作弹性，例如单独导通一个流体出口13、同时堵住其他流体出口13时，在不改变进料速度的情况下，使用不同的流体出口13对应不同的停留时间。另外，部分流体出口13还可以作为流体入口使用，用来引入另一股反应原料，触发新的反应，或者是引入稀释原料，用来中止反应。
综上，本发明实施例提供一种微通道反应器，其入料管道的第一管道和第二管道，需要混合的流体分别由第一管道和第二管道进入反应通道，经第二流体入口进入的流体先经过主管道分流进入两个子管道后再与第一流体入口进入的流体汇合，第二管道的流体对第一管道的流体进行冲击、挤压而产生紊流，加速混合，同时汇流口的口径小于第一管道、子管道的管径之和，第一管道、第二管道的流体进入汇流口后被进一步压缩，使流体之间的距离减小，尤其是减小了第一管道的流体的厚度，也加快了流体的流速，使流体在反应通道的入口处即快速混合，提高流体的混合效果；同时由于汇流口的口径小，流体的流速增大，此外，第二管道的两个子管道中的流体从两侧挤压第一管道内的流体，尤其是子通道的流体在反应通道内壁上形成流体层，将反应通道与第一管道内的流体隔开，避免第一管道内的流体与反应通道的内壁直接接触而在汇流口处堵塞，减小了反应通道的堵塞风险。
以上所述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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种微通道反应器，其特征在于，包括反应通道和与所述反应通道连接的入料管道，所述反应通道上布置有流体出口，所述入料管道包括第一管道和第二管道，所述第一管道上布置有第一流体入口，所述第二管道包括主管道和与所述主管道连接的两个子管道，两个所述子管道布置在所述第一管道的轴向两侧，所述主管道上布置有第二流体入口，所述反应通道上具有与所述第一管道、各个所述子管道同时连接的汇流口，所述汇流口的口径小于所述第一管道、各个所述子管道的管径之和，
所述反应通道包括顺次连接的若干个反应段，相邻两个反应段中靠近所述入料管道的反应段的直径小于远离所述入料管道的反应段的直径。
2.根据权利要求1所述的微通道反应器，其特征在于，两个所述子管道对称布置在所述第一管道的轴向两侧。
3.根据权利要求2所述的微通道反应器，其特征在于，两个所述子管道与所述反应通道之间的夹角和小于等于180度。
4.根据权利要求1所述的微通道反应器，其特征在于，所述主管道与所述第一管道同轴布置。
5.根据权利要求1－4任一项所述的微通道反应器，其特征在于，所述流体出口于所述反应通道上布置有多个，相邻两个反应段之间布置有所述流体出口。
6.根据权利要求1－4任一项所述的微通道反应器，其特征在于，所述反应通道与所述入料管道的等效水力学直径为0.01－100mm。
7.根据权利要求1－4任一项所述的微通道反应器，其特征在于，所述反应通道上布置有混合结构，所述混合结构包括弯折管、变形管、障碍挡板中的至少一种。
8.根据权利要求1－4任一项所述的微通道反应器，其特征在于，所述入料管道包括若干个所述第二管道，各个所述第二管道并行布置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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Effective date of registration: 20231007 Address after: Room 6B04-2, Ultrasonic Technology Building, No. 9, Keji East Road, High tech Zone, Shantou City, Guangdong Province, 515000 Applicant after: Moge Microflow Technology (Shantou) Co.,Ltd. Address before: 515000 Xueyuan Road, Fujiang street, Jinping District, Shantou City, Guangdong Province Applicant before: Guangdong Laboratory of chemistry and fine chemicals |
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| GR01 | Patent grant | ||
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