CN113893796B - 一种链式微反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及反应设备技术领域，尤其是涉及一种链式微反应器，包括反应板，所述反应板上开设有出料道、混合室、若干进料道以及若干反应单元，所述混合室上开设有混合进口，所述进料道的输出端均与混合进口连通，所述混合室内安装有混合挡板；所述反应单元包括第一反应室、第一流道、第二流道以及第二反应室，通过进料道的交叉布置、在第一流道布置第一挡块以及第二流道内布置第二挡块，以此来实现流体的分流与汇流，第一挡板和第二挡板相对布置能够改变流向来实现流速的加快，提高微反应器的混合效果。

Description

一种链式微反应器
技术领域
本发明涉及反应设备技术领域，尤其是涉及一种链式微反应器。
背景技术
微化工技术的核心是使用微系统来代替现有的技术手段，而微系统的构建是以微反应器为核心。微通道反应器是一种微型化的连续流动的管道式反应器，由很多微结构串联/微管并联而成，其微管内部直径一般在10～1000微米。微反应器中可以包含有成百万乃至上千万的微型通道，因此也可以实现很高的产量。微结构是微通道反应器的核心，微结构将流体切割成微小的相互接触的薄层，层流流动特性以扩散为主。可以根据微结构的不同种类设计出不同形式的微通道反应器，有简单地将两种反应物混合生成一种产物的管式结构，也有由微传感器、微换热器、微混合器、微反应器、微流动装置等组成的集成系统。微反应器具备有大的比表面积、微小的反应体积和微通道内流体独特的流动传质等特性，这使其拥有常规反应器所不可比拟的优良传热、传质和混合性能。
微化工技术的发展，其主要推动力是可实现反应时间的缩短、危险性的减少和成本的降低。微化工技术通过过程强化克服传热、传质的局限，与传统的反应器相比，微反应器对于反应条件的控制可以做到更加精确，对于产品质量的控制可以做到更加完善。微反应器不仅可以用于在实验室的设计开发，而且可以用于企业上的大规模生产，可以通过设置多组重复的混合单元以提高目标产物的产率。
授权号为CN206474136U的中国专利公开了一种微通道反应器，其反应通道包括多个依次连接的类似菱形的双向通道，该内部压降较大，且易存在流动死角。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中内部压降较大，且易存在流动死角的问题，提供一种链式微反应器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种链式微反应器，包括反应板，所述反应板上开设有出料道、混合室、若干进料道以及若干反应单元，所述混合室上开设有混合进口，所述进料道的输出端均与混合进口连通，所述混合室内安装有混合挡板；
所述反应单元包括第一反应室、第一流道、第二流道以及第二反应室，所述第一反应室和第一流道的输入端连通，所述第二反应室和第二流道的输出端连通，所述第一流道的输出端和第二流道的输入端连通，所述第一流道由输入端往输出端逐渐向内收缩，所述第二流道由输入端往输出端逐渐向外扩张，所述第一流道的输入端内安装有第一挡板，所述第二流道的输出端内安装有第二挡板；
位于首个的反应单元的第一反应室和混合室连通；
上下相邻两个反应单元之间其中一个的第二反应室和其中另一个的第一反应室连通；
位于最后一个反应单元的第二反应室和出料道的输入端连通，通过进料道的交叉布置、在第一流道布置第一挡块以及第二流道内布置第二挡块，以此来实现流体的分流与汇流，第一挡板和第二挡板相对布置能够改变流向来实现流速的加快，提高微反应器的混合效果。
为了解决第一反应室和第二反应室之间流体流动效果单一问题，进一步包括所述反应板上还开设有若干导流孔，所述导流孔一端连通上下相邻两个反应单元之间其中一个的第二反应室，另一端连通上下相邻两个反应单元之间其中另一个的第一反应室，导流孔横截面小于第一反应室横截面，导流孔横截面小于第二反应室横截面，使得流体流动时能够实现收缩再扩张，从而改变流速，提高混合效果。
为了解决微流反应器生产安装困难的问题，进一步包括所述反应板包括第一基板、第二基板以及第三基板，所述第一基板、第二基板以及第三基板上开设有若干空腔，所述第一基板的空腔、第二基板的空腔以及第三基板的空腔构成导流孔、出料道、混合室、进料道以及反应单元，将反应单元的的反应空间分别开设在不同基本上利于其生产加工。
为了解决微流反应器占用空间大的问题，进一步包括所述反应单元呈蛇形弯曲分布在反应板上，反应通道呈S型，减少占用空间，增加反应通道长度，保证流出反应通道的物料已经充分混合。
为了解决流体在反应单元内流动单一的问题，进一步包括所述第一挡板和第二挡板呈三角形，且第一挡板和第二挡板相对布置，能够增加流体的撞击，强化传质。
为了解决流体流动不通畅的问题，进一步包括第一挡板的侧边和其所在侧的第一流道的内壁面平行，第二挡板的侧边与其所在侧的第二流道的内壁面平行，为了保证两侧流道的畅通，降低压降，并且反应器设计中混合单元中缩放流道，已起到加速作用。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种链式微反应器，通过进料道的交叉布置、在第一流道布置第一挡块以及第二流道内布置第二挡块，以此来实现流体的分流与汇流，第一挡板和第二挡板相对布置能够改变流向来实现流速的加快，提高微反应器的混合效果。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的正视结构示意图；
图2是本发明的爆炸结构示意图；
图3是本发明第一基板的正视结构示意图；
图4是本发明第二基板的正视结构示意图；
图5是本发明第三基板的正视结构示意图；
图6是本发明部分反应单元的结构示意图；
图7是本发明在CFD数值模拟中得到的速度矢量图；
图8是本发明在CFD数值模拟中得到的速度矢量图的局部放大图。
图中：1、反应板，11、第一基板，12、第二基板，13、第三基板，2、出料道，3、混合室，31、混合进口，32、混合挡板，4、进料道，5、反应单元，51、第一反应室，52、第一流道，521、第一挡板，53、第二流道，531、第二挡板，54、第二反应室，6、导流孔。
具体实施方式
现在结合附图对本发明做进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1、图2所示，一种链式微反应器，包括反应板1，所述反应板1上开设有出料道2、混合室3、若干进料道4以及若干反应单元5，所述混合室3上开设有混合进口31，所述进料道4的输出端均与混合进口31连通，所述混合室3内安装有混合挡板32，进料道4之间呈V型交叉混合方式，使流体刚进入反应通道内就能够相互冲入混合，提高反应混合效果；
所述反应单元5包括第一反应室51、第一流道52、第二流道53以及第二反应室54，所述第一反应室51和第一流道52的输入端连通，所述第二反应室54和第二流道53的输出端连通，所述第一流道52的输出端和第二流道53的输入端连通，所述第一流道52由输入端往输出端逐渐向内收缩，所述第二流道53由输入端往输出端逐渐向外扩张，所述第一流道52的输入端内安装有第一挡板521，所述第二流道53的输出端内安装有第二挡板531；
如图1、图6所示，位于首个的反应单元5的第一反应室51和混合室3连通；
上下相邻两个反应单元5之间其中一个的第二反应室54和其中另一个的第一反应室51连通；
位于最后一个反应单元5的第二反应室54和出料道2的输入端连通，通过进料道的交叉布置、在第一流道布置第一挡块以及第二流道内布置第二挡块，导流孔横截面小于第一反应室横截面，导流孔横截面小于第二反应室横截面，使得流体流动时能够实现收缩再扩张，从而改变流速，提高混合效果。
所述反应板1上还开设有若干导流孔6，所述导流孔6一端连通上下相邻两个反应单元5之间其中一个的第二反应室54，另一端连通上下相邻两个反应单元5之间其中另一个的第一反应室51，以此来实现流体的分流与汇流，第一挡板和第二挡板相对布置能够改变流向来实现流速的加快，提高微反应器的混合效果。
如图2、图3、图4、图5所示，所述反应板1包括第一基板11、第二基板12以及第三基板13，所述第一基板11、第二基板12以及第三基板13上开设有若干空腔，所述第一基板11的空腔、第二基板12的空腔以及第三基板13的空腔构成导流孔6、出料道2、混合室3、进料道4以及反应单元5，将反应单元的的反应空间分别开设在不同基本上利于其生产加工，基板为具有一定硬度的材料制成，如亚克力、玻璃、各种合金、碳化硅等，构成反应单元的空腔通过刻蚀、铸造、3D打印等方式在基板1上加工出来，为了确保不发生流体的窜液、泄露等问题，基板上的反应通道通过铸造、融合、焊接、螺纹等密封形式进行密封，三块反应基板，通过周边的螺栓连接形成密闭的整体，板与板之间采用密封圈密闭形式。
如图1所示，所述反应单元5呈蛇形弯曲分布在反应板1上，反应通道呈S型，减少占用空间，增加反应通道长度，保证流出反应通道的物料已经充分混合。
如图6所示，所述第一挡板521和第二挡板531呈三角形，且第一挡板521和第二挡板531相对布置，反应单元内2的第一挡板521的顶角和第二挡板531的顶角均朝向第一流道52和第二流道53的连接处或者反应单元内2的第一挡板521的底边和第二挡板531的底边均朝向第一流道52和第二流道53的连接处，能够增加流体的撞击，强化传质。
如图6所示，所述第一挡板521的侧边和其所在侧的第一流道52的内壁面平行，第二挡板531的侧边与其所在侧的第二流道53的内壁面平行，为了保证两侧流道的畅通，降低压降，并且反应器设计中混合单元中缩放流道，已起到加速作用。
所述第一流道52由输入端往输出端逐渐向内收缩，所述第二流道53由输入端往输出端逐渐向外扩张，通过减少流通的宽度，驱使流体向中间流动，从而强化两相流体不仅可以达到横向上对流的目的，而且可以在纵向上对流的目的，即缩短流道的目的主要是为了提速以强化传质，至于反应器中设计小头连接大头的方式，是由于在整个流动过程中，两个头的大小不一样，流体在流动的过程存在一个速度差。流动过程就形成“加速-减速-加速-减速”这一循环过程，以大接小为了增加速度，以小接大为了释放压力，这样就使得所设计的微反应器达到传质效果好、压降不高的目的。
实施例1：
该反应器存在两个进料道4、一个出料道2以及若干依次串联的反应单元5，两种流体分别从两个进料道4进入并在混合室3，然后进入反应单元5内，最后从出料到2流出。
通过构造的混合区域不存在死区域，如图7、8所示，通过CFD软件计算得到的速度矢量图，通道内没有流动死区，且传质效果好，传质随流速的增加提升效果明显。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种链式微反应器，其特征是，包括反应板(1)，所述反应板(1)上开设有出料道(2)、混合室(3)、若干进料道(4)以及若干反应单元(5)，所述混合室(3)上开设有混合进口(31)，所述进料道(4)的输出端均与混合进口(31)连通，所述混合室(3)内安装有混合挡板(32)；
所述反应单元(5)包括第一反应室(51)、第一流道(52)、第二流道(53)以及第二反应室(54)，所述第一反应室(51)和第一流道(52)的输入端连通，所述第二反应室(54)和第二流道(53)的输出端连通，所述第一流道(52)的输出端和第二流道(53)的输入端连通，所述第一流道(52)由输入端往输出端逐渐向内收缩，所述第二流道(53)由输入端往输出端逐渐向外扩张，所述第一流道(52)的输入端内安装有第一挡板(521)，所述第二流道(53)的输出端内安装有第二挡板(531)；
位于首个的反应单元(5)的第一反应室(51)和混合室(3)连通；
上下相邻两个反应单元(5)之间的其中一个的第二反应室(54)和其中另一个的第一反应室(51)连通；
位于最后一个反应单元(5)的第二反应室(54)和出料道(2)的输入端连通；
所述第一挡板(521)和第二挡板(531)呈三角形；
所述第一挡板(521)和第二挡板(531)相对布置；
所述第一挡板(521)的侧边和其所在侧的第一流道(52)的内壁面平行，第二挡板(531)的侧边与其所在侧的第二流道(53)的内壁面平行。
2.如权利要求1所述的一种链式微反应器，其特征在于：所述反应板(1)上还开设有若干导流孔(6)，所述导流孔(6)一端连通上下相邻两个反应单元(5)之间其中一个的第二反应室(54)，另一端连通上下相邻两个反应单元(5)之间其中另一个的第一反应室(51)。
3.如权利要求1所述的一种链式微反应器，其特征在于：所述反应板(1)包括第一基板(11)、第二基板(12)以及第三基板(13)，所述第一基板(11)、第二基板(12)以及第三基板(13)上开设有若干空腔，所述第一基板(11)的空腔、第二基板(12)的空腔以及第三基板(13)的空腔构成导流孔(6)、出料道(2)、混合室(3)、进料道(4)以及反应单元(5)。
4.如权利要求1所述的一种链式微反应器，其特征在于：所述反应单元(5)呈蛇形弯曲分布在反应板(1)上。
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