CN114570305A - 可分解式扁块混合芯子 - Google Patents

Abstract

本发明公开了可分解式扁块混合芯子，属于半拆卸式微通道反应器的核心部件，具体涉及可分解式混合芯子领域，包括外盖板、涡流盘片、挡块一、可选挡块二和定位销以及配套的矩形外扁管部分，通过外盖板、涡流盘片以及挡块一、可选挡块二进行灵活而有机类似积木式的组合，有利于工作人员快速获得目标设计的微通道扁块混合芯子单元，通过宽窄相间串联的变径通道和受阻挡块的配合可以实现矩形外扁管中形成涡流完成高效混合和换热，积木式组合使得微通道扁块混合芯子可以快速组装也可以快速拆卸、重组和更换，从而使无需通过微通道表面进行加工的常规手段而获得类似或者更优效果，同时解决现有微反应器设计中不可拆卸、易堵塞或者拆装工序长不方便以及不方便更换调换混合单元的问题。本发明可让工艺优化或者生产过程中的微反应器清洗维护方便，并能够轻松更换内部混合单元芯子。

Description

可分解式扁块混合芯子

技术领域

本发明涉及可分解式混合芯子技术领域，更具体地说，本发明涉及可分解式扁块混合芯子。

背景技术

随着微反应器技术在我国医药精细化工领域的推广和生产过程中实际维护的需求，可拆卸微反应器成为主流。但是目前市场上大部分可拆卸式微反应器拆卸工序多再组装耗时不方便，同时微反应器中混合单元结构单一，很难根据实际情况对内部混合单元进行调整和更换，现有微反应器的工艺适应性很难满足个性化设计要求，导致实际生产或工艺开发过程中灵活性不足适应面不广，因此在医药精细化工实际工艺开发和生产过程中大力推广微反应器技术时，满足维护需求的可拆卸微反应器的便捷性问题就凸显出来。

现有技术中的微反应器是将两种或以上的流体通过不断交互混合发生物质交换如乳化或者发生相应的化学反应，微反应器的混合效果和微通道的尺寸有对应关系，一般微通道尺寸越小混合效果越好；但是这和实际生产应用又产生了矛盾，由于微通道尺寸小导致压降偏高从而影响微反应器的通量，容易引发微反应器的堵塞问题，尤其是对于不可拆的板式微反应器，一旦堵塞而没有合适的技术手段进行清洗或者疏通的话，反应器就没法继续使用；虽然有些微反应器也属于可拆卸式的，但是拆卸工序比较多不是十分方便，而且重新组装也比较耗时影响实际使用效果。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供可分解式扁块混合芯子，本发明所要解决的技术问题是：现有的微反应器不可拆卸、易堵塞或者拆装工序长不方便以及不方便更换调换混合单元。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：可分解式扁块混合芯子，包括外盖板、涡流盘片、挡块一、挡块二和定位销部分。

在一个优选的实施方式中，通过定位销可以将外盖板、涡流盘片以及挡块一、挡块二组合为兼具变径和受阻涡流功能的微通道，所述变径的具体表现为宽窄相间串联的方式。所述外盖板分为上外盖板和下外盖板，所述涡流盘片通过定位销放置固定于上、下外盖板之间。

在一个优选的实施方式中，所述外盖板和涡流盘片上均设有和挡块或者定位销匹配的挡块孔或定位孔。挡块一和挡块二除了实现流体障碍的同时也兼顾定位功能，并设置在变径流道的宽通道内部并靠近窄通道出入口的位置。所述挡块一为必选的，挡块二是可选的。为了组合成成套扁块混合芯子，所述外盖板和涡流盘片上挡块孔或定位孔的位置和尺寸需保持一致，而且与相应的挡块和定位销匹配。

在一个优选的实施方式中，整体外形尺寸为矩形长方体，可以和矩形外扁管组合使用制成微混合器、微反应器或者微换热器以及不同的集成组合。

在一个优选的实施方式中，微通道的形状主要取决于涡流盘片的设计，其中变径宽窄通道的宽度比为3：1～30：1。可以根据需要在外盖板之间增加涡流盘片的数量以保证微通道的总深度。微通道最窄处的宽度与微通道最小深度比为1：5～10：1。

在一个优选的实施方式中，所述宽通道的形状为对称流线型，包括苹果形、梨形、圆形、心形、喇叭-反喇叭形、橄榄球形、不对称的反葫芦形等；所述挡块一的横切面为连续线条状或者间断线段，包括弧线形、反弧形形、波纹形、扇形或不完整圆形和间断弧形线段等，所述挡块二为圆柱状、椭圆柱状、心型状、弓弦形、扇形和对称多边形状等。

在一个优选的实施方式中，不同尺寸和数量的涡流盘片可以与不同形状的挡块一或者挡块二进行积木式的自由组合形为不同规格的扁块混合芯子。所述扁块混合芯子可以方便从矩形外扁管中拆卸出来进行更换。

在一个优选的实施方式中，组成该混合芯子的部件所用的材质包括不锈钢、哈氏合金、蒙乃尔合金、其他金属或合金、石英、玻璃、碳化硅、其他陶瓷、PMMA有机玻璃、PP聚合物、聚四氟乙烯、其他聚合物等材质中的一种或者几种。

在一个优选的实施方式中，所述混合芯子的使用范围从实验室、小试、中试到生产级别，适配矩形外扁管的所述扁块芯子矩形宽度w为1～300mm，高度h为1～30mm，扁管长度l为3～3000mm。

在一个优选的实施方式中，所述可分解式扁块混合芯子的使用方法，可以配合矩形外扁管进行正常使用、拆卸、清洗维护、更换部件再组装，实现半拆卸式微通道反应器的功能。具体参见下文中实施例。

本发明的技术效果和优点：

本发明提供的一种可分解式扁块混合芯子，属于半拆卸式微通道反应器的核心部件，是目前市场上少见的分解式和一体式完美组合的设计。根据需要可以在一般堵塞情况下作为一体式应用，也可以在结垢或堵塞严重情况下作为分解式使用，解决的是快速拆装方便更换的问题。通过本发明，可让工艺优化或者生产过程中的微反应器清洗维护方便，并能够轻松更换内部混合芯子，而且混合芯子也方便灵活组成成不同规格。

本发明提供的一种可分解式扁块混合芯子，内部结构设计巧妙，而且方便加工，尤其是满足从实验室到生产不同通量级别需求的混合芯子的批量制造。同时该分解式混合芯子涉及多种可变技术规格，包括对称结构和不对称结构，也可以方便调整比如涡流盘片、不同挡块和外盖板等，可以方便地调整实际工艺和生产过程中的不同要求。其中挡块一和可选挡块二除了正常作为流体挡块增加涡流增强混合换热效果的作用外，也实际上起到了混合芯子中间部位定位固定加强密封的作用。主要解决现有的微反应器结垢后不易清洗、拆装工序耗时以及混合单元设计单子不能快速灵活组装的问题。

本发明提供的一种可分解式扁块混合芯子的部件非常方便加工，而且满足从实验室到生产级别元件的批量生产，同时也能根据需求有不同规格的设计，包括外盖板厚度、涡流盘片厚度和组合通道形状、挡块的形状以及不同混合芯子的组合等。

本发明提供的一种可分解式扁块混合芯子，采用一体化和分解式并行的设计模式，同时可以是对称结构也可以是非对称结构，在批量生产的同时又能满足个性化和定制化。不同规格的混合芯子可以组合使用，而且单一标准芯子方便测试获取经验数据，操作者可以方便根据需要更换不同的规格配比。因此本发明提供的一种可分解式扁块混合芯子具有较高的灵活性，在日常的使用中，操作者可以方便根据需要更换不同的规格配比。

附图说明

为了清晰的说明本发明，下面将对技术描述中所需要使用的附图做一下简单的介绍。

图1为本发明可分解式扁块混合芯子各主要部件组合后显示流体通道刨面的示意图。

图2为本发明可分解式扁块混合芯子正常使用时其中流体通道示意图，其中箭头所指方向即设计流体流动方向。

图3为本发明可分解式扁块混合芯子各主要部件组合后显示流体通道刨面的技术参数规格示意图。

图4为本发明可分解式扁块混合芯子涡流盘片(包含定位销孔)示意图。

图5为本发明可分解式扁块混合芯子的外盖板(包含定位销孔)示意图。

图6为本发明可分解式扁块混合芯子必选挡块一的示意图。

图7为本发明可分解式扁块混合芯子可选挡块二的示意图。

图8为本发明可分解式扁块混合芯子不同形状和不同尺寸定位销的示意图。

如图9所示，一种可分解式扁块混合芯子的径向切面图，其中外盖板以及涡流盘片的厚度与定位销或者挡块的高度等技术参数规格如图所示。

图10为本发明可分解式扁块混合芯子和配套矩形外套管的组合，包含不同尺寸或形状的涡流盘片、挡块一和挡块二等。

附图标记：

1—涡流盘片(一) 2—涡流盘片(二) 3—定位销 4—挡块二

5—挡块一 6—(流体)进口 7—(流体)出口

8—外盖板 9—挡块二开孔 10—挡块一开孔

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

本发明提供的一种可分解式扁块混合芯子，在日常操作与使用主要可以分为四种状态：正常使用、拆卸、清洗维护、再组装(包括更换混合芯子元件)。下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种可分解式扁块混合芯子各主要部件组合后显示流体通道刨面和外盖板的示意图，从右到左根据流体方向进口(6)在长方体的一端，用于流体输入，为了变径设计可以由两片涡流盘片(一和二，1和2)组合拼出入口处各种不同形状(一般为对称结构)；随后流体通过挡块一(5)碰撞反弹到涡流盘片组成的通道壁，并沿该通道壁途径可选挡块二(4)形成进一步紊流完成单个混合单元的流程。最终通过后续的重复混合单元从出口(7)流出体系。所述涡流盘片需要用上下两片外盖板通过定位销和挡块进行固定，组合出所需要的流体通道；其中外盖板由盖板主体(8)和若干定位销孔(9)、挡块一孔(10)和挡块二孔(9)组成。

如图2所示，为本发明可分解式扁块混合芯子正常使用时其中流体通道示意图，以两片涡流盘片组合成苹果形的重复基本混合单元为例(其中挡块一刨面为圆弧状，可选挡块二为圆柱状)其中涡流盘片通过重复单元实现该挡块式混合芯子的重复混合单元。

如图3所示，本发明可分解式扁块混合芯子各主要部件组合后显示流体通道刨面的技术参数规格示意图。以两片涡流盘片组合成苹果形的重复基本混合单元(其中挡块一刨面为圆弧状，可选挡块二为圆柱状)为例，其中a为涡流盘片组成的重复基本混合单元流体通道最宽的宽度，b为该通道最窄的宽度，e为该基本重复单元的长度，c为挡块一在平面刨面图中的最大尺寸，d为挡块二在平面刨面图中的最大尺寸，f为定位销(孔)在平面刨面图中的最大尺寸，l为可分解式扁块混合芯子的整体长度，w为可分解式扁块混合芯子的整体宽度；其中c＜a；b≥d。

如图4所示，本发明可分解式扁块混合芯子涡流盘片(包含定位销孔)示意图。例如例如图4-1，涡流通道主体形状为苹果形，配套的定位销孔为椭圆形；图4-2，涡流通道主体形状为圆形，配套的定位销孔为菱形；图4-3，涡流通道为喇叭形，定位销孔为三角形。

如图5所示，为一种本发明可分解式扁块混合芯子的外盖板(包含定位销孔和挡块孔)示意图。和图4-1、4-2和4-3分别匹配的外盖板，其中定位销孔位置形状尺寸大小均为一致便于组装。例如图5-1，其中定位销孔为椭圆形，而挡块一孔为弧线段，挡块二孔为圆形；图5-2，其中定位销孔为菱形，而挡块一孔为间断弧线段，挡块二孔为正八边形；图5-3，其中定位销孔为三角形，而挡块一孔为不完整圆形和心形交替，无挡块二。其中图5-1、图5-2和图5-3中的挡块孔分别和下述图6和图7分别保持一致。

图6为本发明可分解式扁块混合芯子必选挡块一的示意图。

图7为本发明可分解式扁块混合芯子可选挡块二的示意图。

如图8所示，为本发明可分解式扁块混合芯子不同形状和不同尺寸定位销的示意图。

如图9所示，一种可分解式扁块混合芯子的径向切面图，其中外盖板以及涡流盘片的厚度与定位销或者挡块的高度等技术参数规格如图所示。其中上层外盖板的厚度为h1，下层外盖板的厚度为h2，中间有多层涡流盘片，其厚度分别为h3、h4和h5等，根据需要增减并以此类推。一般情况下，定位销以及挡块的高度和所有外盖板以及涡流盘片的总厚度相同。

图10为本发明可分解式扁块混合芯子和配套矩形外套管的组合，包含不同尺寸或形状的涡流盘片、挡块一、挡块二和定位销等组合而成的混合芯子。其中，配套矩形外套管的内壁厚度和混合芯子的厚度相同，外套管的长度是若干个混合芯子长度的总和。在同一个矩形外套管中可以根据需求填入或者更换不同组合的混合芯子。

优选地，一种可分解式扁块混合芯子实施例1：正常使用。

如图10所示，可分解式扁块混合芯子实际使用过程中，多组芯子按照首尾连接串联的方式装入配套的矩形外套管，进出口端采用传统螺帽或者专门的卡套固定连接。

如图2所示，为一种可分解式扁块混合芯子正常使用时流体在其中流通通道示意图，其中箭头所指方向即流体在组合通道中行进模拟图。根据不同应用情况，芯子的进出口方向可以和2所示相反的情况使用。

此外，在同一配套矩形外套管中可以根据实际要求配套不同长度、不同规格的挡块式混合芯子。

优选地，一种可分解式扁块混合芯子实施例2：拆卸。

如图10所示，可分解式扁块混合芯子实际使用过程中，如果发生结垢或者堵塞需要清洗或者维护，可以很方便地将与混合芯子配套的反应外套管两端固定的螺帽拆开，倾倒套管就可以将内部全部可拆卸芯子倒出，或者从另一端使用合适尺寸的实心方块尺将可拆芯子推出，从而完成拆卸工序。

优选地，一种可分解式扁块混合芯子实施例3：清洗维护。

如图2所示，为一种可分解式扁块混合芯子正常使用时流体在其中流通通道示意图，其中箭头所指方向即流体在组合通道中行进模拟图。因此清洗维护时需要特别注意混合芯子各组合部件如外盖板、涡流盘片、挡块一、可选挡块二以及定位销等相互连接处是否有固体异物结垢或者堵塞；如果发现结垢或堵塞一般采用配套的金属细丝疏通后，将混合芯子置于超声波清洗池10-20分钟就可以完成清洗工序。特殊情况下可以通过拆解定位销和挡块把该混合芯子全部拆开，可以完成测底物理清洗过程，具体操作参见实施例4再组装流程。

优选地，一种可分解式扁块混合芯子实施例4：再组装(包括更换混合芯子的各种不同组合元件)。

在实施例3中一种可分解式扁块混合芯子清洗维护之后，如果发现有些芯子确实堵塞严重(超声清洗之外需要额外维护处理)需要更换时，或者根基实际情况需要更换不同规格混合芯子后，可以进行再组装。可以根据如图3或图9所示的情况挑选合适的混合芯子，为一种可分解式扁块混合芯子涉及各技术规格的示意图，

和实施例2拆卸工序相反的过程，多组芯子按照首尾连接串联的方式装入配套的矩形外套管，进出口端采用传统螺帽或者专门的卡套固定连接。

优选地，一种可分解式扁块混合芯子实施例5：用于易堵塞的高分子聚合物中间体合成工艺。

本发明中一种可分解式扁块混合芯子，包括对称结构和非对称结构，组合成的微通道反应器可以方便地用于易堵塞的高分子聚合物中间体合成工艺。和常规的全部拆装的拜耳微反应器valve-assisted混合器相比，从发现可能堵塞或者结垢(比如体系压降上升很快)，开始拆卸、清洗维护、可能更换混合芯子或者单元到再组装，本发明涉及的微反应器维护操作耗时缩短至少30％，甚至到80％，大大提升了工艺优化或者生产过程中的维护效率，而且对于操作人员的技术要求可以适当降低。

Claims (10)

1.本发明提供的一种可分解式扁块混合芯子，其特征在于，该扁块混合芯子包括外盖板、涡流盘片、挡块一、挡块二和定位销部分。

2.根据权利要求1所述的可分解式扁块混合芯子，其特征在于：通过定位销可以将外盖板、涡流盘片以及挡块一、挡块二组合为兼具变径和受阻涡流功能的微通道，所述变径的具体表现为宽窄相间串联的方式。所述外盖板分为上外盖板和下外盖板，所述涡流盘片通过定位销放置固定于上、下外盖板之间。

3.根据权利要求1所述的可分解式扁块混合芯子，其特征在于：所述外盖板和涡流盘片上均设有和挡块或者定位销匹配的挡块孔或定位孔。挡块一和挡块二除了实现流体障碍的同时也兼顾定位功能，并设置在变径流道的宽通道内部并靠近窄通道出入口的位置。所述挡块一为必选的，挡块二是可选的。为了组合成成套扁块混合芯子，所述外盖板和涡流盘片上挡块孔或定位孔的位置和尺寸需保持一致，而且与相应的挡块和定位销匹配。

4.根据权利要求1所述的可分解式扁块混合芯子，其特征在于：整体外形尺寸为矩形长方体，可以和矩形外扁管组合使用制成微混合器、微反应器或者微换热器以及不同的集成组合。

5.根据权利要求1所述的可分解式扁块混合芯子，其特征在于：微通道的形状主要取决于涡流盘片的设计，其中变径宽窄通道的宽度比为3：1～30：1。可以根据需要在外盖板之间增加涡流盘片的数量以保证微通道的总深度。微通道最窄处的宽度与微通道最小深度比为1：5～10：1。

6.根据权利要求1所述的可分解式扁块混合芯子，其特征在于：所述宽通道的形状为对称流线型，包括苹果形、梨形、圆形、心形、喇叭-反喇叭形、橄榄球形、不对称的反葫芦形等；所述挡块一的横切面为连续线条状或者间断线段，包括弧线形、反弧形形、波纹形、扇形或不完整圆形和间断弧形线段等，所述挡块二为圆柱状、椭圆柱状、心型状、弓弦形、扇形和对称多边形状等。

7.根据权利要求1所述的可分解式扁块混合芯子，其特征在于：不同尺寸和数量的涡流盘片可以与不同形状的挡块一或者挡块二进行积木式的自由组合形为不同规格的扁块混合芯子。所述扁块混合芯子可以方便从矩形外扁管中拆卸出来进行更换。

8.根据权利要求1所述的可分解式扁块混合芯子，其特征在于：组成该混合芯子的部件所用的材质包括不锈钢、哈氏合金、蒙乃尔合金、其他金属或合金、石英、玻璃、碳化硅、其他陶瓷、PMMA有机玻璃、PP聚合物、聚四氟乙烯、其他聚合物等材质中的一种或者几种。

9.根据权利要求1所述的可分解式扁块混合芯子，其特征在于：所述混合芯子的使用范围从实验室、小试、中试到生产级别，适配矩形外扁管的所述扁块芯子矩形宽度w为1～300mm，高度h为1～30mm，扁管长度l为3～3000mm。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的可分解式扁块混合芯子，其特征在于：所述可分解式扁块混合芯子可以配合矩形外扁管进行正常使用、拆卸、清洗维护、更换部件再组装，实现半拆卸式微通道反应器的功能。

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