CN114877729A - 一种微通道反应器及焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化工和制药设备技术领域，具体涉及一种微通道反应器及焊接方法，包括：反应板；两个隔板，分别设置在反应板的相对两侧；两个换热板，分别设置在两个隔板远离反应板的另一侧;微通道反应器焊接方法包括：先将反应板和隔板焊接；再将隔板与换热板焊接；最后将换热板与边板焊接；本申请采用上述技术方案，通过隔板将反应通道和换热通道完全隔开，反应介质仅能接触到隔板和反应板，从而为换热板采用廉价的耐腐蚀性低的材料等级提供可能，降低了材料的成本，从而也极大地降低了整个微通道换热器的成本。本申请先将反应板与隔板焊接；可在确保反应通道不泄漏的前提下；再进行后续焊接操作，最大化地降低反应通道泄漏的风险。

Description

一种微通道反应器及焊接方法

技术领域

本发明涉及化工和制药设备技术领域，具体涉及一种微通道反应器及焊接方法。

背景技术

近年来，随着能源资源的日益紧张和环境的不断恶化，化工生产环节中的节能减排尤为重要。化工生产设备的微型化是一个优秀的解决方案。微通道反应器相对于常规规模的反应器，在能源效率、反应速率、反应产率、安全性、可靠性、可扩展性和过程控制的精细程度等方面具有较大的优势，因此微通道反应器是目前工程技术领域的重点研究方向。

微通道反应器一般是指经过微小加工和精密加工技术制造出来的连续流性质反应装置。微通道反应器中的“微”并不是特指反应器设备的外形尺寸大小，也并非指反应器设备的产量小，而是指反应介质的通道比较细小，在微米或者毫米级，与传统反应釜的通道比较，其甚是微小。但通过集成成千上万层次的微小通道，采用串联或并联组合的方式，依然可以实现万吨级别的产量。

一般来讲，一套连续流化工生产设备基本由泵单元（计量泵）、反应换热单元（微通道反应器）和控温单元（恒温机组）等组成。由此可见，微通道反应器在整个化工生产设备中的成本占比不可忽视，每个微通道反应器成本费用的高低，极大地影响着整个化工生产设备的前期投入成本。微通道反应器的成本一般由材料成本、制造成本和管理成本等组成；在目前的全球大环境下，金属原材料的单价一路飞涨，极大地影响到微通道反应器的材料成本。一般来讲，微通道反应器的选材基于反应侧工艺流体的腐蚀性能选用；反应侧工艺流体的成分复杂多样，一般选用价格较高的耐蚀材料；然而微通道反应器换热侧的流体介质一般比较简单，一般为导热油、冷却液，氟利昂或水等，换热侧的流体介质成分的腐蚀性能相对反应侧的工艺流体，非常微弱。而现有的微通道反应器整个装置均选用价格较高的耐蚀材料，成本较高。

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微通道反应器的成本较高的缺陷，基于以上情况，开发一种适应可更换为成本较低材料的微通道反应器十分必要。

为了实现上述目的，本发明提供一种微通道反应器，包括：

反应板；

两个隔板，分别设置在所述反应板的相对两侧，以形成反应通道；

两个换热板，分别设置在所述两个隔板远离所述反应板的另一侧，以形成换热通道。

可选地，还包括：

两个边板，分别设置在所述两个换热板远离所述反应板的另一侧。

可选地，所述换热板和边板采用低镍钢、不锈钢或钛合金制作。

可选地，所述反应板、隔板、换热板和边板两两焊接。

可选地，所述反应板和隔板采用扩散焊接；所述隔板和换热板采用钎焊或激光焊接；所述换热板和边板采用钎焊或激光焊接。

可选地，在所述反应板的侧端间隔设置有第一反应介质进口、第二反应介质进口和反应介质出口，第一反应介质进口和第二反应介质进口均与反应通道的一端连通，反应介质出口与反应通道的另一端连通。

可选地，在所述第一反应介质进口、第二反应介质进口和反应介质出口处均设有集合结构；

所述集合结构包括：

壳体，设有空腔，且在空腔上设有第一通孔；

底座，设有沉槽，且所述沉槽与所述空腔连通，在所述沉槽上设有第二通孔，所述第二通孔与所述第一反应介质进口、第二反应介质进口或反应介质出口连通。

可选地，所述反应板为多个，对应设置多个隔板和多个换热板。

可选地，所述反应通道包括：多个依次连通的主单元混合区、连通区和副单元混合区，且反应通道呈蛇形弯道布置。

本发明还提供一种微通道反应器焊接方法，包括：

先将所述反应板和隔板焊接；再将所述隔板与换热板焊接；最后将所述换热板与所述边板焊接。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

1.本发明提供的微通道反应器，包括：反应板；两个隔板，分别设置在所述反应板的相对两侧，以形成反应通道；两个换热板，分别设置在所述两个隔板远离所述反应板的另一侧，以形成换热通道;本申请采用上述技术方案，通过隔板将反应通道和换热通道完全隔开，反应介质仅能接触到隔板和反应板，从而为换热板采用廉价的耐腐蚀性低的材料等级提供可能，降低了材料的成本，从而也极大地降低了整个微通道换热器的成本，具有更高的性价比，提高微通道反应器在市场的核心竞争力。

2.本发明提供的微通道反应器，还包括：两个边板，分别设置在所述两个换热板远离所述反应板的另一侧；本申请采用上述技术方案，利用边板对换热板进行保护，同时，边板也不会接触反应介质，从而为换热板采用廉价的耐腐蚀性低的材料等级提供可能，降低了材料的成本，从而也极大地降低了整个微通道换热器的成本。

3.本发明所述换热板和边板采用低镍钢、不锈钢或钛合金制作；本申请技术方案，具体限定换热板和边板采用的耐腐蚀性低的材料，降低了材料的成本，从而也极大地降低了整个微通道换热器的成本。

4.本发明所述反应板和隔板采用扩散焊接；所述隔板和换热板采用钎焊或激光焊接；所述换热板和边板采用钎焊或激光焊接；本申请采用上述技术方案，反应板与隔板采用扩散焊接，无任何附加焊料，具有良好的耐腐蚀能力，无接触热阻，能承受高压。换热板和边板可选用钎焊以及激光焊等焊接方式，焊接方式选择多，工艺可能性高。

5.本发明在所述反应板的侧端间隔设置有第一反应介质进口、第二反应介质进口和反应介质出口，第一反应介质进口和第二反应介质进口均与反应通道的一端连通，反应介质出口与反应通道的另一端连通；本申请采用上述技术方案将第一反应介质进口、第二反应介质进口和反应介质出口设置于反应板的侧端，防止反应侧与换热侧引发串腔，可导致泄漏发生的焊缝处于外部，大大降低返修微通道反应器的加工难度，降低因内漏而导致报废的风险，提高整体良品率，从而降低产品的生产制造成本。

6.本发明在所述第一反应介质进口、第二反应介质进口和反应介质出口处均设有集合结构；所述集合结构包括：壳体，设有空腔，且在空腔上设有第一通孔；底座，设有沉槽，且所述沉槽与所述空腔连通，在所述沉槽上设有第二通孔，所述第二通孔与所述第一反应介质进口、第二反应介质进口或反应介质出口连通；本申请采用上述技术方案，设置集合结构，反应介质进入或排出所述反应通道时，不易堵塞，提高进料和出料效率。

7.本发明所述反应板为多个，对应设置多个隔板和多个换热板；本申请采用上述技术方案，极高地提升微通道反应器的通量，减少反应设备、泵单元、和控温单元的数量，降低设备的占地面积，减少设备的投入成本。

8.本发明所述反应通道包括：多个依次连通的主单元混合区、连通区和副单元混合区，且反应通道呈蛇形弯道布置；本申请采用上述技术方案，延长反应通道的长度，使得反应介质可以充分地反应，提高反应效率。

9.本发明还提供一种微通道反应器焊接方法，包括：先将所述反应板和隔板焊接；再将所述隔板与换热板焊接；最后将所述换热板与所述边板焊接；本申请采用上述技术方案，先将反应板与隔板焊接；可在确保反应通道不泄漏的前提下，再进行后续的焊接操作，最大化地降低反应通道泄漏的风险。

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为本发明实施方式中提供的微通道反应器的立体爆炸结构示意图；

图2为本发明实施方式中提供的边板的结构示意图；

图3为本发明实施方式中提供的换热板的结构示意图；

图4为本发明实施方式中提供的隔板的结构示意图；

图5为本发明实施方式中提供的反应板的结构示意图；

图6为图5中A处的局部放大结构示意图；

图7为本发明实施方式中提供的微通道反应器的局部立体结构示意图一；

图8为本发明实施方式中提供的集合结构的立体结构示意图；

图9为本发明实施方式中提供的壳体的局部立体结构示意图；

图10为本发明实施方式中提供的底座的局部立体结构示意图；

图11为本发明实施方式中提供的微通道反应器的局部立体结构示意图二；

图12为本发明实施方式中提供的双通道底座的仰视结构示意图；

图13为本发明实施方式中提供的双通道集合结构的立体结构示意图；

图14为本发明实施方式中提供的双通道微通道反应器的爆炸结构示意图；

图15为本发明实施方式中提供的多通道底座的仰视结构示意图；

图16为本发明实施方式中提供的多通道集合结构的立体结构示意图；

图17为本发明实施方式中提供的多通道微通道反应器的爆炸结构示意图。

附图标记说明：

1、边板；2、换热板；3、隔板；4、反应板；5、集合结构；6、第一换热介质进口；7、第一换热介质出口；8、第二换热介质进口；9、第二换热介质出口；10、第三换热介质进口；11、第三换热介质出口；12、第一凸缘；13、第一反应介质进口；14、第二反应介质进口；15、反应介质出口；16、第四换热介质进口；17、第四换热介质出口；18、第二凸缘；19、通道；20、主单元混合区；21、副单元混合区；22、连通区；23、底座；24、沉槽；25、第一通孔；26、壳体；27、空腔；28、第二通孔。

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。

如图1至图17所示的微通道反应器的一种具体实施方式，包括：反应板4、分别设置在所述反应板4相对两侧的两个隔板3、分别设置在所述两个隔板3远离所述反应板4另一侧的两个换热板2、分别设置在所述两个换热板2远离所述反应板4另一侧的两个边板1以及集合结构5等。

如图1所示，所述反应板4和隔板3采用扩散焊接；所述隔板3和换热板2采用钎焊或激光焊接；所述换热板2和边板1采用钎焊或激光焊接。由于激光焊接的操作需要具有较大的操作空间，本申请所述微通道反应器结构的焊缝均处于外侧，激光焊接操作方便

如图2所示，在所述边板1靠近下边缘处间隔设有第一换热介质进口6和第一换热介质出口7。所述边板1采用低镍钢、不锈钢或钛合金制作，以代替现有采用的高镍钢、哈氏合金和锆合金。

如图3所示，在所述换热板2靠近下边缘处间隔设有第二换热介质进口8和第二换热介质出口9；在换热板2内部设有多条并行的呈蛇形弯道布置的槽道，与相邻的隔板3形成换热通道，以供换热介质流动，导出热量或提供热量。换热板2可由一块板通过加工而成，亦可由多层结构板片拼组而成。所述换热板2采用低镍钢、不锈钢或钛合金制作，以代替现有采用的高镍钢、哈氏合金和锆合金。现有的微通道反应器结构均需选用满足耐反应介质腐蚀的同一种材料，与本申请技术方案相比，材料成本显然高。换热通道可通过单板片加工形成，亦可由多板片叠加组成，根据材料性质可通过机加工、激光切割、蚀刻、精雕或电火花等加工形式制作。

如图4至图7所示，在所述隔板3靠近下边缘处间隔设有第三换热介质进口10和第三换热介质出口11；在所述隔板3上端间隔设有三个第一凸缘12。在所述反应板4靠近下边缘处间隔设有第四换热介质进口16和第四换热介质出口17；在所述反应板4上端间隔设有三对第二凸缘18，每对第二凸缘之间设有间隙，所述间隙向反应板4内延伸，形成通道19。三对第二凸缘18分别形成第一反应介质进口13、第二反应介质进口14和反应介质出口15。所述三个第一凸缘12与三对第二凸缘18对应设置。在反应板4和隔板3之间形成反应通道。第一反应介质进口13和第二反应介质进口14均与反应通道的一端连通，反应介质出口15与反应通道的另一端连通。所述反应通道包括：多个依次连通的主单元混合区20、连通区22和副单元混合区21，且反应通道呈蛇形弯道布置。所述隔板3的材质与反应板4的材质一样，选用能耐反应介质腐蚀的高性能材料，例如：可以选用高镍钢、哈氏合金或锆合金。所述隔板3为一整体平板，没有任何穿孔，不存在内漏点，所有的泄露均属于外漏点。反应通道可通过单板片加工形成，亦可由多板片叠加组成，根据材料性质可通过机加工、激光切割、蚀刻、精雕或电火花等加工形式制作。

如图1、图8至图11所示，在所述第一反应介质进口13、第二反应介质进口14和反应介质出口15处均设有集合结构5；所述集合结构5包括：壳体26和底座23；所述壳体26设有空腔27，且在空腔27上设有第一通孔25；所述底座23设有沉槽24，且所述沉槽24与所述空腔27连通，在所述沉槽24上设有第二通孔28，所述第二通孔28与所述第一反应介质进口13、第二反应介质进口14或反应介质出口15连通。

如图12至图14所示，微通道反应器为双通道，包括：依次叠合设置的边板1、换热板2、隔板3、反应板4、隔板3、换热板2、隔板3、反应板4、隔板3、换热板2和边板1。对应的集合结构5的底座23上设有两个第二通孔28，分别对应两个反应板4。

如图15至图17所示，微通道反应器为多通道，包括：依次叠合设置的边板1、换热板2、隔板3、反应板4、隔板3、换热板2，......,换热板2、隔板3、反应板4、隔板3、换热板2和边板1。对应的集合结构5的底座23上设有多个第二通孔28，分别对应多个反应板4。

本发明还提供一种微通道反应器焊接方法，包括：先将所述反应板4和隔板3焊接；再将所述隔板3与换热板2焊接；最后将所述换热板2与所述边板1焊接。

作为替代的实施方式，所述隔板3和换热板2采用扩散焊接；所述换热板2和边板1采用扩散焊接。

作为替代的实施方式，第一反应介质进口13或第二反应介质进口14的数量为多个；反应介质出口15的数量为多个。

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他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。而由此所引申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)

1.一种微通道反应器，其特征在于，包括：

反应板（4）；

两个隔板（3），分别设置在所述反应板（4）的相对两侧，以形成反应通道；

两个换热板（2），分别设置在所述两个隔板（3）远离所述反应板（4）的另一侧，以形成换热通道。

2.根据权利要求1所述的微通道反应器，其特征在于，还包括：

两个边板（1），分别设置在所述两个换热板（2）远离所述反应板（4）的另一侧。

3.根据权利要求2所述的微通道反应器，其特征在于，

所述换热板（2）和边板（1）采用低镍钢、不锈钢或钛合金制作。

4.根据权利要求2所述的微通道反应器，其特征在于，

所述反应板（4）、隔板（3）、换热板（2）和边板（1）两两焊接。

5.根据权利要求4所述的微通道反应器，其特征在于，

所述反应板（4）和隔板（3）采用扩散焊接；所述隔板（3）和换热板（2）采用钎焊或激光焊接；所述换热板（2）和边板（1）采用钎焊或激光焊接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的微通道反应器，其特征在于，

在所述反应板（4）的侧端间隔设置有第一反应介质进口（13）、第二反应介质进口（14）和反应介质出口（15），第一反应介质进口（13）和第二反应介质进口（14）均与反应通道的一端连通，反应介质出口（15）与反应通道的另一端连通。

7.根据权利要求6所述的微通道反应器，其特征在于，在所述第一反应介质进口（13）、第二反应介质进口（14）和反应介质出口（15）处均设有集合结构（5）；

所述集合结构（5）包括：

壳体（26），设有空腔（27），且在空腔（27）上设有第一通孔（25）；

底座（23），设有沉槽（24），且所述沉槽（24）与所述空腔（27）连通，在所述沉槽（24）上设有第二通孔（28），所述第二通孔（28）与所述第一反应介质进口（13）、第二反应介质进口（14）或反应介质出口（15）连通。

8.根据权利要求1-5任一项所述的微通道反应器，其特征在于，所述反应板（4）为多个，对应设置多个隔板（3）和多个换热板（2）。

9.根据权利要求1-5任一项所述的微通道反应器，其特征在于，

所述反应通道包括：多个依次连通的主单元混合区（20）、连通区（22）和副单元混合区（21），且反应通道呈蛇形弯道布置。

10.一种微通道反应器焊接方法，其特征在于，包括：

先将所述反应板（4）和隔板（3）焊接；再将所述隔板（3）与换热板（2）焊接；最后将所述换热板（2）与边板（1）焊接。

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