CN205550244U - 一种生产纳米硫酸盐的微通道反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种生产纳米硫酸盐的微通道反应器，属于化工反应设备技术领域。本实用新型的微通道反应器通过三层结构和多级反应单元的设置，能够使得进料更加精确，反应物料混合更加均匀，克服料液在对撞反应过程中出现的层流现象，使反应更加接近卷流状态，反应过程接触更充分，反应更加彻底，能有效避免对撞反应生成的纳米硫酸盐再次团聚，使产品保持纳米形态且粒径均匀，进而制得高质量的纳米硫酸盐产品。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种微通道反应器，更具体地说，本实用新型涉及一种生产纳米硫酸盐的微通道反应器，属于化工反应设备技术领域。
背景技术
目前通过BaCl2与NaSO4反应制取纳米BaSO4主要采用对撞的反应方式，即将按一比一进料比配制好的BaCl2与NaSO4溶液经计量泵精确计量后从反应器两端同时注入，两组溶液以一定的速度和压力在反应器中在对撞结合生成BaSO4的一种反应方式。其他诸如制备纳米硫酸钙、纳米硫酸钙晶须等纳米硫酸盐也可以通过上述方式制备。
现有反应器制取纳米硫酸钡的方式主要存在以下不足：
1、进料口单一，BaCl2与NaSO4混合均匀性差。
2、管径较大，溶液在管道中层流现象明显，两组溶液不易充分接触，造成反应不彻底，原料浪费严重。
3、纳米硫酸钡产品品质较差，主要表现为生成的BaSO4颗粒容易团聚、粒度颗粒较大、大小不均匀。
国家知识产权局于2009.5.20公开了一件公开号为CN101433815，名称为“一种膜分散式微通道反应器”的发明，该发明提出一种膜分散式微通道反应器，由一根外管和一根内管构成套管，在内、外管之间形成环形微通道，外管上设有流体进口和出口，内管上一端设有流体进口，另一端沿管壁周向为分布有多微孔的微孔膜。与普通的微通道反应器相比，本发明的反应器通道的截面积增大，处理量增大。强化了流体之间的混合和传质。在达到大处理量的同时，也保证了较强的微观混合。特别是在合成纳米颗粒中实现了快速微观混合，合成了平均粒径为37nm的硫酸钡颗粒，本反应器操作简单，操作费用低，处理量大，在涉及到快速过程的工业生产中有很大的应用前景。
国家知识产权局于2010.6.16公开了一件公开号为CN101733056A，名称为“一种撞击流微通道反应器及应用”的发明，该发明公开了一种撞击流微通道反应器，于平板材料上刻有至少两条同轴或呈一定角度相向对撞的当量水力直径为0.1-2mm的微通道，且在对撞通道中间形成宽(或对撞距离)为0.5-10mm的撞击区。微通道可以平行阵列分布，连通至具有梯级分支构型的两个入口。可以单片组装，或将若干芯片按次序堆叠，压合成具有至多四个进料口的撞击流微通道反应器。本发明撞击流微反应器适用于瞬间完成的反应过程或反应沉淀过程，如生成液体或固体(超细粉体或纳米材料等)的气-液和液-液快速反应。微通道阵列形式实现了撞击区反应高度均匀性，解决了以往认为撞击流反应器难以安排多级系统(多对撞击流间的相互干扰)的问题。
上述名称为“一种膜分散式微通道反应器”的发明存在以下问题：1、不能保证一比一的精确反应。2、两进料并不能保证在反应时是正面碰撞。3、料液不能保证正面撞击力度。
上述名称为“一种撞击流微通道反应器及应用”的发明存在以下问题：1、若干芯片按次序堆叠使反应器结构更复杂。2、微通道在0.1-2mm之间，并不能有效避免产生团聚。3、进料口单一，很难确保每层进料的压力均匀。
实用新型内容
本实用新型旨在解决现有生产纳米硫酸盐的反应器原料混合不均匀，反应不彻底，产品品质差的问题，提供一种生产纳米硫酸盐的微通道反应器，该微通道反应器能够将原料混合均匀，反应更加彻底，产品品质好。
为了实现上述目的，其具体的技术方案如下：
一种生产纳米硫酸盐的微通道反应器，其特征在于：包括上层进料层、下层进料层以及中层反应层；所述上层进料层和下层进料层上都设置有进料孔；所述中层反应层为网状分支结构，氯盐进料通道与硫酸钠进料通道连通，组成进料单元，两个所述进料单元相对设置，并同时通过一级通道连通，所述进料单元与所述一级通道组成一级反应单元；两个所述一级反应单元相对设置，并同时通过二级通道连通，组成二级反应单元；两个所述二级反应单元相对设置，并同时通过三级通道连通，组成三级反应单元；按照上述组成方式，每两个N级反应单元相对设置，并同时通过N+1级通道连通，组成N+1级反应单元，所述N+1级通道与出料通道连通。
本实用新型优选的，所述出料通道与六级通道连通。
本实用新型优选的，所述所有通道的管径为小于等于10um。
本实用新型优选的，所述进料孔为多个均匀排列的微孔。
本实用新型优选的，所述进料孔的孔径为小于等于10um。
本实用新型优选的，所述微通道反应器由哈氏合金制成。
本实用新型优选的，所述氯盐进料通道与所述硫酸钠进料通道相对且平行设置。
本实用新型优选的，同一级反应单元之间相对且平行设置。
本实用新型优选的，所述一级反应单元中，相对设置的两个进料单元中的氯盐进料通道和硫酸钠进料通道错开设置。
本实用新型优选的，所述上层进料层的进料孔与所述氯盐进料通道连通，所述下层进料层的进料孔与所述硫酸钠进料通道连通。
本实用新型带来的有益技术效果：
1、本实用新型解决了现有纳米硫酸盐反应设备以及现有微通道反应器的问题。本实用新型的微通道反应器通过三层结构和多级反应单元的设置，能够使得进料更加精确，反应物料混合更加均匀，克服料液在对撞反应过程中出现的层流现象，使反应更加接近卷流状态，反应过程接触更充分，反应更加彻底，能有效避免对撞反应生成的纳米硫酸盐再次团聚，使产品保持纳米形态且粒径均匀，进而制得高质量的纳米硫酸盐产品。
2、本实用新型优选的，所述出料通道与六级通道连通。设置六级反应单元，能够使得产品质量、生产效率以及生产成本的平衡，还能够保证出料更加均匀、通畅。
3、本实用新型优选的，所述所有通道的管径为小于等于10um。该管径的设置能够有效避免反应生成物团聚。
4、本实用新型优选的，所述进料孔为多个均匀排列的微孔。该进料孔的设置能够保证进料后反应均匀性，进料压力一致，保证正面撞击力度。
5、本实用新型优选的，所述进料孔的孔径为小于等于10um。该进料口孔径的设置能够保证进料的均匀性。
6、本实用新型优选的，所述微通道反应器由哈氏合金制成。采用该材质能够使得微通道反应器更加耐腐蚀、耐用。
7、本实用新型优选的，所述氯盐进料通道与所述硫酸钠进料通道相对且平行设置。相对设置的基础上平行排列，能够保证正面碰撞和正面碰撞的力度，反应更有效。
8、本实用新型优选的，同一级反应单元之间相对且平行设置。在相对设置的基础上平行排列，能够排列更加紧密、合理，也能够保证正面碰撞和正面碰撞的力度，反应更有效。
9、本实用新型优选的，所述一级反应单元中，相对设置的两个进料单元中的氯盐进料通道和硫酸钠进料通道错开设置。这样设置能够保证上一级未反应彻底的原料在下一级反应完全。
10、本实用新型优选的，所述上层进料层的进料孔与所述氯盐进料通道连通，所述下层进料层的进料孔与所述硫酸钠进料通道连通。该设置能够保证进料均匀。
附图说明
图1为本实用新型中层反应层俯视剖面结构示意图；
图2为本实用新型二级反应单元的放大结构示意图（图1中的A）；
图3为本实用新型侧视结构示意图；
图4为本实用新型俯视或者仰视结构示意图。
附图标记：1为上层进料层、2为下层进料层、3为中层反应层、4为进料孔、5为氯盐进料通道、6为硫酸钠进料通道、7为一级通道、8为二级通道、9为三级通道、10为出料通道、11为六级通道、12为四级通道、13为五级通道。
具体实施方式
实施例1
一种生产纳米硫酸盐的微通道反应器，包括上层进料层1、下层进料层2以及中层反应层3；所述上层进料层1和下层进料层2上都设置有进料孔4；所述中层反应层3为网状分支结构，氯盐进料通道5与硫酸钠进料通道6连通，组成进料单元，两个所述进料单元相对设置，并同时通过一级通道7连通，所述进料单元与所述一级通道7组成一级反应单元；两个所述一级反应单元相对设置，并同时通过二级通道8连通，组成二级反应单元；两个所述二级反应单元相对设置，并同时通过三级通道9连通，组成三级反应单元；按照上述组成方式，每两个N级反应单元相对设置，并同时通过N+1级通道连通，组成N+1级反应单元，所述N+1级通道与出料通道10连通。
本实用新型微通道反应器内部构造精细、成网状，原料在经进料孔4后，在反应器中层反应层3的网状通道快速反应，反应时间控制在1秒以内，生成的纳米硫酸盐经出料通道10连续排出至浆料收集槽中。
本实用新型的生产纳米硫酸盐的微通道反应器主要适用于生产纳米硫酸钡和纳米硫酸钙，其中氯盐进料通道5对应的原料为氯化钡或者氯化钙。如果用于生产其他纳米硫酸盐，氯盐进料通道5用于进料其他无机盐（如生产纳米硫酸银，氯盐进料通道5用于进料硝酸银）。
实施例2
一种生产纳米硫酸盐的微通道反应器，包括上层进料层1、下层进料层2以及中层反应层3；所述上层进料层1和下层进料层2上都设置有进料孔4；所述中层反应层3为网状分支结构，氯盐进料通道5与硫酸钠进料通道6连通，组成进料单元，两个所述进料单元相对设置，并同时通过一级通道7连通，所述进料单元与所述一级通道7组成一级反应单元；两个所述一级反应单元相对设置，并同时通过二级通道8连通，组成二级反应单元；两个所述二级反应单元相对设置，并同时通过三级通道9连通，组成三级反应单元；按照上述组成方式，每两个N级反应单元相对设置，并同时通过N+1级通道连通，组成N+1级反应单元，所述N+1级通道与出料通道10连通。
优选的，所述出料通道10与六级通道11连通。此时N为五，N+1为六，六级反应单元为一个，且为最终反应单元。此时该微通道反应器的组成为：中层反应层3为网状分支结构，氯盐进料通道5与硫酸钠进料通道6连通，组成进料单元，两个所述进料单元相对设置，并同时通过一级通道7连通，所述进料单元与所述一级通道7组成一级反应单元；两个所述一级反应单元相对设置，并同时通过二级通道8连通，组成二级反应单元；两个所述二级反应单元相对设置，并同时通过三级通道9连通，组成三级反应单元；两个所述三级反应单元相对设置，并同时通过四级通道12连通，组成四级反应单元；两个所述四级反应单元相对设置，并同时通过五级通道13连通，组成五级反应单元；两个所述五级反应单元相对设置，并同时通过六级通道11连通，组成六级反应单元；所述六级通道11与所述出料通道10连通。
实施例3
一种生产纳米硫酸盐的微通道反应器，包括上层进料层1、下层进料层2以及中层反应层3；所述上层进料层1和下层进料层2上都设置有进料孔4；所述中层反应层3为网状分支结构，氯盐进料通道5与硫酸钠进料通道6连通，组成进料单元，两个所述进料单元相对设置，并同时通过一级通道7连通，所述进料单元与所述一级通道7组成一级反应单元；两个所述一级反应单元相对设置，并同时通过二级通道8连通，组成二级反应单元；两个所述二级反应单元相对设置，并同时通过三级通道9连通，组成三级反应单元；按照上述组成方式，每两个N级反应单元相对设置，并同时通过N+1级通道连通，组成N+1级反应单元，所述N+1级通道与出料通道10连通。
优选的，所述所有通道的管径为小于等于10um。
优选的，所述进料孔4为多个均匀排列的微孔。
优选的，所述进料孔4的孔径为小于等于10um。
优选的，所述微通道反应器由哈氏合金制成。
实施例4
一种生产纳米硫酸盐的微通道反应器，包括上层进料层1、下层进料层2以及中层反应层3；所述上层进料层1和下层进料层2上都设置有进料孔4；所述中层反应层3为网状分支结构，氯盐进料通道5与硫酸钠进料通道6连通，组成进料单元，两个所述进料单元相对设置，并同时通过一级通道7连通，所述进料单元与所述一级通道7组成一级反应单元；两个所述一级反应单元相对设置，并同时通过二级通道8连通，组成二级反应单元；两个所述二级反应单元相对设置，并同时通过三级通道9连通，组成三级反应单元；按照上述组成方式，每两个N级反应单元相对设置，并同时通过N+1级通道连通，组成N+1级反应单元，所述N+1级通道与出料通道10连通。
优选的，所述氯盐进料通道5与所述硫酸钠进料通道6相对且平行设置。
优选的，同一级反应单元之间相对且平行设置。
优选的，所述一级反应单元中，相对设置的两个进料单元中的氯盐进料通道5和硫酸钠进料通道6错开设置。
实施例5
一种生产纳米硫酸盐的微通道反应器，包括上层进料层1、下层进料层2以及中层反应层3；所述上层进料层1和下层进料层2上都设置有进料孔4；所述中层反应层3为网状分支结构，氯盐进料通道5与硫酸钠进料通道6连通，组成进料单元，两个所述进料单元相对设置，并同时通过一级通道7连通，所述进料单元与所述一级通道7组成一级反应单元；两个所述一级反应单元相对设置，并同时通过二级通道8连通，组成二级反应单元；两个所述二级反应单元相对设置，并同时通过三级通道9连通，组成三级反应单元；按照上述组成方式，每两个N级反应单元相对设置，并同时通过N+1级通道连通，组成N+1级反应单元，所述N+1级通道与出料通道10连通。
优选的，所述上层进料层1的进料孔4与所述氯盐进料通道5连通，所述下层进料层2的进料孔与4所述硫酸钠进料通道6连通。
实施例6
一种生产纳米硫酸盐的微通道反应器，包括上层进料层1、下层进料层2以及中层反应层3；所述上层进料层1和下层进料层2上都设置有进料孔4；所述中层反应层3为网状分支结构，氯盐进料通道5与硫酸钠进料通道6连通，组成进料单元，两个所述进料单元相对设置，并同时通过一级通道7连通，所述进料单元与所述一级通道7组成一级反应单元；两个所述一级反应单元相对设置，并同时通过二级通道8连通，组成二级反应单元；两个所述二级反应单元相对设置，并同时通过三级通道9连通，组成三级反应单元；按照上述组成方式，每两个N级反应单元相对设置，并同时通过N+1级通道连通，组成N+1级反应单元，所述N+1级通道与出料通道10连通。
1、原料混合均匀程度：
对于原料混合均匀程度，现有反应器的混合方式为层流，而本实用新型的微通道反应器是一种涡流混合方式，使得原料混合更加均匀。
2、反应彻底程度：
3、最终产品品质对比：
Claims (10)
1.一种生产纳米硫酸盐的微通道反应器，其特征在于：包括上层进料层（1）、下层进料层（2）以及中层反应层（3）；所述上层进料层（1）和下层进料层（2）上都设置有进料孔（4）；所述中层反应层（3）为网状分支结构，氯盐进料通道（5）与硫酸钠进料通道（6）连通，组成进料单元，两个所述进料单元相对设置，并同时通过一级通道（7）连通，所述进料单元与所述一级通道（7）组成一级反应单元；两个所述一级反应单元相对设置，并同时通过二级通道（8）连通，组成二级反应单元；两个所述二级反应单元相对设置，并同时通过三级通道（9）连通，组成三级反应单元；按照上述组成方式，每两个N级反应单元相对设置，并同时通过N+1级通道连通，组成N+1级反应单元，所述N+1级通道与出料通道（10）连通。
2.根据权利要求1所述的一种生产纳米硫酸盐的微通道反应器，其特征在于：所述出料通道（10）与六级通道（11）连通。
3.根据权利要求1所述的一种生产纳米硫酸盐的微通道反应器，其特征在于：所述所有通道的管径为小于等于10um。
4.根据权利要求1所述的一种生产纳米硫酸盐的微通道反应器，其特征在于：所述进料孔（4）为多个均匀排列的微孔。
5.根据权利要求4所述的一种生产纳米硫酸盐的微通道反应器，其特征在于：所述进料孔（4）的孔径为小于等于10um。
6.根据权利要求1所述的一种生产纳米硫酸盐的微通道反应器，其特征在于：所述微通道反应器由哈氏合金制成。
7.根据权利要求1所述的一种生产纳米硫酸盐的微通道反应器，其特征在于：所述氯盐进料通道（5）与所述硫酸钠进料通道（6）相对且平行设置。
8.根据权利要求1或7所述的一种生产纳米硫酸盐的微通道反应器，其特征在于：同一级反应单元之间相对且平行设置。
9.根据权利要求1所述的一种生产纳米硫酸盐的微通道反应器，其特征在于：所述一级反应单元中，相对设置的两个进料单元中的氯盐进料通道（5）和硫酸钠进料通道（6）错开设置。
10.根据权利要求1、2、4或9所述的一种生产纳米硫酸盐的微通道反应器，其特征在于：所述上层进料层（1）的进料孔（4）与所述氯盐进料通道（5）连通，所述下层进料层（2）的进料孔（4）与所述硫酸钠进料通道（6）连通。
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