CN207237956U - 一种新型微通道反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型微通道反应器，涉及流体混合与反应设备技术领域。它包括进料口阀、输入混合室、混合反应通道、输出混合室和出料口阀；所述进料口阀的进口端具有相互连通的第一进料口和第二进料口，进料口阀的出口端通过所述输入混合室与所述混合反应通道的一端连接，混合反应通道的另一端通过输出混合室与所述出料口阀连通。本实用新型通过设置进料口阀、输入混合室、混合反应通道、输出混合室和出料口阀为一体化组合，其中混合反应通道为一体制成，且输入混合室与混合反应通道制成一体，输出混合室与混合反应通道制成一体，采用一体式结构，通道无需密封件作密封保护，密封性强，不易发生泄漏，保证微通道反应器的正常工作。

Description

一种新型微通道反应器

技术领域

本实用新型涉及流体混合与反应设备技术领域，具体涉及一种新型微通道反应器。

背景技术

在微化工系统中,微反应器是重要的核心设备之一，随着微反应器技术的不断发展，微反应技术及其设备越来越受到人们关注，并逐渐成为行业研究的热点。微反应器也称微结构或微通道反应器，是一种连续流动的管式反应器，其通道尺寸在0.1mm～4mm的范围内，由于通道尺寸小，微通道反应器有许多不同于宏观体系的特点，其分子间扩散距离短、通道的比表面积大、传热和传质速度快等，与常规反应器比较，具有反应速度快、反应易控制、能够实现剧烈条件下的反应，可以避免常规反应混合不均匀、局部过热生成副产物较多等特点。微反应系统可以准确的控制反应的停留时间、移走反应热量的生成，有效保证生产过程的操作安全。因此，微通道反应器具有安全性高、易控制、适应性强、适应面广，可实现连续性生产的优势，而现有的常规反应设备较难实现。

在微通道反应器中进行反应时，由于微通道反应器的特殊结构，反应物料的传质速率较快，停留时间短，有效避免了副产物的生成。反应器及通道较小，物料反应的热量能及时移走，避免了反应器内急剧升温的危险情况发生，从而克服了传统反应釜制备方法中存在的问题。

目前，现有微通道反应器通常采用两片板式组合的反应通道或多层层叠的模块式组合通道。通道受组合材料加工及加工技术的影响，通道普遍为组合式通道，由多块基板或模块拼合而成，其组合通道的密封性较差，需要用密封件密封，导致对组合基板的平整度和光洁度要求高，加工难道较大，耐用度差，使用过程中易发生泄漏，造成使用不方便，增加使用成本等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种新型微通道反应器，现有微通道反应器通常采用两片板式组合的反应通道或多层层叠的模块式组合通道。通道受组合材料加工及加工技术的影响，通道普遍为组合式通道，由多块基板或模块拼合而成，其组合通道的密封性较差，需要用密封件密封，导致对组合基板的平整度和光洁度要求高，加工难道较大，耐用度差，使用过程中易发生泄漏，造成使用不方便，增加使用成本等问题。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：一种新型微通道反应器，它包括进料口阀、输入混合室、混合反应通道、输出混合室和出料口阀；所述进料口阀的进口端具有相互连通的第一进料口和第二进料口，进料口阀的出口端通过所述输入混合室与所述混合反应通道的一端连接，混合反应通道的另一端通过输出混合室与所述出料口阀连通；

所述混合反应通道为一体制成，且输入混合室与混合反应通道制成一体，输出混合室与混合反应通道制成一体；

所述输入混合室具有两侧呈楔型的输入混合室壳壁，在两侧输入混合室壳壁之间形成进口端大出口端小的截面成等腰梯形的输入混合室腔，所述进料口阀的出口端延伸至输入混合室腔内；

所述输出混合室具有两侧呈楔型的输出混合室壳壁，在两侧输出混合室壳壁之间形成出口端大进口端小的截面成等腰梯形的输出混合室腔，所述出料口阀的进口端与输出混合室腔出口端连通。

优选的，所述混合反应通道具有混合反应通道壳体，在所述混合反应通道壳体内设置有多个依次连通的截面呈六棱形的棱形混合反应通道腔，相邻的两个棱形混合反应通道腔的内侧壁上还固设有第一混合反应通道齿状体。

优选的，所述混合反应通道具有混合反应通道壳体，在所述混合反应通道壳体内设置有多个依次连通的截面呈椭圆形的椭圆混合反应通道腔，每个所述椭圆混合反应通道腔的内侧壁上分布设置有多个矩形分流体、多个棱锥分流体和整体呈S型的异型分流体。

优选的，所述混合反应通道具有混合反应通道壳体，在所述混合反应通道壳体内设置有多个直筒混合反应通道腔，在直筒混合反应通道腔的内侧壁上设置有不规则齿状分流体，在所述多个直筒混合反应通道腔之间还增设有多孔混合通道，所述多孔混合通道具有设置在混合反应通道壳体内部的圆筒通道体，在圆筒通道体的侧壁上开设有多个流体通孔。

优选的，在所述第一混合反应通道齿状体上设置有菱形分流体。

优选的，所述混合反应通道的个数为多个，且多个混合反应通道并列设置。

优选的，所述混合反应通道的个数为多个，且多个混合反应通道呈环形阵列排布。

优选的，所述混合反应通道的个数为多个，且多个混合反应通道呈矩形阵列排布。

优选的，所述出料口阀的一侧还开设有清洗口。

优选的，所述混合反应通道采用PTFE或PA或PEEK或不锈钢或钛合金或哈氏合金或钴铬合金或碳化硅材质制成。

本实用新型具有如下优点：

1、本实用新型通过设置进料口阀、输入混合室、混合反应通道、输出混合室和出料口阀为一体化组合，其中混合反应通道为一体制成，且输入混合室与混合反应通道制成一体，输出混合室与混合反应通道制成一体，采用一体式结构，通道无需密封件作密封保护，密封性强，不易发生泄漏，保证微通道反应器的正常工作。

2、本实用新型通过在两侧输入混合室壳壁之间设置进口端大出口端小的截面成等腰梯形的输入混合室腔，并使得进料口阀的出口端延伸至输入混合室腔内，使得混合反应作业时，由第一进料口和第二进料口输入的流体直接经输入混合室腔流进混合反应通道，流体输入流动性好，不易发生回旋泄漏。

3、本实用新型适用于两流体之间的混合传质传热反应，以高换热效率进行化学反应或混合工艺过程，结构密封性强，能承受各种高低压流体混合反应，连接操作方便，混合反应效果好，生产成本及使用成本低廉。

4、本实用新型还适用于在微通道反应器中流体进行混合、分离、萃取、结晶、沉淀或其它的工艺过程，其中流体的混合包括流体的多相混合物，还包括流体或含有固体的流体的多相混合物的流体混合。工艺过程包括物理反应过程，化学反应过程，或任意其它形式的过程。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型的内部结构示意图；

图3是图2中进料口阀的结构示意图；

图4是图2中出料口阀的结构示意图；

图5是混合反应通道的KU1型结构示意图；

图6是混合反应通道的KU2型结构示意图；

图7是混合反应通道的KU3型结构示意图；

图8是图7中B-B向剖视结构示意图；

图9是混合反应通道的KU4型结构示意图；

图10是图9中C处的放大结构示意图；

图11是多个混合反应通道并列排布的结构示意图；

图12是图11的左视结构示意图；

图13是多个混合反应通道矩形阵列排布的结构示意图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例1

这里需要说明的是，所述方位词左、右、上、下均是以图2所示的视图为基准定义的，应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请所请求的保护范围。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1至图4所示，一种新型微通道反应器，它包括进料口阀2、输入混合室3、混合反应通道4、输出混合室5和出料口阀6；所述进料口阀2的进口端具有相互连通的第一进料口8和第二进料口9，进料口阀2的出口端通过所述输入混合室3与所述混合反应通道4的一端连接，混合反应通道4的另一端通过输出混合室5与所述出料口阀6连通；

所述输入混合室3、混合反应通道4和输出混合室5一体制成；

所述输入混合室3具有两侧呈楔型的输入混合室壳壁31，在两侧输入混合室壳壁31之间形成进口端大出口端小的截面成等腰梯形的输入混合室腔32，所述进料口阀2的出口端延伸至输入混合室腔32内；

所述输出混合室5具有两侧呈楔型的输出混合室壳壁51，在两侧输出混合室壳壁51之间形成出口端大进口端小的截面成等腰梯形的输出混合室腔52，所述出料口阀6的进口端与输出混合室腔52出口端连通。

本实用新型微通道反应器，在使用时，流体反应物由进料口阀2送至输入混合室3，进料口阀2的第一进料口8、第二进料口9形成环状喷射状液体进料。经输入混合室3进入混合反应通道4混合反应，反应后的流体混合物经输出混合室5再次混合后，最终从出料口阀6流出。

其中，所述输入混合室3、混合反应通道4和输出混合室5一体制成，采用一体式结构，通道无需密封件作密封保护，密封性强，不易发生泄漏，保证微通道反应器的正常工作。

混合反应通道4的结构可根据不同需求，提供相应的流动控制通道，例如进行串联或并联的连通方式来满足不同流体混合的要求。

实施例2

在上述技术方案基础上，如图5所示，所述混合反应通道4具有混合反应通道壳体41，在所述混合反应通道壳体41内设置有多个依次连通的截面呈六棱形的棱形混合反应通道腔41a，相邻的两个棱形混合反应通道腔41a的内侧壁上还固设有第一混合反应通道齿状体42a。如此设置，命名此结构的混合反应通道4为KU1型，混合反应通道壳体41整体呈圆柱型或长方体型，混合反应通道4的内径为0.4mm～12mm。

混合反应通道4内为连续的齿状菱锥体结构，当两股流体通过时，在第一混合反应通道齿状体42a的作用下形成旋转对碰的流体，并在连续的棱形混合反应通道腔41a内部不断的交换对撞，形成无数股细流体混合反应，混合反应充分，效果好，满足实际使用需要。

实施例3

在上述技术方案基础上，如图6所示，所述混合反应通道4具有混合反应通道壳体41，在所述混合反应通道壳体41内设置有多个依次连通的截面呈椭圆形的椭圆混合反应通道腔41b，每个所述椭圆混合反应通道腔41b的内侧壁上分布设置有多个矩形分流体42b、多个棱锥分流体43b和整体呈S型的异型分流体44b。如此设置，命名此结构的混合反应通道4为KU2型，混合反应通道壳体41整体呈圆柱型或长方体型，混合反应通道4的内径为0.4mm～12mm。

混合反应通道4内为椭圆体形成的分隔通道，当流体通过时，在矩形分流体42b、棱锥分流体43b和异型分流体44b的作用下形成对碰的混合流体，并在连续的椭圆混合反应通道腔41b内部不断的交换对撞，形成无数股细流体混合反应，针对不同的混合流体特点进行设置，混合反应充分，效果好，满足实际使用需要。

实施例4

在上述技术方案基础上，如图7和图8所示，所述混合反应通道4具有混合反应通道壳体41，在所述混合反应通道壳体41内设置有多个直筒混合反应通道腔41c，在直筒混合反应通道腔41c的内侧壁上设置有不规则齿状分流体42c，在所述多个直筒混合反应通道腔41c之间还增设有多孔混合通道43c，所述多孔混合通道43c具有设置在混合反应通道壳体41内部的圆筒通道体44c，在圆筒通道体44c的侧壁上开设有多个流体通孔。如此设置，命名此结构的混合反应通道4为KU3型，混合反应通道壳体41整体呈圆柱型或长方体型，混合反应通道4的内径为0.4mm～12mm。

当流体通过时，在圆筒通道体44c的作用下形成多孔状喷射强化流体，并在不规则齿状分流体42c的分流混合下完成接触混合反应，形成无数股细流体混合反应，针对不同的混合流体特点进行设置，混合反应充分，效果好，满足实际使用需要。

实施例5

在上述技术方案基础上，如图9和图10所示，在所述第一混合反应通道齿状体42a上设置有菱形分流体43a。如此设置，命名此结构的混合反应通道4为KU4型，混合反应通道壳体41整体呈圆柱型或长方体型，混合反应通道4的内径为0.4mm～12mm。混合反应通道4内连续的第一混合反应通道齿状体42a上设置菱形分流体形成齿状菱锥台结构，增强混合反应效果好，满足实际使用需要。

实施例6

在上述技术方案基础上，如图11和图12所示，所述混合反应通道4的个数为多个，且多个混合反应通道4并列设置。如此设置，新型微通道反应器在使用时，在流体流量满足的条件下，设置若干条混合反应通道4叠加同时进行混合反应，经混合反应的流体混合反应效果明显提高，提高传质传热效率，满足实际使用需要。

实施例7

在上述技术方案基础上，所述混合反应通道4的个数为多个，且多个混合反应通道4呈环形阵列排布。如此设置，合理利用空间配置，增强混合反应效果，提高传质传热效率，满足实际使用需要。

实施例8

在上述技术方案基础上，如图13所示，所述混合反应通道4的个数为多个，且多个混合反应通道4呈矩形阵列排布。如此设置，合理利用空间配置，增强混合反应效果，提高传质传热效率，满足实际使用需要。

实施例9

在上述技术方案基础上，如图2和图4所示，所述出料口阀6的一侧还开设有清洗口7。如此设置，便于对新型微通道反应器内部进行清洗，满足日常维护检修的需要。

实施例10

在上述技术方案基础上，所述混合反应通道4采用PTFE或PA或PEEK或不锈钢或钛合金或哈氏合金或钴铬合金或碳化硅材质制成。如此设置，混合反应通道4稳定性好，使用寿命长，满足实际使用需要。

以下应用举例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

应用举例1

采用工业自来水(流体一)洗脱氯菊酯反应液(流体二)中的水溶性盐，微通道反应器采用2mm的KU1型通道；工业自来水进料量2L/分钟，氯菊酯反应液进料量2L/分钟，两种流体经过反应器处理除盐率为99.6％。

应用举例2

采用工业自来水(流体一)洗脱氯菊酯反应液(流体二)中的水溶性盐，微通道反应器采用2mm的KU2型通道；工业自来水进料量2L/分钟，氯菊酯反应液进料量2L/分钟，两种流体经过反应器处理除盐率为99.5％。

应用举例3

采用5％氢氧化钠水溶液(流体一)碱洗氯菊酯反应液(流体二)中的DV-菊酸，微通道反应器采用4mm的KU1型通道；5％氢氧化钠水溶液进料量5L/分钟，氯菊酯反应液进料量8L/分钟，两种流体经过反应器处理除菊酸率为99.7％。

应用举例4

采用5％氢氧化钠水溶液(流体一)碱洗氯菊酯反应液(流体二)中的DV-菊酸，微通道反应器采用4mm的KU2型通道；5％氢氧化钠水溶液进料量5L/分钟，氯菊酯反应液进料量8L/分钟，两种流体经过反应器处理除菊酸率为99.6％。

应用举例5

采用工业自来水(流体一)洗脱氯菊酯反应液(流体二)中的水溶性盐，微通道反应器采用3mm的KU2型通道；工业自来水进料量3L/分钟，氯酯反应液进料量6L/分钟，两种流体经过反应器处理除盐率为99.8％。

应用举例6

采用工业自来水(流体一)洗脱氯菊酯反应液(流体二)中的水溶性盐，微通道反应器采用3mm的KU3型通道；工业自来水进料量3L/分钟，氯酯反应液进料量6L/分钟，两种流体经过反应器处理除盐率为99.7％。

应用举例7

采用3％氢氧化钠水溶液(流体一)碱洗氯菊酯反应液(流体二)中的DV-菊酸，微通道反应器采用1mm的KU1型通道；3％氢氧化钠水溶液进料量1L/分钟，氯菊酯反应液进料量1L/分钟，两种流体经过反应器处理除菊酸率为99.7％。

应用举例8

采用3％氢氧化钠水溶液(流体一)碱洗氯菊酯反应液(流体二)中的DV-菊酸，微通道反应器采用1mm的KU4型通道；3％氢氧化钠水溶液进料量1L/分钟，氯菊酯反应液进料量1L/分钟，两种流体经过反应器处理除菊酸率为99.5％。

应用举例9

采用玉米油、乳化剂混合(流体一)与水(流体二)进行水乳剂制备，微通道反应器采用1mm的KU1型通道；玉米油乳化剂混合液进料量0.2L/分钟，水进料量0.46L/分钟，两种流体经过反应器剪切乳化得水乳剂，经分析油滴粒径1um。

应用举例10

采用玉米油、乳化剂混合(流体一)与水(流体二)进行水乳剂制备，微通道反应器采用1mm的KU2型通道；玉米油乳化剂混合液进料量0.2L/分钟，水进料量0.46L/分钟，两种流体经过反应器剪切乳化得水乳剂，经分析油滴粒径1.1um。

应用举例11

采用玉米油、乳化剂混合(流体一)与水(流体二)进行水乳剂制备，微通道反应器采用2mm的KU2型通道；玉米油乳化剂混合液进料量0.8L/分钟，水进料量1.86L/分钟，两种流体经过反应器剪切乳化得水乳剂，经分析油滴粒径1.3um。

应用举例12

采用玉米油、乳化剂混合(流体一)与水(流体二)进行水乳剂制备，微通道反应器采用2mm的KU3型通道；玉米油乳化剂混合液进料量0.8L/分钟，水进料量1.86L/分钟，两种流体经过反应器剪切乳化得水乳剂，经分析油滴粒径1.4um。

应用举例13

采用玉米油、乳化剂混合(流体一)与水(流体二)进行水乳剂制备，微通道反应器采用4mm的KU1型通道；玉米油乳化剂混合液进料量2.4L/分钟，水进料量5.7L/分钟，两种流体经过反应器剪切乳化得水乳剂，经分析油滴粒径2.0um。

应用举例14

采用玉米油、乳化剂混合(流体一)与水(流体二)进行水乳剂制备，微通道反应器采用4mm的KU2型通道；玉米油乳化剂混合液进料量2.4L/分钟，水进料量5.7L/分钟，两种流体经过反应器剪切乳化得水乳剂，经分析油滴粒径2.1um。

应用举例15

采用玉米油、乳化剂混合(流体一)与水(流体二)进行水乳剂制备，微通道反应器采用2mm的KU1型通道；玉米油乳化剂混合液进料量0.9L/分钟，水进料量1.9L/分钟，两种流体经过反应器剪切乳化得水乳剂，经分析油滴粒径1.5um。

应用举例16

采用玉米油、乳化剂混合(流体一)与水(流体二)进行水乳剂制备，微通道反应器采用2mm的KU4型通道；玉米油乳化剂混合液进料量0.9L/分钟，水进料量1.9L/分钟，两种流体经过反应器剪切乳化得水乳剂，经分析油滴粒径1.3um。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程的步骤，除了相互排斥的特质或步骤以外，均可以任何方式组合。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种新型微通道反应器，其特征在于：所述微通道反应器包括进料口阀(2)、输入混合室(3)、混合反应通道(4)、输出混合室(5)和出料口阀(6)；所述进料口阀(2)的进口端具有相互连通的第一进料口(8)和第二进料口(9)，进料口阀(2)的出口端通过所述输入混合室(3)与所述混合反应通道(4)的一端连接，混合反应通道(4)的另一端通过输出混合室(5)与所述出料口阀(6)连通；

所述输入混合室(3)、混合反应通道(4)和输出混合室(5)一体制成；

所述输入混合室(3)具有两侧呈楔型的输入混合室壳壁(31)，在两侧输入混合室壳壁(31)之间形成进口端大出口端小的截面成等腰梯形的输入混合室腔(32)，所述进料口阀(2)的出口端延伸至输入混合室腔(32)内；

所述输出混合室(5)具有两侧呈楔型的输出混合室壳壁(51)，在两侧输出混合室壳壁(51)之间形成出口端大进口端小的截面成等腰梯形的输出混合室腔(52)，所述出料口阀(6)的进口端与输出混合室腔(52)出口端连通。

2.根据权利要求1所述的一种新型微通道反应器，其特征在于：所述混合反应通道(4)具有混合反应通道壳体(41)，在所述混合反应通道壳体(41)内设置有多个依次连通的截面呈六棱形的棱形混合反应通道腔(41a)，相邻的两个棱形混合反应通道腔(41a)的内侧壁上还固设有第一混合反应通道齿状体(42a)。

3.根据权利要求1所述的一种新型微通道反应器，其特征在于：所述混合反应通道(4)具有混合反应通道壳体(41)，在所述混合反应通道壳体(41)内设置有多个依次连通的截面呈椭圆形的椭圆混合反应通道腔(41b)，每个所述椭圆混合反应通道腔(41b)的内侧壁上分布设置有多个矩形分流体(42b)、多个棱锥分流体(43b)和整体呈S型的异型分流体(44b)。

4.根据权利要求1所述的一种新型微通道反应器，其特征在于：所述混合反应通道(4)具有混合反应通道壳体(41)，在所述混合反应通道壳体(41)内设置有多个直筒混合反应通道腔(41c)，在直筒混合反应通道腔(41c)的内侧壁上设置有不规则齿状分流体(42c)，在所述多个直筒混合反应通道腔(41c)之间还增设有多孔混合通道(43c)，所述多孔混合通道(43c)具有设置在混合反应通道壳体(41)内部的圆筒通道体(44c)，在圆筒通道体(44c)的侧壁上开设有多个流体通孔。

5.根据权利要求1所述的一种新型微通道反应器，其特征在于：在所述第一混合反应通道齿状体(42a)上设置有菱形分流体(43a)。

6.根据权利要求2或3或4或5所述的一种新型微通道反应器，其特征在于：所述混合反应通道(4)的个数为多个，且多个混合反应通道(4)并列设置。

7.根据权利要求2或3或4或5所述的一种新型微通道反应器，其特征在于：所述混合反应通道(4)的个数为多个，且多个混合反应通道(4)呈环形阵列排布。

8.根据权利要求2或3或4或5所述的一种新型微通道反应器，其特征在于：所述混合反应通道(4)的个数为多个，且多个混合反应通道(4)呈矩形阵列排布。

9.根据权利要求1所述的一种新型微通道反应器，其特征在于：所述出料口阀(6)的一侧还开设有清洗口(7)。

10.根据权利要求1所述的一种新型微通道反应器，其特征在于：所述混合反应通道(4)采用PTFE或PA或PEEK或不锈钢或钛合金或哈氏合金或钴铬合金或碳化硅材质制成。