CN207941501U - 一种微反应器及化工生产系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种微反应器及化工生产系统，涉及化学反应设备领域。其包括：筒体，筒体限定容纳空腔。筒体安装有进料管，进料管与容纳空腔相互连通。还包括反应管，反应管呈螺旋型且设置于容纳空腔内，反应管的两端均贯穿筒体并延伸至筒体外。螺旋盘绕增加了反应管在相同空间内的盘绕长度，使反应管能够在有限的空间条件下增加换热介质和反应物料的换热面积，提高换热效率。同时螺旋盘绕也进一步增加了流体在反应管内的传质效果。传质效果和传热效果同时得到提高，使反应物料的反应均匀性更高，反应收率更高。本实用新型还提供一种化工生产系统，包括上述微反应器。该化工生产系统利用微反应器的高效换热能力，能达到提高生产效率和生产能力的目的。

Description

一种微反应器及化工生产系统

技术领域

本实用新型涉及化学反应设备领域，具体而言，涉及一种微反应器及化工生产系统。

背景技术

反应装置是化工领域常用的装置之一。化工反应中常常伴随着剧烈的热量释放，而热量不能及时排除，会导致反应过程温度的上升，影响反应的正常进行，降低反应产率。为了提高反应物的混合和传热效率，出现了一种微反应器。目前现有的微反应器虽然相较于传统反应器的传热效果有所提高，但行业对于化学反应的要求也越来越高，因此微反应器的传热效果仍然有待提高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种微反应器，其具有较高的换热能力，能够使反应过程中的传热和温度得到更好的控制。

本实用新型的另一目的在于提供一种化工生产系统，其能够利用微反应器较高的换热能力达到提高生产效率的目的。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种微反应器，包括：

筒体，筒体限定容纳空腔。筒体安装有进料管，进料管与容纳空腔相互连通。

反应管，反应管呈螺旋型且设置于容纳空腔内，反应管的两端均贯穿筒体并延伸至筒体外。

进一步地，筒体安装有多个进料管，至少两个进料管具有不同的倾斜角度。

进一步地，还包括安装于筒体的出料管。进料管、容纳空腔和出料管依次连通。进料管与出料管相对设置于筒体的两端，反应管位于进料管与出料管之间。

进一步地，反应管的直径为3-8毫米。

进一步地，反应管的部分管壁与至少一个进料管的出口正对。

进一步地，反应管包括相互连通的第一螺旋管与第二螺旋管。第一螺旋管和第二螺旋管均位于容纳空腔内，第二螺旋管被第一螺旋管环绕。

进一步地，第一螺旋管用于将反应物料导入至容纳空腔内，第二螺旋管用于将反应物料导出至容纳空腔外。

进一步地，第一螺旋管的进口段与第二螺旋管的出口段均贯穿筒体并延伸至筒体外。

进一步地，进口段和出口段位于筒体径向上的同一平面。

进一步地，反应管内设置扰流组件，扰流组件与反应管可拆卸连接。

进一步地，扰流组件包括倾斜角度不同的第一挡板和第二挡板。

进一步地，第一挡板和/或第二挡板开设多个通孔。

一种化工生产系统，包括上述任意一种微反应器。

本实用新型实施例至少具有如下优点或有益效果：

本实用新型实施例提供一种微反应器，其主要包括筒体和反应管。其中，筒体安装有进料管，且进料管均与筒体限定的容纳空腔相互连通，以便由进料管进行进料，保证进料充足。反应管呈螺旋型且设置于容纳空腔内，反应管的两端均贯穿筒体并延伸至筒体外，便于反应管的进料和出料。螺旋盘绕增加了反应管在相同空间内的盘绕长度，使反应管能够在有限的空间条件下增加换热介质和反应物料的换热面积，提高换热效率。同时螺旋盘绕也进一步增加了流体在反应管内的传质效果。传质效果和传热效果同时得到提高，使反应物料的反应均匀性更高，反应收率更高。

本实用新型实施例还提供一种化工生产系统，包括上述微反应器。该化工生产系统利用微反应器的高效换热能力，能达到提高生产效率和生产能力的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的微反应器100的结构示意图；

图2为图1的A向视图；

图3为图1的B向视图；

图4为本实用新型实施例提供的扰流组件的结构示意图。

图标：100-微反应器；110-筒体；112-容纳空腔；114-进料管；116-出料管；150-反应管；152-第一螺旋管；154-第二螺旋管；156-弯曲段；158-进口段；160-出口段；162-扰流组件；164-固定筒；166-第一挡板；168-第二挡板；170-通孔。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“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实用新型中的具体含义。

实施例

请参照图1，图1所示为微反应器100的结构示意图。本实施例提供一种微反应器100，其主要用于为化学反应提供反应场所以及合适的反应条件。

微反应器100包括相互连接的筒体110和反应管150。反应管150安装于筒体110内，且反应管150的两端均贯穿筒体110并延伸至筒体110外，便于反应管150的进料和出料。其中，反应管150的直径一般为3-8毫米。

本实施例中，筒体110内用于盛装换热介质，反应管150用于盛装反应物料。可利用换热介质对反应物料进行升温或者降温，以使反应物料处于合适的反应温度下。

筒体110限定容纳空腔112，反应管150位于容纳空腔112内。容纳空腔112用于盛装换热介质。

筒体110上安装有多个(至少2个)进料管114，每个进料管114均与容纳空腔112相互连通。进料管114用于向容纳空腔112内导入换热介质。本实施中，采用了9个进料管114，且9个进料管114均安装于筒体110一端的端面。该设置能够延长换热介质与反应管150的接触时间，使换热介质与反应管150能够充分接触。换热介质与反应管150充分接触能够大大增强换热介质与反应物料的换热效果。当然，其他实施例中，进料管114的数量和安装位置均可以根据具体需求进行相应调整，例如可以将进料管114安装于筒体110的周面上。

所有进料管114中，至少两个进料管114具有不同的倾斜角度，即至少两个进料管114的出口具有不同的朝向，使得物料流出时具有更高的撞击可能性，在物料内产生旋涡，从而增强物料的换热效果。撞击形式包括物料之间的相互撞击、物料与筒体110之间的撞击、物料与反应管150之间的撞击等。如图1所示，本实施例中9个进料管114具有5种倾斜角度。反应管150、进料管114管径较小，实用新型人研究发现，在该种状态下，换热介质和反应物料的流动容易呈现层流状态。层流和紊流均属于流体的流动状态。流体在管内流动时，其质点沿着与管轴平行的方向作平滑直线运动，此种流动称为层流或滞流，亦有称为直线流动的。紊流时，流体的流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，流体流动具有明显的无序性和扩散性，而这种扩散包括传质、传热和传递动量等形式的扩散。层流状态下，换热介质和反应物料的换热效果将大大下降。本实施例中安装的进料管114具有不同的倾斜角度，使得换热介质流出进料管114后能够以不同的喷出角度进入到容纳空腔112内，从而提高了换热介质之间的相互碰撞几率、换热介质与反应管150的碰撞几率、换热介质与筒体110的碰撞几率，碰撞使层流变为紊流，进而提高换热介质的换热效率，增强微反应器100的换热效果。

筒体110上还安装有出料管116，便于换热介质的出料。进料管114、容纳空腔112和出料管116依次连通。本实施例中，出料管116和进料管114相对设置于筒体110的两端，即出料管116安装于筒体110另一端的端面上。反应管150位于进料管114与出料管116之间。该种设置下，换热介质有充足的时间与反应管150接触，提高了换热介质的利用率，增强了换热效果。

本实施例中，筒体110呈圆柱型，反应管150所限定形成的形状也是圆柱型。两者形状相同时，更有利于筒体110内的换热介质与反应管150的各处均匀、充分接触，以提高换热效率。当然，其他实施例中，反应管150最外侧限定的形状也可以是其他形状，例如圆锥形、球形、方形等，筒体110可以选择与其相同的形状，也可以选择不同的形状。

本实施例中，反应管150呈螺旋型，如图1所示，反应管150由筒体110的一端螺旋至筒体110的另一端，螺旋形成的形状即为圆柱型。螺旋型的设置能够在有限的空间条件下增加换热介质和反应物料的换热面积，提高换热效率。当然，其他实施例中，反应管150也可以以其他排列方式进行设置，例如U型，多个直管阵列，多个螺旋管阵列等。

为保证反应管150与换热介质的碰撞，本实施例中反应管150的部分管壁与至少一个进料管114的出口正对。当该进料管114中的换热介质流出时，这部分换热介质将直接与反应管150的管壁产生碰撞，从而引发换热介质之间的碰撞和换热介质与筒体110的碰撞，进而改变换热介质的层流状态，提高换热介质的换热效率。

本实施例中，反应管150包括相互连通的第一螺旋管152与第二螺旋管154。第一螺旋管152与第二螺旋管154通过弯曲段156圆滑过渡。第一螺旋管152和第二螺旋管154均位于容纳空腔112内，第二螺旋管154被第一螺旋管152环绕。内外两层螺旋管的排列方式能够进一步增加换热面积，同时也使得换热面积分布更加均匀，使反应管150内各处的温度一致性更高，有利于更准确、全面地控制反应物料的温度，减少副反应的发生，提高反应收率，同时节约了微反应器100的占用空间。当然，其他实施例中，也可以进一步增加螺旋管的层数或仅设置一层螺旋管。另外，为了防止多层螺旋管的变形，其他实施例中可以进一步设置支撑件用于支撑反应管150。

进一步地，第一螺旋管152的进口段158与第二螺旋管154的出口段160均贯穿筒体110并延伸至筒体110外。反应物料由进口段158进料，在第一螺旋管152和第二螺旋管154内发生反应后，由出口段160出料。如图1所示，反应物料沿第一螺旋管152螺旋上升后，经过弯曲段156过渡至第二螺旋管154并沿第二螺旋管154螺旋下降至出口段160。请参照图2和图3，图2所示为图1的A向视图，图3所示为图1的B向视图。结合图1、图2和图3可知，本实施例中，进口段158和出口段160位于筒体110径向上的同一平面。该设置能够充分利用多层的螺旋空间，使反应物料进行充分的反应，也进一步提高各处反应物料的温度均匀性，有利于提高反应收率。当然，其他实施例中，进口段158和出口段160的相对位置可以根据具体需求进行相应调整。其他实施例中也可以从出口段160进料，由进口段158出料。

请参照图4，图4所示为扰流组件162的结构示意图。本实施例中，反应管150内还可以进一步设置扰流组件162，当反应物料流经扰流组件162时，扰流组件162一方面使反应物料之间的混合效果增强，另一方面破坏反应物料的层流状态，加强反应物料与换热介质之间的换热效果和反应物料之间的传质效果。本实施例中，扰流组件162与反应管150可拆卸连接，当反应物料之间的反应为强放热反应时，可以将扰流组件162拆除，避免热量不能及时导出。可拆卸连接的方式可以是多种，例如螺纹连接，卡接等。

扰流组件162可以设置在反应管150的任意位置。本实施例中，扰流组件162设置在进口段158内，便于反应物料以较好的流动状态进入到第一螺旋管152内。当然，其他实施例中，也可以在反应管150的各个位置等间距设置多个扰流组件162。

扰流组件162包括固定筒164、第一挡板166和第二挡板168。第一挡板166和第二挡板168具有不同的倾斜角度，且均安装于固定筒164内。其他实施例中，也可以将两个挡板直接安装于进口段158内进行扰流。不同倾斜角度的挡板能够对反应物料进行扰流，从而改变反应物料的流动状态，增强换热效果和传质效果。当然，其他实施例中，可以采用其他的扰流结构，例如填充固体填料或更改挡板的数量和安装位置。固定筒164的直径可以与进口段158的直径相同，便于进口段158与固定筒164的匹配连接。当然，其他实施例中，固定筒164还可以是其他形状，也可以通过焊接将固定筒164连接至进口段158上。

进一步地，本实施例中，第一挡板166和第二挡板168上均开设多个通孔170，用于降低反应物料流经扰流组件162前后的压降。流体流动时克服内摩擦力和克服紊流时流体质点间相互碰撞并交换动量引起流体流动的前后处产生压力差，即为压降。压降过大不仅不利于微反应器100的安全性，也将使反应物料的反应效果变差。

微反应器100的工作原理是：

换热介质由进料管114进入容纳空腔112内，可以待换热介质充满容纳空腔112后再进行反应物料的进料工作，以提高反应物料各处的换热均匀性。连续的生产过程，一般需要将出料管116打开，使换热介质可以连续、循环进行热交换。换热介质由多个进料管114进入容纳空腔112时，具有多个不同的喷流角度，不同方向的喷流和碰撞，使换热介质内部具有不同的流动方向，从而在换热介质内部形成多个旋涡进而加强换热介质与反应管150管壁的对流换热，达到增强换热介质与反应物料换热效果的目的。反应物料由进口段158依次流经第一螺旋管152、第二螺旋管154，反应物料的反应、换热也主要集中在第一螺旋管152和第二螺旋管154内进行，两层螺旋管使反应物料得到充分且均匀的反应和换热，最后反应物料由出口段160流出。反应物料进入进口段158后将受到扰流组件162的扰流，从而提高反应物料的传质效果，同时增强反应物料与换热介质的换热效果。微反应器100的传质效果和传热效果同时得到增强，使反应过程中的传热和温度可控性更高，反应收率大大提升。

本实施例还提供一种化工生产系统，包括微反应器100，其具有较高的生产能力和生产效率。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种微反应器，其特征在于，包括：

筒体，所述筒体限定容纳空腔，所述筒体安装有进料管，所述进料管与所述容纳空腔相互连通；

反应管，所述反应管呈螺旋型且设置于所述容纳空腔内，所述反应管的两端均贯穿所述筒体并延伸至所述筒体外。

2.根据权利要求1所述的微反应器，其特征在于：

所述筒体安装有多个所述进料管，至少两个所述进料管具有不同的倾斜角度。

3.根据权利要求1所述的微反应器，其特征在于：

还包括安装于所述筒体的出料管，所述进料管、所述容纳空腔和所述出料管依次连通，所述进料管与所述出料管相对设置于所述筒体的两端，所述反应管位于所述进料管与所述出料管之间。

4.根据权利要求1所述的微反应器，其特征在于：

所述反应管的直径为3-8毫米。

5.根据权利要求1所述的微反应器，其特征在于：

所述反应管的部分管壁与至少一个进料管的出口正对。

6.根据权利要求1所述的微反应器，其特征在于：

所述反应管包括相互连通的第一螺旋管与第二螺旋管，所述第一螺旋管和所述第二螺旋管均位于所述容纳空腔内，所述第二螺旋管被所述第一螺旋管环绕。

7.根据权利要求6所述的微反应器，其特征在于：

所述第一螺旋管用于将反应物料导入至所述容纳空腔内，所述第二螺旋管用于将所述反应物料导出至所述容纳空腔外。

8.根据权利要求6所述的微反应器，其特征在于：

所述第一螺旋管的进口段与所述第二螺旋管的出口段均贯穿所述筒体并延伸至所述筒体外。

9.根据权利要求8所述的微反应器，其特征在于：

所述进口段和所述出口段位于所述筒体径向上的同一平面。

10.根据权利要求1-9任一项所述的微反应器，其特征在于：

所述反应管内设置扰流组件，所述扰流组件与所述反应管可拆卸连接。

11.根据权利要求10所述的微反应器，其特征在于：

所述扰流组件包括倾斜角度不同的第一挡板和第二挡板。

12.根据权利要求11所述的微反应器，其特征在于：

所述第一挡板和/或所述第二挡板开设多个通孔。

13.一种化工生产系统，其特征在于：

包括如权利要求1-12任一项所述的微反应器。