CN209205267U - 管式微反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及微流控领域，具体涉及一种管式微反应器，其包括：导热管和固定在导热管内壁和/或外壁的至少一条微反应通道。本实用新型的管式微反应器，将若干微反应通道布设在导热管壁上，充分利用导热管的温度调节，使各微反应通道获得相同并均匀的反应温度，提高整体的反应效率和反应通量；以及通过将两个微流道层叠设置，减少平面空间的占用，合理利用立体空间，延长了微反应通道；其次，通过层叠微流道之间的连通实现流体的立体交叉混合，并且无需在每个微反应通道单元结束处均设有收窄的出口，进而保证了流体的流速，提高了流体通量和反应效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及微流控领域，具体涉及一种管式微反应器。
背景技术
现有技术中的管式微反应器，如图1所示，微反应器导管1-1外是导热介质1-2，反应流体A和反应流体B同时导入微反应器导管1-1中，在其中行进的过程中完成扩散混合，并由管外的导热介质控制温度。
事实上，此种混合形式，虽然通量高，但是最终形成的混合液体并没有得到充分的混合，混合效果较差；而且微反应器导管中心距离外管壁，也就是距离温度控制介质较远，致使反应过程温度控制不准确，容易导致副反应的发生。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种管式微反应器。
为了实现上述技术问题，本实用新型提供了一种管式微反应器，包括：导热管和固定在导热管内壁和/或外壁的至少一条微反应通道。
作为优选，所述微反应通道沿所述导热管的长度方向直线设置或者沿所述导热管的长度方向螺旋布设在所述导热管内壁和/或外壁上；以及所述微反应通道包括微反应通道单元；所述微反应通道单元包括：两个上下层叠设置的微流道，并且两微流道相互连通，以使两微流道内的流体相互混合。
作为优选，两微流道之间设有一组对流孔，所述一组对流孔包括两个对流孔，以使两微流道内的流体往返交叉混合。
作为优选，所述微流道呈L型；以及
在上下层叠的两个微流道中，
位于上部的所述微流道的拐点处与位于下部的所述微流道的端部通过一对流孔连通；
位于下部的所述微流道的拐点处与位于上部的所述微流道的端部通过另一所述对流孔连通。
作为优选，所述微流道呈L型，并且一微流道的流通尽头处设置有一个与另一微流道相互连通的引流端头，
在上下层叠的两个微流道中，
位于下部的所述微流道的流体适于通过一对流孔经引流端头流至上部的所述微流道中；以及
位于上部的微流道中的流体适于通过另一对流孔经引流端头流至所述位于下部的所述微流道中。
作为优选，所述微反应通道单元采用多层设置，且包括中间层和上、下层，其中
在上、下层与中间层的接触面上分别开设有沿微流道轨迹分布的凹槽；
中间层上开设有一组对流孔；以及
上、下层在其凹槽与中间层贴合后形成两微流道，且两微流道适于通过一组对流孔使两种流体通过往返两微流道实现交叉混合。
本实用新型的有益效果是，本实用新型的管式微反应器，将若干微反应通道布设在导热管内壁和/或外壁上，充分利用导热管的温度调节，使各微反应通道获得相同并均匀的反应温度，提高整体的反应效率和反应通量；以及通过将两个微流道层叠设置，减少平面空间的占用，合理利用立体空间，延长了微反应通道；其次，通过层叠微流道之间的连通实现流体的立体交叉混合，并且无需在每个微反应通道单元结束处均设有收窄的出口，进而保证了流体的流速，提高了流体通量和反应效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1为背景技术中所涉及的现有技术。
图2为微反应通道竖直设置在导热管外壁的结构示意图。
图3为微反应通道螺旋分布在所述导热管外壁的结构示意图。
图4是本实用新型中微反应通道的结构示意图。
图5是本实用新型第一种实施例中的微反应通道单元的结构示意图。
图6是图5在A-A处的剖视图。
图7是图5在C-C处的剖视图。
图8是本实用新型第一种实施例所对应的两微流道中流体流向简图。
图9是本实用新型一种微反应通道的第二种实施例的结构示意图。
图10是本实用新型第二种实施例中的微反应通道单元的结构示意图。
图11是图10在A-A处的剖视图。
图12是图10在C-C处的剖视图。
图13是本实用新型第二种实施例流体流向简图。
图14是本实用新型第二种实施例流体混合实例的结果图。
图中：
微反应器导管1-1，管外导热介质1-2；
导热管C1；
微反应通道1；
微反应通道单元10；
微流道100，上部的微流道100a、下部的微流道100b、拐点101，端部102；
对流孔200，引流端头300；
第一入剂口501，第二入剂口502；
入液口6；出液口7。
具体实施方式
现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
本实施例提供了一种管式微反应器，包括：导热管C1和固定在导热管内壁和/或外壁的至少一条微反应通道1。
所述微反应通道1的分布形式具有两种，图2为微反应通道1竖直设置在所述导热管C1外壁的结构示意图；图3为微反应通道1螺旋分布在所述导热管C1外壁的结构示意图（其中图3为示意图，因此微反应通道1以示意位置的形式展现）。
如图2所示，微反应通道1沿导热管C1的长度方向直线设置，其中，此处所指的微反应通道1沿导热管C1的长度方向直线设置含义为，微反应通道1的长度方向与导热管C1的长度方向平行直线设置或者多个微反应通道1平行。
图3所提供的一种是螺旋分布方式，螺旋分布的含义为，绕着导热管C1呈螺旋状延伸。螺旋设置的好处是，延长微反应通道的混合长度，从而加强混合效果。
在微反应通道1的数量为若干条时，能够提高本管式微反应器的整体反应通量，并且将若干微反应通道1布设在导热管C1外壁上，充分利用导热管C1的温度调节，使各微反应通道1获得相同并均匀的反应温度，提高整体的反应效率。
位于导热管内壁即微反应通道1整体浸入导热管C1内，按照与外管相同或相近的方式进行排布。
所述导热管C1可以通入导热油或者水等液体，用于调节反应温度，可以是加温也可以是降温。
作为微反应通道一种优选的实施方式。
图4是本实用新型中微反应通道的结构示意图。
图5是本实用新型第一种实施例中的微反应通道单元的结构示意图。
所述微反应通道1包括微反应通道单元10；所述微反应通道单元10包括：两个上下层叠设置的微流道100，并且两微流道100相互连通，以使两微流道100内的流体相互混合。
本实用新型的管式微反应器，在导热管C1的温度促进下，微反应通道1内的液体实现充分混合，混合效果好，且混合的反应通量大，本实施例结合了传统管式反应器和微反应器的优点，同时又克服了两者的缺点。
通过将两条微流道100层叠设置，减少平面空间的占用，合理利用立体空间，延长了微反应通道1；其次，通过层叠微流道100之间的连通实现流体的立体交叉混合，并且无需在每个微反应通道单元10结束处均设有收窄的出口，进而保证了流体的流速，提高了反应效率。
而其中，微流道100具有如下两种实施例：
作为微反应通道单元10一种可选的实施方式，结合图4和图5，两微流道100之间设有一组对流孔200，一组对流孔200包括两个对流孔200，以使两微流道100内的流体往返交叉混合。微流道100可以呈L型（以图5虚线部分为界）；以及在上下层叠的两个微流道100中，位于上部的微流道100的拐点101处与位于下部的微流道100的端部102通过一对流孔200连通；位于下部的微流道100的拐点101处与位于上部的微流道100的端部102通过另一对流孔200连通，进而实现两微流道100内的流体往返交叉混合。
从图4和图5可以看出，上下叠层的两个微流道100从俯视图的角度呈U形，其L型的两微流道采用近似对称布设。
图6是图5在A-A处的剖视图。该剖视图为流体从下部的微流道100b流至上部的微流道100a。
图7是图5在C-C处的剖视图。该剖视图为流体从上部的微流道100流至下部的微流道100。
从图6和图7所示，能够清楚的看到两流体经过对流孔分别在上、下部的微流道100内反复交叉。
在图5中，为了更清楚的表示拐点101和端部102的具体位置，因此对流孔未示出。
图8是本实用新型第一种实施例所对应的两微流道中流体流向简图，该图主要反应上部的微流道100a内流体的流向分布，且通过两种箭头分别表示两种流体的流动方向，即当两种流体分别注入微流道100以后，上部的微流道100a、下部的微流道100b对应的两种流体可以在拐点101、端部102处分别流向下部的微流道100、上部的微流道100a以实现交叉混合，在拐点101处是垂直于纸面向下的方向，将上部的微流道100a的流体流入下部的微流道100b以实现混合，而在端部102处是垂直于纸面向上的方向，将下部的微流道100b流入上部的微流道100a以实现混合，通过图5中的两种箭头示意可以很清楚的看出两种流体在上部的微流道100a进行混合；在混合之后流体再排出至串联设置的下一微反应通道单元10，重复上述过程。
作为微反应通道单元10另一种可选的实施方式。
图9是本实用新型一种微反应通道的第二种实施例的结构示意图。
图10是本实用新型第二种实施例中的微反应通道单元的结构示意图。
结合图9和图10所示，微流道100呈L型，并且一微流道100的流通尽头处设置有一个与另一微流道100相互连通的引流端头300。
图11是图10在A-A处的剖视图。该剖视图为流体从下部的微流道100b流至上部的微流道100a。
图12是图10在C-C处的剖视图。该剖视图为流体从上部的微流道100a流至下部的微流道100b。
从图11和图12所示，在上下层叠的两个微流道100中，位于下部的微流道100b的流体适于通过一对流孔200经引流端头300（位于上部的微流道100a的引流端头300）流至上部的微流道100a中；以及位于上部的微流道100a中的流体适于通过另一对流孔200经引流端头300（位于下部的微流道100b的引流端头300）流至位于下部的微流道100b中。
此处设置引流端头300，可以增大下部的微流道100中流体与进入上部的微流道100的流体的混合，极大的提高了混合效率。
见图9，当两种流体分别从第一入剂口501和第二入剂口502注入微流道100以后，两种流体分别在两个引流端头300处实现混合，而后，充分混合后的流体从出液口7中排出。
图13是本实用新型第二种实施例流体流向简图，该图主要反应上部的微流道100a内流体的流向分布；其中，位于上部的引流端头300即对应图中左侧的对流孔200处，流体是向上流动，即垂直于纸面朝上，而位于下部的引流端头300，即图中右侧的对流孔200处，流体是向下流动，即垂直于纸面朝下；通过两种箭头分别表示两种流体的流动方向，通过两种箭头示意可以很清楚的看出两种流体在上部的微流道100a进行混合。
作为微反应通道单元一种可选的结构，微反应通道单元采用多层设置，且包括中间层和上、下层；其中上层对应上部的微流道100，下层对应下部的微流道100；在上、下层与中间层的接触面上分别开设有沿微流道100轨迹分布的凹槽；中间层上开设有一组对流孔200；以及上、下层在其凹槽与中间层贴合后形成两微流道100，且两微流道适于通过一组对流孔200使两种流体通过往返两微流道实现交叉混合。
图14是本实用新型第二种实施例流体混合实例的结果图。
该流体混合模拟结果是在输入的流体流速为0.6m/s下进行的。
上层的微流道100和下层的微流道100均注入不同的流体，分别定义流体A、流体B，在第一个微反应通道单元10可以看出明显的流体交叉混合现象，其中两流体白色线条部分（图中用AB表示）表示两者进行混合反应；在位于后段的微反应通道单元中，明显白色线条部分增多，并且在最后，两种流体明显充分混合。
从上述结果可以看出，本微反应通道1能够在高流速的情况下实现快速均匀混合，比传统的微反应通道的混合效率更高。
综上所述，本管式微反应器在导热管C1的作用下，控制微反应通道1内的液体的反应温度，加速其混合速度，并且将若干微反应通道1布设在导热管外壁上，充分利用导热管C1的温度调节，使各微反应通道1获得相同并均匀的反应温度，提高整体的反应效率和反应通量；以及利用双层设置的微流道100与对流孔200实现流体的上、下交叉混合，采用立体的方式增大了微反应通道的长度，在相同微反应芯片上能够实现更长的微流道100反应通道布局，提高了微反应效果，并且无需在每个微反应通道单元10结束处均设有收窄的出口，进而保证了流体的高流速，并在保证混合效率的同时，提高了产量。
以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (6)
1.一种管式微反应器，其特征在于，包括：
导热管和固定在导热管内壁和/或外壁的至少一条微反应通道。
2.根据权利要求1所述的管式微反应器，其特征在于，
所述微反应通道沿所述导热管的长度方向直线设置或者沿所述导热管的长度方向螺旋布设在所述导热管壁上；以及
所述微反应通道包括微反应通道单元；
所述微反应通道单元包括：两个上下层叠设置的微流道，并且两微流道相互连通，以使两微流道内的流体相互混合。
3.如权利要求2所述的管式微反应器，其特征在于：
两微流道之间设有一组对流孔，所述一组对流孔包括两个对流孔，以使两微流道内的流体往返交叉混合。
4.如权利要求3所述的管式微反应器，其特征在于，
所述微流道呈L型；以及
在上下层叠的两个微流道中，
位于上部的所述微流道的拐点处与位于下部的所述微流道的端部通过一对流孔连通；
位于下部的所述微流道的拐点处与位于上部的所述微流道的端部通过另一所述对流孔连通。
5.如权利要求3所述的管式微反应器，其特征在于，
所述微流道呈L型，并且一微流道的流通尽头处设置有一个与另一微流道相互连通的引流端头，
在上下层叠的两个微流道中，
位于下部的所述微流道的流体适于通过一对流孔经引流端头流至上部的所述微流道中；以及
位于上部的微流道中的流体适于通过另一对流孔经引流端头流至所述位于下部的所述微流道中。
6.如权利要求4或5所述的管式微反应器，其特征在于，
所述微反应通道单元采用多层设置，且包括中间层和上、下层，其中
在上、下层与中间层的接触面上分别开设有沿微流道轨迹分布的凹槽；
中间层上开设有一组对流孔；以及
上、下层在其凹槽与中间层贴合后形成两微流道，且两微流道适于通过一组对流孔使两种流体通过往返两微流道实现交叉混合。
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