CN209549446U - 微型反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于化工反应器技术领域，涉及一种微型反应器。该微型反应器包括传动模组以及若干反应模组，所述反应模组包括反应管以及搅拌轴，所述搅拌轴置于反应管内并沿所述反应管的轴向延伸，所述传动模组用于带动所述搅拌轴转动。该微型反应器可大幅度提高反应效率，缩短反应时间，抑制副反应，从而提高反应收率。

Description

微型反应器

技术领域

本实用新型属于化工反应器技术领域，特别是涉及一种微型反应器。

背景技术

化学反应器是完成化学反应的场所，是化工行业基本的必备设备。目前化工生产行业常用的是搪瓷搅拌反应釜，其优点是反应器容积大，最大可到单釜容积25KL，搅拌强度大，耐腐蚀，通用性好，价格相对较低。其缺点是采用夹套，由外往里传热，加上搪瓷层传热系数较低，传热效率较低，需要延长反应时间来保证反应完成，对高放热反应还需要反应过程强制冷却来抑制反应温度急剧上升带来的安全隐患，反应温度不易控制准确。搪瓷搅拌反应釜还存在一大缺点是自身笨重易碎，又容易因温差大或机械碰撞等发生搪瓷跳瓷裂纹现象，维修不方便。

以美国Corning公司微反应器为代表的微米级微反应器在有机合成方面已应用成熟，其微米级毛细管反应器可使常规条件下需要几个小时完成的反应在几秒内瞬间完成，体现出超级强大的传质和传热效率，反应收率高，环保性好，在高端有机合成和高放热性合成反应中应用，体现出强大的优越性。但微米级微反应器对制造精度要求非常高，造价昂贵，使其大规模应用受到限制。常规管道式反应器在石化行业有大规模应用，如裂解反应器，聚合反应器等，是由一组或多组细长耐压合金管道构成，物料在管道内平推流反应，管道细长且有弯曲，可能有催化填充物，无法内置搅拌，这类反应器并不适合精细化工生产。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有的搪瓷搅拌反应釜反应时间较长的技术问题，提供一种微型反应器。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种微型反应器，包括传动模组以及若干反应模组，所述反应模组包括反应管以及搅拌轴，所述搅拌轴置于反应管内并沿所述反应管的轴向延伸，所述传动模组用于带动所述搅拌轴转动。

根据本实用新型实施例的微型反应器，传动模组带动所述搅拌轴转动，以使反应管内的反应物料均匀反应。通过缩小反应物料容积约2000倍以上来提高反应的传质效率，可大幅度提高反应效率，缩短反应时间，抑制副反应，从而提高反应收率。同时，变传统管式反应器的静态为动态，解决了物料在反应管内发生层流的问题，确保1～2L容量的反应物料在反应管内流动过程中可均匀地进行混合及反应。此外，本实用新型实施例的微型反应器对制造精度要求不高，系非压力容器，使用安全简便，反应管的材料可按接触物料选择匹配的金属材料制成，动密封面基本不与物料接触，动静密封要求较低。使用过程中拆卸方便，易于清洗。使用寿命长，不受温差影响。

可选地，所述微型反应器还包括箱体，所述传动模组及若干反应模组位于所述箱体内，且所述传动模组位于若干所述反应模组的上方；

所述箱体上设置有进料口以及出料口，所述进料口位于所述出料口的下方，所述出料口位于所述传动模组的下方，所述反应管的上端开口与所述出料口连通，所述反应管的下端开口与所述进料口连通。

可选地，若干所述反应模组的反应管并列设置于所述箱体内，所述反应管的管径为10～40mm，所述反应管的管壁厚度为0.8～1.5mm，所述反应管的长度为1.5～2.5m。

可选地，所述箱体包括从上至下设置的上部管箱、中部管箱以及下部管箱，所述中部管箱固定连接在所述上部管箱与下部管箱之间，所述出料口设置在所述上部管箱上，所述进料口设置在所述下部管箱上，所述传动模组位于所述上部管箱内。

可选地，所述箱体内设置有上反应管板以及下反应管板，所述上反应管板上设置有若干与所述反应管的上端匹配的上安装孔，所述下反应管板上设置有若干与所述反应管的下端匹配的下安装孔，所述反应管的上端固定连接在所述上安装孔内，所述反应管的下端固定连接在所述下安装孔内，以将所述箱体的内部空间分割成相互独立的上部腔室、中部腔室以及下部腔室；

所述上部腔室由所述上部管箱及上反应管板围成，所述中部腔室由所述上反应管板、反应管、中部管箱及下反应管板围成，所述下部腔室由所述下部管箱及下反应管板围成；

所述反应管的上端开口通过所述上部腔室与所述出料口连通，所述反应管的下端开口通过所述下部腔室与所述进料口连通。

可选地，所述箱体内还设置有上搅拌轴支撑板以及下搅拌轴支撑板，所述上搅拌轴支撑板固定连接在所述上反应管板的上方，所述下搅拌轴支撑板固定连接在所述下反应管板的下方，所述上搅拌轴支撑板上设置有可供所述搅拌轴穿过的通孔，若干所述反应模组的搅拌轴支撑在所述下搅拌轴支撑板的上方。

可选地，所述中部管箱上设置有热介质进口以及热介质出口，所述热介质进口及热介质出口与所述中部腔室连通。

可选地，所述传动模组包括若干微型直流减速电机，若干所述微型直流减速电机的输出轴一一对应地与所述若干所述反应模组的搅拌轴的上端固定连接。

可选地，所述传动模组包括微型直流减速电机以及齿轮传动组，所述若干所述反应模组的搅拌轴的上端与所述齿轮传动组固定连接，所述微型直流减速电机用于驱动所述齿轮传动组内的齿轮转动，所述齿轮传动组可带动若干所述反应模组的搅拌轴转动。

可选地，所述搅拌轴包括旋转杆以及固定连接在所述旋转杆上的搅拌桨叶。

附图说明

图1是本实用新型一实施例提供的微型反应器的示意图；

图2是图1中A处的放大图。

说明书中的附图标记如下：

1、传动模组；11、微型直流减速电机；

2、反应模组；21、反应管；22、搅拌轴；221、旋转杆；222、搅拌桨叶；

3、箱体；31、上部管箱；311、出料口；32、中部管箱；321、热介质进口；322、热介质出口；33、下部管箱；331、进料口；34、上部腔室；35、中部腔室；36、下部腔室；

4、上反应管板；5、下反应管板；6、上搅拌轴支撑板；7、下搅拌轴支撑板；8、第一大法兰；9、第二大法兰。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1及图2所示，本实用新型实施例提供的微型反应器，包括传动模组1以及若干反应模组2，所述反应模组2包括反应管21以及搅拌轴22，所述搅拌轴22置于反应管21内并沿所述反应管21的轴向延伸，所述传动模组1用于带动所述搅拌轴22转动。

本实用新型实施例提供的微型反应器，所述传动模组1带动所述搅拌轴22转动，以使反应管21内的反应物料在所述搅拌轴22的转动搅拌下均匀反应。通过缩小反应物料容积约2000倍以上，提高反应的传质效率，可大幅度提高反应效率，缩短反应时间，抑制副反应，从而提高反应收率。同时，变传统管式反应器的静态为动态，解决了物料在反应管21内发生层流的问题，确保1～2L容量的反应物料在反应管21内的流动过程中可均匀地进行混合及反应。此外，本实用新型实施例的微型反应器对制造精度要求不高，系非压力容器，使用安全简便，反应管21的材料可按接触物料选择匹配的金属材料制成，动密封面基本不与物料接触，动静密封要求较低。使用过程中拆卸方便，易于清洗。使用寿命长，不受温差影响。

在一实施例中，所述反应模组2设置有50～300个。

在一实施例中，如图1所示，所述微型反应器还包括箱体3，所述传动模组1及若干反应模组2位于所述箱体3内，且所述传动模组1位于若干所述反应模组2的上方。

所述箱体3上设置有进料口331以及出料口311，所述进料口331位于所述出料口311的下方，所述出料口311位于所述传动模组1的下方，所述反应管21的上端开口与所述出料口311连通，所述反应管21的下端开口与所述进料口331连通。

进行物料搅拌时，预热的物料通过预混合器混合均匀后从所述箱体3的进料口331进料，预热的物料经所述反应模组2进行反应，反应后的物料从所述箱体3的出料口311出料到敞口容器内。

通过将所述进料口331设置在所述出料口311的下方，以使预热的物料由反应管21的下端开口进入反应管21内，并使反应后的物料由反应管21的上端开口流出所述反应管21，使物料的反应更加充分且均匀。通过将所述传动模组1设置在若干所述反应模组2的上方，以避免反应管21内的物料流至所述传动模组1上，以延长所述传动模组1的使用寿命。

在一实施例中，如图1所示，若干所述反应模组2的反应管21并列设置于所述箱体3内，所述反应管21的管径为10～40mm，所述反应管21的管壁厚度为0.8～1.5mm，所述反应管21的长度为1.5～2.5m。

所述反应管21作为微型反应器的核心，其可由金属材料无缝管制成，也可根据接触物料腐蚀特性选择不锈钢、钛材、哈氏合金或锆材等。

优选地，所述反应管21的管径为32mm，所述反应管21的长度为2m，以保证物料的充分混合及反应。

在一实施例中，如图1及图2所示，所述箱体3包括从上至下设置的上部管箱31、中部管箱32以及下部管箱33，所述中部管箱32固定连接在所述上部管箱31与下部管箱33之间，所述出料口311设置在所述上部管箱31上，所述进料口331设置在所述下部管箱33上，所述传动模组1位于所述上部管箱31内。

所述上部管箱31与中部管箱32之间通过第一大法兰8连接，所述第一大法兰8包括第一法兰以及第二法兰，所述第一法兰固定连接在所述上部管箱31上，所述第二法兰固定连接在所述中部管箱32的上端，所述第一法兰与第二法兰之间采用石墨缠绕金属垫片螺栓密封。

所述下部管箱33与中部管箱32之间通过第二大法兰9连接，所述第二大法兰9包括第三法兰以及第四法兰，所述第三法兰固定连接在所述中部管箱32的下端，所述第四法兰固定连接在所述下部管箱33上，所述第三法兰与第四法兰之间采用石墨缠绕金属垫片螺栓密封。

在一实施例中，如图1及图2所示，所述箱体3内设置有上反应管板4以及下反应管板5，所述上反应管板4上设置有若干与所述反应管21的上端匹配的上安装孔，所述下反应管板5上设置有若干与所述反应管21的下端匹配的下安装孔，所述反应管21的上端固定连接在所述上安装孔内，所述反应管21的下端固定连接在所述下安装孔内，以将所述箱体3的内部空间分割成相互独立的上部腔室34、中部腔室35以及下部腔室36。

所述上部腔室34由所述上部管箱31及上反应管板4围成，所述中部腔室35由所述上反应管板4、反应管21、中部管箱32及下反应管板5围成，所述下部腔室36由所述下部管箱33及下反应管板5围成。

所述反应管21的上端开口通过所述上部腔室34与所述出料口311连通，所述反应管21的下端开口通过所述下部腔室36与所述进料口331连通。

所述上反应管板4位于所述第一法兰与第二法兰之间，所述下反应管板5位于所述第三法兰与第四法兰之间。

通过将所述箱体3的内部空间分割成相互独立的上部腔室34、中部腔室35以及下部腔室36，以防止所述反应管21的进料与出料之间发生混合，影响反应效率。此外，通过设置所述中部腔室35，以实现所述微型反应器的内部换热。

所述上反应管板4及下反应管板5作为固定反应管21的部件，反应管21可通过焊接工艺与所述上反应管板4及下反应管板5固定连接。

在一实施例中，如图1及图2所示，所述箱体3内还设置有上搅拌轴支撑板6以及下搅拌轴支撑板7，所述上搅拌轴支撑板6固定连接在所述上反应管板4的上方，所述下搅拌轴支撑板7固定连接在所述下反应管板5的下方，所述上搅拌轴支撑板6上设置有可供所述搅拌轴22穿过的通孔，若干所述反应模组2的搅拌轴22支撑在所述下搅拌轴支撑板7的上方。

所述搅拌轴22穿过上搅拌轴支撑板6并支撑在下搅拌轴支撑板7上，所述上搅拌轴支撑板6及下搅拌轴支撑板7可对所述搅拌轴22进行限位，以使所述搅拌轴22始终绕同一旋转轴线进行旋转。

所述搅拌轴22的两端设置有滑动密封轴套，所述搅拌轴22与上搅拌轴支撑板6及下搅拌轴支撑板7之间均建立滑动轴套摩擦副，以减少所述搅拌轴22旋转时对上搅拌轴支撑板6及下搅拌轴支撑板7的磨损。

在一实施例中，所述上搅拌轴支撑板6及下搅拌轴支撑板7采用聚四氟乙烯厚板加工制成，所述上搅拌轴支撑板6及下搅拌轴支撑板7的厚度为10～15mm。所述上搅拌轴支撑板6通过多组金属锚固杆与所述上反应管板4固定连接，所述下搅拌轴支撑板7通过多组金属锚固杆与所述下反应管板5固定连接。

在一实施例中，如图1所示，可通过所述上搅拌轴支撑板6对所述上部腔室34内的物料进行隔离，以使所述传动模组远离物料。

在一实施例中，如图1所示，所述中部管箱32上设置有热介质进口321以及热介质出口322，所述热介质进口321及热介质出口322与所述中部腔室35连通。

热介质可通过所述热介质进口321进入中部腔室35内并在所述中部腔室35内循环，循环后的热介质由所述热介质进口321排出，以实现所述微型反应器的换热。

相比于传统的搪瓷反应釜，本实用新型实施例提供的微型反应器的换热面积的换热面积可提高5倍以上，换热系数可提高3倍以上，整体换热效率可提高15倍以上，易于反应温度的准确控制。

在一实施例中，如图1所示，若热介质为蒸汽，由于所述中部管箱32的内表面接触蒸汽，不具腐蚀性，可采用碳钢和其他接液金属复合材料制成。

在一实施例中，如图1及图2所示，所述传动模组1包括若干微型直流减速电机11，若干所述微型直流减速电机11的输出轴一一对应地与所述若干所述反应模组2的搅拌轴22的上端固定连接。

所述微型直流减速电机11的输出轴通过微型联轴节一一对应地连接在搅拌轴22上。所述微型直流减速电机11的输入电压为直流24V，通过调节电压控制搅拌轴22的转速，实现多搅拌轴22的统一控制。所述搅拌轴22的转速为30～120rpm。

在图未示出的其他实施例中，所述传动模组包括微型直流减速电机以及齿轮传动组，所述若干所述反应模组的搅拌轴的上端与所述齿轮传动组固定连接，所述微型直流减速电机用于驱动所述齿轮传动组内的齿轮转动，所述齿轮传动组可带动若干所述反应模组的搅拌轴转动。该传动模组采用多各反应模组共用一组微电机的方式，通过齿轮传动组内的微型齿轮分配搅拌动力，使搅拌轴转动。

在一实施例中，如图2所示，所述搅拌轴22包括旋转杆221以及固定连接在所述旋转杆221上的搅拌桨叶222。所述旋转杆221为直径5mm的金属杆，所述搅拌桨叶222为聚四氟乙烯搅拌桨叶。

本实用新型实施例提供的微型反应器适合于同时具有以下特征的化学反应，无机或有机均可，反应速度较快，釜式搅拌状态下反应完成时间不超过3小时。

(1)反应最高温度不超过180℃，由于反应过程放热或吸热量较大，常规釜式反应器的温度控制方式比较困难。

(2)反应在常压下进行。

(3)反应物料不含固体不溶物。

(4)反应过程中不产生不溶于反应介质的固态物料。

(5)反应过程不产生大量气体。

本实用新型实施例提供的微型反应器不能单独使用，需与注射式计量泵，管道混合器，预热器等辅助设备一起构成一套连续化反应系统。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微型反应器，其特征在于，包括传动模组以及若干反应模组，所述反应模组包括反应管以及搅拌轴，所述搅拌轴置于反应管内并沿所述反应管的轴向延伸，所述传动模组用于带动所述搅拌轴转动。

2.根据权利要求1所述的微型反应器，其特征在于，所述微型反应器还包括箱体，所述传动模组及若干反应模组位于所述箱体内，且所述传动模组位于若干所述反应模组的上方；

所述箱体上设置有进料口以及出料口，所述进料口位于所述出料口的下方，所述出料口位于所述传动模组的下方，所述反应管的上端开口与所述出料口连通，所述反应管的下端开口与所述进料口连通。

3.根据权利要求2所述的微型反应器，其特征在于，若干所述反应模组的反应管并列设置于所述箱体内，所述反应管的管径为10～40mm，所述反应管的管壁厚度为0.8～1.5mm，所述反应管的长度为1.5～2.5m。

4.根据权利要求2或3所述的微型反应器，其特征在于，所述箱体包括从上至下设置的上部管箱、中部管箱以及下部管箱，所述中部管箱固定连接在所述上部管箱与下部管箱之间，所述出料口设置在所述上部管箱上，所述进料口设置在所述下部管箱上，所述传动模组位于所述上部管箱内。

5.根据权利要求4所述的微型反应器，其特征在于，所述箱体内设置有上反应管板以及下反应管板，所述上反应管板上设置有若干与所述反应管的上端匹配的上安装孔，所述下反应管板上设置有若干与所述反应管的下端匹配的下安装孔，所述反应管的上端固定连接在所述上安装孔内，所述反应管的下端固定连接在所述下安装孔内，以将所述箱体的内部空间分割成相互独立的上部腔室、中部腔室以及下部腔室；

所述上部腔室由所述上部管箱及上反应管板围成，所述中部腔室由所述上反应管板、反应管、中部管箱及下反应管板围成，所述下部腔室由所述下部管箱及下反应管板围成；

所述反应管的上端开口通过所述上部腔室与所述出料口连通，所述反应管的下端开口通过所述下部腔室与所述进料口连通。

6.根据权利要求5所述的微型反应器，其特征在于，所述箱体内还设置有上搅拌轴支撑板以及下搅拌轴支撑板，所述上搅拌轴支撑板固定连接在所述上反应管板的上方，所述下搅拌轴支撑板固定连接在所述下反应管板的下方，所述上搅拌轴支撑板上设置有可供所述搅拌轴穿过的通孔，若干所述反应模组的搅拌轴支撑在所述下搅拌轴支撑板的上方。

7.根据权利要求5所述的微型反应器，其特征在于，所述中部管箱上设置有热介质进口以及热介质出口，所述热介质进口及热介质出口与所述中部腔室连通。

8.根据权利要求1所述的微型反应器，其特征在于，所述传动模组包括若干微型直流减速电机，若干所述微型直流减速电机的输出轴一一对应地与所述若干所述反应模组的搅拌轴的上端固定连接。

9.根据权利要求1所述的微型反应器，其特征在于，所述传动模组包括微型直流减速电机以及齿轮传动组，所述若干所述反应模组的搅拌轴的上端与所述齿轮传动组固定连接，所述微型直流减速电机用于驱动所述齿轮传动组内的齿轮转动，所述齿轮传动组可带动若干所述反应模组的搅拌轴转动。

10.根据权利要求1所述的微型反应器，其特征在于，所述搅拌轴包括旋转杆以及固定连接在所述旋转杆上的搅拌桨叶。