CN210022101U - 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。一种微反应器，包括器主体、多个第一反应板和多个第二反应板。器主体限定形成容纳腔，器主体安装有与容纳腔相互连通的第一进料管。多个第一反应板和多个第二反应板交替间隔设置且均位于容纳腔内。任意相邻的第一反应板和第二反应板相互连通。任意相邻的第一反应板和第二反应板分别与器主体形成第一通道、第二通道，第一通道和第二通道错位设置。两个通道的错位设置，使得料液的流动路线接近S型，延长料液在器主体内的停留时间，使料液和每个反应板的接触更加充分，提高料液和反应物料的热交换效率。一种化工生产系统，包括上述微反应器，其具有较高的生产效率和生产能力。

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

自然科学与工程技术发展的一个重要趋势是向微型化迈进，微型化工设备也逐渐发展起来，微化工技术由于其超强的传热、传质能力，将在化学、化工、能源、环境等领域得到广泛应用。其核心部件为完全或部分采用微加工技术制造出的微型化工系统，通道特征尺度在数微米至数百微米范围。针对不同的应用背景，已派生出具有各种功能的微化工器件，如微全分析系统、微换热器、微混合器、微反应器等，其中微反应器的应用前景最为广泛。微反应器具有结构简单、无放大效应、操作条件易于控制、反应选择性好、内在安全等优点，引起了众多研究者包括化学工程及其相关领域人士的极大关注。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，其具有较好的传热效果。

本实用新型的另一目的在于提供一种化工生产系统，其具有较好的生产效果。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种微反应器，包括器主体、多个第一反应板和多个第二反应板。器主体限定形成容纳腔，器主体安装有与容纳腔相互连通的第一进料管。多个第一反应板和多个第二反应板交替间隔设置且均位于容纳腔内。任意相邻的第一反应板和第二反应板分别与器主体形成第一通道、第二通道，第一通道和第二通道错位设置。任意相邻的第一反应板和第二反应板相互连通。

在本实用新型的一些实施例中，器主体安装有多个第一进料管。至少两个第一进料管具有不同的倾斜角度。

在本实用新型的一些实施例中，器主体还安装有第一出料管。第一进料管、容纳腔和第一出料管依次连通。第一进料管和第一出料管相对设置于器主体的两端。多个第一反应板和多个第二反应板均位于第一进料管与第一出料管之间。

在本实用新型的一些实施例中，器主体还安装有第二进料管和第二出料管。第二进料管位于器主体靠近第一出料管的一端，第二出料管位于器主体靠近第一进料管的一端。第二进料管和第二出料管均与多个第一反应板、多个第二反应板相互连通。

在本实用新型的一些实施例中，第一反应板设置有多个第一连接管，第二反应板设置有第二连接管。第二连接管的数量小于第一连接管的数量。第二反应板的一侧通过第一连接管与第一反应板相互连通，另一侧通过第二连接管与另一个第一反应板相互连通。

在本实用新型的一些实施例中，第一连接管的两端与第一反应板、第二反应板均为无缝焊接。第二连接管的两端与第一反应板、第二反应板均为无缝焊接。

在本实用新型的一些实施例中，第一反应板间隔设置有多个第一反应室。第二反应板间隔设置有与第一反应室数量相同的第二反应室。每个第一反应室的底壁均设有用于连通第二反应室的第一导流孔。多个第二反应室中的其中一个第二反应室设有用于连通第一反应室的第二导流孔。

在本实用新型的一些实施例中，每个第一反应室均包括依次连通的第一反应槽、第一引流槽和第二反应槽。第一反应槽和第二反应槽均呈圆形。其中一个第一反应室中的任意一个反应槽的底壁设有第一导流孔，其余第一反应室中的两个反应槽的底壁均设有第一导流孔。

在本实用新型的一些实施例中，每个第二反应室均包括依次连通的第三反应槽、第二引流槽和第四反应槽。第三反应槽和第四反应槽均呈圆形。其中一个第二反应室中的任意一个反应槽的底壁设有第二导流孔，且同一个第一反应室的两个反应槽分别对应一个第二反应室。

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，包括器主体、多个第一反应板和多个第二反应板。器主体限定形成容纳腔，器主体安装有与容纳腔相互连通的第一进料管。由第一进料管进入的料液会逐渐充满容纳腔内的空腔部分，这部分料液主要用于和两个反应板内的反应物料进行热交换，便于及时地通过反应板的热传导对反应物料进行升温或者降温。多个第一反应板和多个第二反应板交替间隔设置且均位于容纳腔内。任意相邻的第一反应板和第二反应板相互连通。反应物料在反应板之间流通并完成反应过程。由于两个反应板内部提供的反应场所布设不同，两个反应板的交替设置可以使反应物料的流动状态更加接近湍流，使得反应物料的混合程度更加均匀，反应物料与其外部的料液热交换更加彻底，使反应物料之间发生的反应更加彻底。任意相邻的第一反应板和第二反应板分别与器主体形成第一通道、第二通道，第一通道和第二通道错位设置。反应板之间，以及反应板和器主体之间形成的空腔均为料液的流动空间。两个通道的错位设置，使得料液的流动路线接近S型，延长料液在器主体内的停留时间，也使料液和每个反应板的接触更加充分，可以提高料液和反应物料的热交换效率。

本实用新型实施例还提供一种化工生产系统，包括上述任意一种微反应器。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、生产能力和生产品质的目的。

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的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的第一反应板的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的第二反应板的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的第一反应室与第二反应室对应的状态示意图。

图标：100-微反应器；110-器主体；112-容纳腔；114-第一进料管；116-第一出料管；118-第一通道；120-第二通道；122-第二进料管；124-第二出料管；130-第一反应板；132-第一连接管；134-第一反应室；136-第一导流孔；138-第一反应槽；140-第一引流槽；142-第二反应槽；150-第二反应板；152-第二连接管；154-第二反应室；156-第二导流孔；158-第三反应槽；160-第二引流槽；162-第四反应槽。

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”、“第三”、“第四”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，“多个”代表至少2个。

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；可以是机械连接，也可以是电连接；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，可以根据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，图1主要示出了微反应器100内部的结构。本实施例提供一种微反应器100，其主要可以为物料提供具有一定温度条件的反应场所，使物料的反应更加充分。

微反应器100主要包括器主体110、多个第一反应板130和多个第二反应板150。器主体110限定形成容纳腔112。多个第一反应板130和多个第二反应板150交替间隔设置且均位于容纳腔112内。任意相邻的第一反应板130和第二反应板150相互连通，以形成反应通道。

器主体110安装有与容纳腔112相互连通的第一进料管114。本实施例中一共设有6个第一第一进料管114，且至少两个第一第一进料管114具有不同的倾斜角度。第一第一进料管114主要用于向容纳腔112内导入换热用料液，当料液进入到容纳腔112后，将与容纳腔112内的第一反应板130和第二反应板150接触进行热交换，从而使反应板内的反应物料升温或降温，使反应物料能够控制在预设的反应温度附近进行反应。

至少两个第一进料管114具有不同的倾斜角度，即至少两个第一进料管114的出口具有不同的朝向，使得料液流出时具有更高的撞击可能性，在料液内产生旋涡，从而增强料液的换热效果。撞击形式包括料液之间的相互撞击、料液与器主体110之间的撞击、料液与反应板之间的撞击等。如图1所示，本实施例中6个第一进料管114具有3种倾斜角度。第一进料管114管径较小，反应板内的空间也较小，发明人研究发现，在该种状态下，换热料液和反应物料的流动容易呈现层流状态。层流状态下，换热料液和反应物料的换热效果将大大下降。由于第一进料管114具有不同的倾斜角度，使得换热料液流出第一进料管114后能够以不同的喷出角度进入到容纳腔112内，从而提高了换热料液之间的相互碰撞几率、换热料液与反应板的碰撞几率、换热料液与器主体110的碰撞几率。各种碰撞使层流变为紊流，进而提高换热料液的换热效率，增强微反应器100的换热效果。

器主体110还安装有第一出料管116。第一进料管114、容纳腔112和第一出料管116依次连通。第一进料管114和第一出料管116相对设置于器主体110的两端。多个第一反应板130和多个第二反应板150均位于第一进料管114与第一出料管116之间。第一进料管114和第一出料管116的配合使用，可以使换热料液在不断的流动过程中，及时地将反应物料产生的热量或冷量带走，各处的换热效果更加均匀，使反应物料所处温度环境更加稳定。

如图1所示，在容纳腔112内部，任意相邻的第一反应板130和第二反应板150分别与器主体110形成第一通道118、第二通道120，第一通道118和第二通道120错位设置。两个通道的错位设置，使得换热料液的流动路线接近S型(或者描述为波浪型)，延长料液在器主体110内的停留时间，也使换热料液和每个反应板的接触更加充分，可以提高换热料液和反应物料的热交换效率。

器主体110还安装有第二进料管122和第二出料管124。第二进料管122位于器主体110靠近第一出料管116的一端，第二出料管124位于器主体110靠近第一进料管114的一端。由于反应板按照图1进行排列设置，本实施例中，第二进料管122和第二出料管124均只有一个。其他实施例中，若反应板的排列设置有变，根据最两端的反应板的不同，第二进料管122和第二出料管124的设置数量可以进行相应调整。由于任意相邻的两个反应板均是相互连通的，因此第二进料管122和第二出料管124均与多个第一反应板130、多个第二反应板150相互连通。反应物料由第二进料管122进入到反应板内，最后再经由第二出料管124流出。

为了便于第一反应板130和第二反应板150的相互连通，本实施例中采用以下方式：

第一反应板130设置有多个第一连接管132，第二反应板150设置有第二连接管152。第二连接管152的数量小于第一连接管132的数量。本实施例中，第二连接管152的数量为1个，第一连接管132的数量为15个。第二反应板150的一侧通过第一连接管132与第一反应板130相互连通，另一侧通过第二连接管152与另一个第一反应板130相互连通，如图1所示。

由于每个反应板都浸泡在换热料液内，为了保证反应板内反应空间的密封性，避免换热料液与反应物料直接接触，可以进一步采用以下方式：

第一连接管132的两端与第一反应板130、第二反应板150均为无缝焊接；第二连接管152的两端与第一反应板130、第二反应板150均为无缝焊接。当然，也可以采用其他方式提高反应板在容纳腔112内的密封性。

为了进一步提高反应物料在反应板内的混合均匀性、反应充分性，反应板可以采用以下结构设置：

请参照图2，图2所示为第一反应板130的结构示意图。第一反应板130的整体形状可以选用除图2所示以外的其他形状，如圆形。只要能保证第一反应板130的一部分外边缘能与器主体110的内壁固定连接(例如焊接)，其余外边缘能与器主体110的内壁间隔设置形成指定通道。

第一反应板130间隔设置有多个第一反应室134(本实施例中为10个)。每个第一反应室134的底壁均设有用于连通第二反应板150的第一导流孔136。每个第一反应室134均包括依次连通的第一反应槽138、第一引流槽140和第二反应槽142。第一反应槽138和第二反应槽142均呈圆形。其中一个第一反应室134中的任意一个反应槽的底壁设有第一导流孔136，其余第一反应室134中的两个反应槽的底壁均设有第一导流孔136，图2中可观察到。

请参照图3，图3所示为第二反应板150的结构示意图。第二反应板150间隔设置有与第一反应室134数量相同的第二反应室154。多个第二反应室154中的其中一个第二反应室154设有用于连通第一反应室134的第二导流孔156。

每个第二反应室154均包括依次连通的第三反应槽158、第二引流槽160和第四反应槽162。第三反应槽158和第四反应槽162均呈圆形。其中一个第二反应室154中的任意一个反应槽的底壁设有第二导流孔156，且同一个第一反应室134的两个反应槽分别对应一个第二反应室154。

请参照图4，图4所示为第一反应室134与第二反应室154对应的状态示意图。即，可以理解到，同一个第一反应室134的两个反应槽流出的反应物料将分别流入至不同的第二反应室154内。当然，第一导流孔136和第二导流孔156在两个反应板之间的导流作用的实现，需要依靠第一连接管132和第二连接管152的连接。两种连接管的管径可以与反应槽的直径匹配，使连接管的两端可以直接焊接至反应槽。当然，图4中第一引流槽140和第二引流槽160的上下两侧均为封装状态。

当两种反应板按照图1所示的状态组装完毕后，反应物料的流动过程举例说明如下：

将反应物料从第二进料管122注入到第一反应板130内。需要注意的是，图2中有一个反应槽的底壁未开设第一导流孔136，反应物料从第二进料管122注入时先进入到该反应槽内；随着反应物料的注入，液体逐渐到达与上述反应槽相邻的反应槽内(这两个反应槽属于同一个反应室)。然后液体将沿第一导流孔136流出并沿第一连接管132进入到第二反应板150上的反应室内，可参照图4示出的流动过程。该反应室底壁未开通孔，液体经过导流槽，进入到与该导流槽另一端连通的反应槽，然后液体通过第一连接管132再溢流进入到第一反应板130上的反应槽中。液体再次通过导流槽进入到与该导流槽连通的另一个反应槽中，然后从第一导流孔136流出并沿第一连接管132进入到第二反应板150上的另一个反应室内。如此，反应物料在第一反应板130和第二反应板150之间循环流动并混合，两层反应板全部循环完毕后，最终反应物料从第二反应板150上的第二导流孔156流出，并在第二连接管152的导流作用下将液体引入下一个第一反应板130，并重复上述循环。

如图4所示，在混合和流动过程中，液体通过上层反应槽中心的导流孔进入下层反应板上的反应槽时，由于上下旋转方向相反，会产生搅拌，从而进行混合。之后液体由反应槽进入导流槽，由于导流槽宽度较窄，因此，液体会产生压力，然后液体从导流槽再次进入反应槽，此时由于截面积扩大，液体会呈喷射状进入反应槽，进行更充分的混合。交错排列叠加在一起的第一反应板130和第二反应板150，形成了多层多级的微反应通道，如此经过多层多级的混合，使液体的混合效果提高，物料的反应更加充分，可以使所得产品品质更高。

微反应器100的工作原理是：

将换热料液沿第一进料管114注入到容纳腔112内，并可以使换热料液在第一进料管114和第一出料管116的配合下循环流动。将反应物料从第二进料管122注入到第一反应板130内。反应物料将在多层反应板之间流动，最终从第二出料管124流出，并进行收集。整体来看，换热料液和反应物料的流动方向相反，逆向接触可以提高两者的换热效率。同时换热料液流动通道的特殊路线设计，以及反应物料流动的特殊路线设计，均可以提高两种物料之间的换热效率，最终使得生产效率更高，生产条件可控性更高。

本实用新型还提供一种化工生产系统，包括上述微反应器100。该化工生产系统利用微反应器100的高效换热能力，能达到提高生产效率、生产能力、生产品质的目的。

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 (10)

1.一种微反应器，其特征在于，包括器主体、多个第一反应板和多个第二反应板，所述器主体限定形成容纳腔，所述器主体安装有与所述容纳腔相互连通的第一进料管，多个所述第一反应板和多个所述第二反应板交替间隔设置且均位于所述容纳腔内，任意相邻的所述第一反应板和所述第二反应板分别与所述器主体形成第一通道、第二通道，所述第一通道和所述第二通道错位设置，任意相邻的所述第一反应板和所述第二反应板相互连通。

2.根据权利要求1所述的微反应器，其特征在于，所述器主体安装有多个所述第一进料管，至少两个所述第一进料管具有不同的倾斜角度。

3.根据权利要求2所述的微反应器，其特征在于，所述器主体还安装有第一出料管，所述第一进料管、所述容纳腔和所述第一出料管依次连通，所述第一进料管和所述第一出料管相对设置于所述器主体的两端，多个所述第一反应板和多个所述第二反应板均位于所述第一进料管与所述第一出料管之间。

4.根据权利要求3所述的微反应器，其特征在于，所述器主体还安装有第二进料管和第二出料管，所述第二进料管位于所述器主体靠近所述第一出料管的一端，所述第二出料管位于所述器主体靠近所述第一进料管的一端，所述第二进料管和所述第二出料管均与多个所述第一反应板、多个所述第二反应板相互连通。

5.根据权利要求1所述的微反应器，其特征在于，所述第一反应板设置有多个第一连接管，所述第二反应板设置有第二连接管，所述第二连接管的数量小于所述第一连接管的数量，所述第二反应板的一侧通过所述第一连接管与所述第一反应板相互连通，另一侧通过所述第二连接管与另一个所述第一反应板相互连通。

6.根据权利要求5所述的微反应器，其特征在于，所述第一连接管的两端与所述第一反应板、所述第二反应板均为无缝焊接；所述第二连接管的两端与所述第一反应板、所述第二反应板均为无缝焊接。

7.根据权利要求1-6任一项所述的微反应器，其特征在于，所述第一反应板间隔设置有多个第一反应室，所述第二反应板间隔设置有与所述第一反应室数量相同的第二反应室，每个所述第一反应室的底壁均设有用于连通所述第二反应室的第一导流孔，多个所述第二反应室中的其中一个第二反应室设有用于连通所述第一反应室的第二导流孔。

8.根据权利要求7所述的微反应器，其特征在于，每个所述第一反应室均包括依次连通的第一反应槽、第一引流槽和第二反应槽，所述第一反应槽和所述第二反应槽均呈圆形，其中一个所述第一反应室中的任意一个反应槽的底壁设有第一导流孔，其余所述第一反应室中的两个反应槽的底壁均设有所述第一导流孔。

9.根据权利要求8所述的微反应器，其特征在于，每个所述第二反应室均包括依次连通的第三反应槽、第二引流槽和第四反应槽，所述第三反应槽和所述第四反应槽均呈圆形，其中一个所述第二反应室中的任意一个反应槽的底壁设有所述第二导流孔，且同一个第一反应室的两个反应槽分别对应一个第二反应室。

10.一种化工生产系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的微反应器。

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