CN210131619U - 一种微通道反应结构及微通道反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微通道反应结构及微通道反应器，它解决了现有技术中微通道反应片存在混合死区的问题，具有能使得反应物料充分接触，降低混合死区存在概率的有益效果，其方案如下：一种微通道反应结构，包括反应壁，反应壁一侧设有物料入口，另一侧设有物料出口，反应壁内设有分隔壁，分隔壁呈凹形或弧形设置，且分隔壁的凹形面或弧形面朝向物料入口方向，反应壁内分隔壁的两侧从物料入口至物料出口形成两条反应通道，反应通道的最大宽度为反应壁最大宽度的1/8‑1/5。

Description

一种微通道反应结构及微通道反应器

技术领域

本实用新型涉及化工、医药技术领域，特别是涉及一种微通道反应结构及微通道反应器。

背景技术

目前市场上的微通道形式有多种多样，例如现有的窄型或心形通道等形式，但是对这些通道放大之后，通过对混合情况进行研究，发现因为内部的结构限制或其他一些原因，这些通道在混合方面会出现一些混合死区，使得在这片区域内的反应物很难连续流动，而通常微通道均包括多个这样的反应通道，一个反应通道内含有一个混合死区，容易在多个反应通道内均存在混合死区，这样整体来看，不仅减小了物料混合作用，相应降低了年产量，而且材料浪费较多，无法完成工业化微反应生产。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种微通道反应结构，能够有效延长反应通道，而且填充存在混合死区的位置，有利于促进物料之间的相互接触，加强反应效果。

一种微通道反应结构的具体方案如下：

一种微通道反应结构，包括反应壁，反应壁一侧设有物料入口，另一侧设有逐渐收窄的物料出口，反应壁内设有分隔壁，分隔壁呈凹形或弧形设置，且分隔壁的凹形面或弧形面朝向物料入口方向，反应壁内物料入口处形成主通道，反应壁内分隔壁的两侧从物料入口至物料出口形成两条反应通道，反应通道的最大宽度为反应壁最大宽度的1/8-1/5。

上述的微通道反应结构，通过对反应通道宽度的改变，这样使得反应壁更为扁平，使得物料在经过反应壁时，有更强的冲击作用，使得两股物料有更多的机会在反应通道内相互接触，冲击作用增强，有利于形成更大的湍流动能，这也加强了两股物料的混合。

进一步地，所述反应壁的两侧均有一段弧形段，这样反应壁整体呈近元宝形状，这样形状的反应通道，更加有利于节省空间，单位面积内对反应器来说可设置更多的反应通道，有效延长物料停留时间。

进一步地，所述分隔壁的两端各自朝向所述反应壁相应侧的弧形段，这样分隔壁的形状与反应壁的形状相适应，有效保证反应的充分程度。

进一步地，所述分隔壁的最大长度为所述反应壁最大宽度的1/2-1/1.3，分隔壁的长度不能过长，否则不利于物料经过反应通道的弯折段即反应壁的弧形段处，分隔壁过短，又容易在反应通道内产生混合死区，因此通过这样的长度设置，不仅有利于物料的流动，而且进一步降低混合死区存在的概率。

进一步地，所述反应壁的长度为反应壁最大宽度的1/4-1/2，进一步调整了反应结构的形状，反应壁宽度方向指的是反应壁非物料入口两侧之间的距离，反应壁长度方向与宽度方向相互垂直。

进一步地，两条所述反应通道为宽度相等的通道。

进一步地，所述分隔壁从一侧到另一侧依次包括三段，即第一段、第二段和第三段，其中第二段的宽度大于等于所述物料入口的宽度，第一段和第三段设于第二段的两侧，第二段的一侧朝向物料入口，另一侧朝向物料出口，这样物料在进入反应壁后，与第二段发生碰撞，有利于物料向两侧流动，且第二段为直线段或弧形段。

进一步地，所述物料入口或所述物料出口的长度为所述反应壁长度的1/6-1/3，因为微通道反应结构整体呈近元宝形状，物料入口或物料出口在反应壁的中部位置，这样的长度设置，可以保证物料进入到反应壁内的流动速度，而且能使相邻的两个反应结构之间的距离得到有效缩减。

为了克服现有技术的不足，本实用新型还提供了一种微通道反应器，包括所述的微通道反应结构，相邻的反应壁依次连通，且上一个反应壁的物料出口为下一个反应壁的物料入口。

上述的微反应器，通过采用所述的微通道反应结构，物料依次流经各个反应壁的反应通道，单个的混合死区减少，自然整体的混合死区相应减少，使得物料混合更加充分，有效提高了工业生产产量。

进一步地，所述微通道反应器包括多段依次连接的反应段，第一段反应段设置进料口，最后一段反应段设置出口，每一段反应段均包括多个所述的微通道反应结构，且每一反应段至少包括一条由多个所述微通道反应结构构成的通道，每一反应段的相邻通道相互平行设置或错位设置，该反应器中，为了充分提高物料在反应器内的停留时间，设置了多段反应段，而且每段反应段内通过多条通道的设置，又可以进一步加强物料的混合。

进一步地，至少部分相邻的所述反应段之间设置湍流段，湍流段内设有多个扰流柱，通过多个扰流柱的设置，当物料经过湍流区时，扰流柱能够提高物料的湍流强度，以防止物料进入两段反应段之间的连接处不能继续加强混合。

进一步为了加强混合效果，每一湍流段内多个所述扰流柱呈S型形式或波浪形式布置。

进一步地，所述湍流段的出口端通过连接段与所述的反应段连接，连接段中段为弧形，这样物料在流出湍流段进入连接段，连接段中部为弧形即连接段中段突出设置，有利于提高物料的速度，进而便于物料进入反应段的通道内。

进一步地，多段所述的反应段相互平行设置，且第一段反应段与靠近其的第二段反应段连接，且第二段反应段的入口端设置与第一段反应段内相同的所述微通道反应结构，有利于物料再进入第二段反应段前混合充分，利于分配更加均匀。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)本实用新型通过对反应壁长宽的改变，这样使得反应壁更为扁平，使得物料经过反应壁后，两股物料在靠近物料出口处接近于水平反向发生对撞，有更强的冲击作用，对于微通道反应器来说，能够使得至少两股物料有更多的机会在反应通道内相互接触，冲击作用增强，有利于形成更大的湍流动能，这也加强了两股物料的混合。

2)本实用新型通过对反应通道宽度的改变，反应通道更为狭窄，有利于物料速度增大，湍流混合强，扩散能力提高，对反应来说有利于增加两种物料的接触可能，进而提高反应效率。

3)本实用新型通过对反应通道形状的设定，和对物料入口或物料出口长度的设定，更加有利于节省空间，单位面积内对反应器来说可设置更多的反应通道，有效延长物料停留时间。

4)本实用新型通过对分隔壁长度的设定，不仅有利于物料的流动，而且能够进一步降低混合死区存在的概率。

5)本实用新型通过扰流柱的设置，能够提高物料的湍流强度，以防止物料进入两段反应段之间的连接处不能继续加强混合。

6)本实用新型通过中段为弧形结构的湍流段设置，有利于提高物料的速度，进而便于物料进入反应段的通道内。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是本实用新型实施例1中微通道反应结构示意图；

图2是本实用新型实施例2中微通道反应器结构示意图；

图3是现有技术中心型微反应片的示意图；

图4是现有技术中狭窄通道反应片示意图；

图5是本实用新型实施例2中微通道反应器结构物料混合情况示意图；

图6是现有技术中心型微反应片物料混合情况示意图；

图7是现有技术中狭窄通道反应片物料混合情况示意图；

图8为本实用新型实施例3中另一反应器结构示意图；

其中：1.物料入口，2.反应壁，3.分隔壁，4.反应通道，5.物料出口，6.第一段，7.第二段，8.出口，9.第一物料口，10.第二物料口，11.微通道反应结构，12.扰流柱，13.湍流段，14.第一段反应段，15.连接段。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本实施例提出了一种微通道反应结构，如图1所示，包括反应壁2，反应壁2一侧设有物料入口1，另一侧设有物料出口5，其中，物料入口1的侧壁是相互平行的，物料出口5处的侧壁同样相互平行，优选地，物料入口1和物料出口5在同一直线，反应壁2内设有分隔壁3，分隔壁3呈凹形或弧形设置，且分隔壁3的凹形面或弧形面朝向物料入口1方向，反应壁内分隔壁3的两侧从物料入口1至物料出口5形成两条反应通道4，对单个微通道反应结构来说，从物料入口1进入后，形成主通道，因分隔壁的设置，这样在主通道的两侧形成两个反应通道，两个反应通道在物料出口处汇合，两个反应通道为宽度相等的通道。

反应通道4的最大宽度为反应壁2最大宽度的1/8-1/5，这样的反应通道宽度，既不会因为过窄，而阻碍物料的流动，也不会因为过宽产生较大的混合死区，反应壁2的最大长度为反应壁2最大宽度的1/4-1/2，反应壁宽度方向指的是反应壁非物料入口两侧之间的距离，反应壁长度方向与宽度方向相互垂直，使得单个反应结构呈扁形。

反应壁2的两侧均有一段弧形段，且两侧对称设置，这样反应壁2整体呈近元宝(古代的一种货币)形状即反应壁整体为近V型，这样形状的反应通道4，更加有利于节省空间，单位面积内对反应器来说可设置更多的反应通道，有效延长物料(流体)停留时间，需要说明的是，反应壁2的最大长度为反应壁弧形段与物料出口垂直距离的最大值，即在图1中的反应壁弧形段最高点距离物料出口的垂直距离，反应壁2的最大宽度为图1中反应壁弧形段最左侧至最右侧的直线距离。

进一步地，物料入口1或物料出口5的长度为反应壁2长度的1/6-1/3，物料入口1和物料出口5在同一直线设置，因为微通道反应结构整体呈近元宝形状，物料入口1或物料出口5在反应壁2的中部位置，这样的长度设置，可以保证物料(流体)进入到反应壁2内的流动速度，而且能使相邻的两个反应结构之间的距离得到有效缩减，从而对由该反应结构构成的反应器来说，同样可以设置更多的反应结构，有利于延长物料(流体)停留时间，也有利于物料在反应器内的进行充分接触。

分隔壁3的长度为反应壁2最大宽度的1/2-1/1.3，分隔壁3的长度方向与反应壁2的最大宽度方向为同一方向，分隔壁3的长度不能过长，否则不利于物料经过反应通道4的弯折段即反应壁的弧形段处，分隔壁3过短，又容易在反应通道内产生混合死区，因此通过这样的长度设置，不仅有利于物料的流动，而且进一步降低混合死区存在的概率。

分隔壁3的两端各自朝向所述反应壁2相应侧的弧形段，这样分隔壁3的形状与反应壁的形状相适应，有效保证反应的充分程度。分隔壁3从一侧到另一侧依次包括三段，即第一段6、第二段7和第三段，第一段6和第三段设于第二段7的两侧，第一段6和第三段均相对于第二段7倾斜设置，其中第二段7的宽度大于等于物料入口1的宽度，第二段7的一侧朝向物料入口1，另一侧朝向物料出口5，这样物料在进入反应壁2后，与第二段7发生碰撞，有利于物料向两侧流动，且第二段7为直线段或弧形段。

上述的微通道反应结构，物料从物料入口1进入，与分隔壁3发生碰撞，进入两侧的反应通道4内，在反应通道4内物料相互接触并发生反应，从物料出口5流出，通过对反应壁2长宽的改变，对反应通道4宽度的改变，反应壁2形状的设定，分隔壁3长度的选择，这样使得反应壁2更为扁平，使得物料在经过反应壁2时，有更强的冲击作用，使得至少两股物料有更多的机会在反应通道内相互接触，冲击作用增强，有利于形成更大的湍流动能，这也加强了至少两股物料的混合。

实施例2

本实用新型还提供了一种微通道反应器，如图2所示，包括所述的微通道反应结构，相邻的反应壁依次连通，且上一个反应壁的物料出口为下一个反应壁的物料入口。

微通道反应器宽度通常在4mm以内，包括多段依次连接的反应段，第一段反应段14至少设置第一物料口9和第二物料口10，最后一段反应段设置出口8，每一段反应段均包括多个所述的微通道反应结构，且每一反应段至少包括一条由多个微通道反应结构11构成的通道，每一反应段的相邻通道相互平行设置或错位设置，错位设置有利于充分利用空间，尤其是对只有两条通道的反应段来说，该反应器中，为了充分提高物料在反应器内的停留时间，设置了多段反应段，相邻反应段内反应壁的设置方向相反，而且每段反应段内通过多条通道的设置，又可以进一步加强物料的混合。

至少部分相邻的所述反应段之间设置湍流段13，湍流段13内设有多个扰流柱12，通过多个扰流柱12的设置，当物料经过湍流区时，扰流柱12能够提高物料的湍流强度，以防止物料进入两段反应段之间的连接处不能继续加强混合。进一步为了加强混合效果，每一湍流段13内多个扰流柱12呈S型形式布置，或者为波浪形式。

在部分相邻两段连接段之间，湍流段13的出口端通过连接段15与所述的反应段连接，连接段15中段为弧形，这样物料在流出湍流段13进入连接段15，连接段15中部为弧形即连接段中段突出设置，有利于提高物料的速度，进而便于物料进入反应段的通道内，其中，第二段反应段设有两条通道，第三段反应段和第四段反应段均设有四条通道，其中，第三段反应段内微通道反应结构的尺寸小于第二段反应段内微通道反应结构的尺寸，第二段反应段内微通道反应结构尺寸小于第一段反应段内微通道反应结构的尺寸，湍流端13与连接段15连接，连接段15再通过一缩小尺寸的连接段与四条通道中的两条通道连通，第四段反应段的四条通道共同连接到一个总通路，流体从总通路的出口8流出。

本实施例提供的微反应器，通过采用实施例1所述的微通道反应结构，物料从第一物料口9和第二物料口10进入，然后两种物料依次流经各个反应壁的反应通道，单个反应结构的混合死区减少，自然整体的混合死区相应减少，使得物料混合更加充分，有效提高了工业生产产量，物料再依次进过第一段反应段、第二段反应段、第三段反应段和第四段反应段后，从出口8流出。

实施例3

本实施例与实施例2的区别是：

如图8所示，多段所述的反应段相互平行设置，且第一段反应段14与靠近其的第二段反应段连接，且第一段反应段14与第二段反应段之间不设置扰流柱，且第二段反应段的入口端设置与第一段反应段14内相同的所述微通道反应结构11，即第二段反应段先设置一个尺寸与第一段反应段相同的微通道反应结构11，然后在由该微通道反应结构与两条通道连接。

需要说明的是，微通道反应器内部的结构还可以包括除本实用新型实施例提到的5段，或者其他数量，每一段反应段的通道也可以不做限定，可以是两条、三条或四条。

以上所述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)

1.一种微通道反应结构，其特征在于，包括反应壁，反应壁一侧设有物料入口，另一侧设有物料出口，反应壁内设有分隔壁，分隔壁呈凹形或弧形设置，且分隔壁的凹形面或弧形面朝向物料入口方向，反应壁内物料入口处形成主通道，反应壁内分隔壁的两侧从物料入口至物料出口形成两条反应通道，反应通道的最大宽度为反应壁最大宽度的1/8-1/5。

2.根据权利要求1所述的一种微通道反应结构，其特征在于，所述反应壁的两侧均有一段弧形段，所述分隔壁的两端各自朝向所述反应壁相应侧的弧形段；

进一步地，所述反应壁的最大长度为反应壁最大宽度的1/4-1/2。

3.根据权利要求1所述的一种微通道反应结构，其特征在于，所述分隔壁的长度为所述反应壁最大宽度的1/2-1/1.3。

4.根据权利要求1所述的一种微通道反应结构，其特征在于，两条所述反应通道为宽度相等的通道。

5.根据权利要求1所述的一种微通道反应结构，其特征在于，所述分隔壁从一侧到另一侧依次包括三段，即第一段、第二段和第三段，其中第二段的宽度大于等于所述物料入口的宽度。

6.根据权利要求1所述的一种微通道反应结构，其特征在于，所述物料入口或所述物料出口的长度为所述反应壁长度的1/6-1/3。

7.一种微通道反应器，其特征在于，包括多个权利要求1-6中任一项所述的微通道反应结构，相邻的反应壁依次连通，且上一个反应壁的物料出口为下一个反应壁的物料入口。

8.根据权利要求7所述的一种微通道反应器，其特征在于，所述微通道反应器包括多段依次连接的反应段，第一段反应段设置进料口，最后一段反应段设置出口，每一段反应段均包括多个所述的微通道反应结构，且每一反应段至少包括一条由多个所述微通道反应结构构成的通道，每一反应段的相邻通道相互平行设置或错位设置。

9.根据权利要求8所述的一种微通道反应器，其特征在于，至少部分相邻的所述反应段之间设置湍流段，湍流段内设有多个扰流柱；

进一步地，多段所述的反应段相互平行设置，且第一段反应段与靠近其的第二段反应段连接，且第二段反应段的入口端设置与第一段反应段内相同的所述微通道反应结构。

10.根据权利要求9所述的一种微通道反应器，其特征在于，每一所述湍流段内多个所述扰流柱呈S型形式或波浪形式布置；

所述湍流段的出口端通过连接段与所述的反应段连接，连接段中段为弧形。

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