CN211329331U - 一种微反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及微化工技术领域，公开了一种微反应器，其包括：至少一个反应单元，反应单元内设置有镂空的反应通道；换热单元，换热单元内设置有镂空的换热通道，反应单元的两侧均设置有换热单元；隔片，反应单元与换热单元之间设置有隔片；盖板，换热单元未设置有隔片的一侧设置有盖板。物料在反应通道内流动时，镂空结构会破坏物料的边界层，增加了物料的湍动，使反应更加均匀，换热单元在隔片的壁面或盖板的壁面上形成凹凸不平的纹路，增加了换热介质的湍动，强化了换热。换热单元和反应单元之间通过隔片换热，无需在板材的两侧蚀刻反应通道和换热通道，可以将隔片的厚度加工的比较薄，能够增强换热单元与反应单元之间的换热效果。

Description

一种微反应器

技术领域

本实用新型涉及连续流或微化工技术领域，尤其涉及一种微通道反应器。

背景技术

微化工技术由于其超强的传热和传质能力，在化学、化工、能源、环境等领域得到广泛应用。在微反应器的设计中，目前主流的结构是在平面板的一侧加工有各种形式的通道，同时在板的背侧加工上换热通道，虽然这种方式能够满足反应需求。但是，该方式由于板的最小厚度受加工限制，如果设计制造不到位，可能在传质和传热方面均有一定程度的放大效应，换热能力受限于板厚，可能无法满足高放热量的反应，导致反应无法达到设计要求。

因此，亟需一种微反应器，以解决上述技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种微反应器，其能增强换热单元与反应单元之间的换热效果，极大地降低了对传质和传热的影响。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

提供一种微反应器，其包括：

至少一个反应单元，所述反应单元内设置有镂空的反应通道；

换热单元，所述换热单元内设置有镂空的换热通道，所述反应单元的两侧均设置有所述换热单元；

隔片，所述反应单元与所述换热单元之间设置有所述隔片；

盖板，所述换热单元未设置有隔片的一侧设置有所述盖板。

作为一种微反应器的优选方案，所述反应单元包括依次层叠设置的第一反应片、第二反应片和第三反应片，所述第一反应片上设置有第一镂空通道，所述第二反应片上设置有第二镂空通道，所述第三反应片上设置有第三镂空通道；

述第一镂空通道和所述第三镂空通道均与所述第二镂空通道连通；

所述第二镂空通道的结构与所述第一镂空通道的结构不同，所述第二镂空通道与所述第三镂空通道的结构不同。

作为一种微反应器的优选方案，所述第一反应片上设置有第一物料进口，所述第二反应片上设置有物料出口，所述第三反应片上设置有第二物料进口。

作为一种微反应器的优选方案，所述第一物料进口和所述第二物料进口位于所述反应单元的同一端，所述物料出口位于所述反应单元的未设置所述第一进料口的一端。

作为一种微反应器的优选方案，所述换热单元包括换热通道板和换热内插件，所述换热通道板上设置有换热通道槽，所述换热内插件嵌于所述换热通道槽内，所述换热内插件为镂空结构。

作为一种微反应器的优选方案，所述换热通道槽内设置有两个所述换热内插件，两个所述换热内插件沿垂直于所述换热通道板的方向间隔设置。

作为一种微反应器的优选方案，所述换热内插件上设置有定位凸起，两个所述换热内插件的所述定位凸起相贴合，以使两个所述换热内插件间隔设置。

作为一种微反应器的优选方案，所述换热内插件上均匀布设有若干个镂空格。

作为一种微反应器的优选方案，所述反应单元、所述隔片、所述换热单元和所述盖板通过扩散焊的方式固定。

作为一种微反应器的优选方案，所述隔片的厚度为0.5mm-3mm。

本实用新型的有益效果：

由于反应通道为镂空结构的，物料在反应通道内流动时，镂空结构会破坏物料的边界层，增加了物料的湍动，强化两种物料的混合，使反应更加均匀。

由于换热通道是镂空结构的，会使换热单元在隔片的壁面或盖板的壁面上形成凹凸不平的纹路，从而破坏了传热边界层，增加了换热介质的湍动，强化了换热。

换热单元和反应单元之间通过隔片换热，这种设计方式，无需在板材的两侧蚀刻反应通道和换热通道，可以将隔片的厚度加工的比较薄，能够增强换热单元与反应单元之间的换热效果。而且无需在板材的两侧蚀刻反应通道和换热通道，能够提高换热单元的换热通道和反应单元反应通道的加工精度，减小对传质和传热的影响。再者，这种并联的板式结构简单，易于放大，能够更好地适用于大通量工业化生产。

附图说明

图1是本实用新型提供的微反应器的结构分解示意图；

图2是本实用新型提供的反应单元的结构示意图；

图3是本实用新型提供的反应单元的结构分解示意图；

图4是本实用新型提供的换热单元的结构示意图；

图5是本实用新型提供的换热通道板的结构示意图；

图6是本实用新型提供的换热内插件的结构示意图；

图7是图6中A处的局部放大视图。

图中：

1、反应单元；11、反应通道；12、第一反应片；13、第二反应片；14、第三反应片；15、横栏；16、第一物料进口；17、第二物料进口；18、物料出口；

2、换热单元；21、换热通道；22、换热通道板；221、换热通道槽；

23、换热内插件；231、镂空格；232、定位凸起；

24、换热介质进口；25、换热介质出口；

3、隔片；4、盖板。

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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。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。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

如图1-6所示，本实施例公开了一种微反应器，其包括反应单元1、换热单元2、隔片3和盖板4。反应单元1内设置有镂空的反应通道11，换热单元2内设置有镂空的换热通道21，反应单元1的两侧均设置有换热单元2，反应单元1与换热单元2之间设置有隔片3，换热单元2未设置有隔片3的一侧设置有盖板4。

反应单元1的数量为一个或多个，本实施例中以一个为例进行说明，当然在其它实施例中根据具体需要反应单元1的数量还可以为两个，三个，甚至更多个等等，在本实施例中不再赘述。

如图2和图3所示，反应单元1包括依次层叠设置的第一反应片12、第二反应片13和第三反应片14，第一反应片12上设置有第一镂空通道，第二反应片13上设置有第二镂空通道，第三反应片14上设置有第三镂空通道，第一镂空通道和第三镂空通道均与第二镂空通道连通。第二镂空通道的结构与第一镂空通道的结构不同，第二镂空通道与第三镂空通道的结构不同。第一镂空通道、第二镂空通道及第三镂空通道共同形成反应单元1的反应通道11。

第一反应片12上设置有第一物料进口16，第二反应片13上设置有物料出口18，第三反应片14上设置有第二物料进口17，一种物料从第一反应片12上进入，另一种物料从第三反应片14上进入，两种物料进入反应单元1之后在反应通道11内进行反应，最后从第二反应片13上的物料出口18排出。第一物料进口16与第一镂空通道之间镂空设计，第二物料进口17与第三镂空通道之间镂空设计，第二反应片13会为第一反应片12和第三反应片14提供中间间隔，将两个镂空设计相分割，使的两种物料从各自的物流进口流入到第一反应片12和第三反应片14后率先流动展开，在到达反应通道11之前不会接触。

如果反应单元1的数量大于一个，第二反应片13和第三反应片14上均是设置有与第一物料进口16连通的连通口，以便该反应单元1的第一物料进口16通过连通口、隔片3和换热单元2与另一个反应单元1相连通，为另一个反应单元1提供物料。第一反应片12和第二反应片13上均是设置有与第二物料进口17连通的连通口，以便该反应单元1的第二物料进口17通过连通口、隔片3和换热单元2与另一个反应单元1相连通，为另一个反应单元1提供物料。第一反应片12和第二反应片13上均设置有与物料出口18连通的连通口，以便物料出口18通过连通口、隔片3、反应单元1及盖板4排出。

第一反应片12、第二反应片13及第三反应片14均采用3D打印或激光加工等精密加工方式制作，第一反应片12、第二反应片13及第三反应片14的加工方式包括但不限于上述两种方式。

第一镂空通道为在第一反应片12上加工而成的锯齿状的横栏15，第二镂空通道为在第二反应片13上加工而成的锯齿状的横栏15，第三镂空通道为在第三反应片14上加工而成的锯齿状的横栏15。第一反应片12上的横栏15和第三反应片14上的横栏15的倾斜方向相同，第二反应片13上的横栏15和第一反应片12上的横栏15的倾斜方向相反，第一反应片12、第二反应片13和第三反应片14层叠之后，形成空间中交错的网状结构的反应通道11，两种物料在反应通道11内流动时，横栏15会破坏物料的边界层，增加了物料的湍动，强化两种物料的混合，使反应更加均匀。第一反应片12上的第一镂空通道、第二反应片13上的第二镂空通道及第三反应片14上的第三镂空通道包括但不限于上述的设置形式，只要是能够增加物料湍动，强化物料混合的设置形式均可以。

本实施例中，反应通道11呈直线状，第一物料进口16和第二物料进口17位于反应单元1的同一端，物料出口18位于反应单元1的未设置第一进料口的一端，这样设置可以使两种物料混合之后流经整个反应单元1，使两种物质反应更加充分。当然，反应通道11也可以呈U型，第一物料进口16和第二物料进口17位于其中一个U型边的端部，物料出口18位于另一个U型边的端部。在其他实施例中，反应通道11还可以呈S状。反应通道11的具体形式包括但不限于上述的几种形式，具体布置形式根据实际需要进行确定。

如图4-7所示，换热单元2包括换热通道板22和换热内插件23，换热通道板22上设置有换热通道槽221，换热内插件23嵌于换热通道槽221内，换热内插件23为镂空结构。换热通道槽221内设置有两个换热内插件23，两个换热内插件23沿垂直于换热通道板22的方向间隔设置。换热内插件23上设置有定位凸起232，两个换热内插件23的定位凸起232相贴合，以使两个换热内插件23间隔设置。两个换热内插件23和换热通道槽221共同形成换热单元2的换热通道21。本实施例中，优选地，在换热内插件23的边缘处设置有长条状的定位凸起232。在其它实施例中，还可以是在换热内插件23上零散的分布有若干个定位凸起232。定位凸起232的设置形式包括但不限于上述的两种方式，也可以为其他方式，在此不作具体限定。

换热内插件23上均匀布设有若干个镂空格231，本实施例中，镂空格231的具体形状为矩形，在其它实施例中也可以为圆形、椭圆形、其他规则或不规则的多边形，镂空格231的具体形状包括但不限于上述的几种，也可以为其他形式，在此不作具体限定。而且镂空格231的内边上设置有锯齿。镂空格231使换热单元2在隔片3的壁面或盖板4的壁面上形成凹凸不平的纹路，从而破坏了传热边界层，增加了换热介质的湍动，强化了换热。该结构由于通过换热内插件23实现，无需像传统微反一样在板上刻通道，因此，反应单元1和换热单元之间的隔片3采用薄片，可以强化导热，能够使反应单元1与换热单元2之间更加迅速有效地换热。

本实施例中，换热内插件23呈U型状，中间在其长度方向上存在一长条槽，在换热通道板22的换热通道槽221内设置有一与长条槽相匹配的长条。在换热通道板22上设置有均与换热内插件23相连通的换热介质进口24和换热介质出口25，本实施例中的换热介质进口24和换热介质出口25分别位于换热内插件23的两个U型边的端部。能够使换热介质完全经过换热通道21之后再流出。在其它实施例中换热内插件23也可以呈直线状，又或者S状，换热内插件23的具体设置形状包括但不限于上述的几种方式，在此不再做其他的具体限定。

隔片3的厚度为0.5mm-3mm，本实施例中优选为1mm。隔片3的厚度，在材质、加工能力、设备耐压耐腐蚀等条件允许的情况下允许的情况下越薄越好。

反应单元1、隔片3、换热单元2和盖板4通过扩散焊的方式固定，可以防止该微反应器发生泄漏和内部串液等现象。当然在其它实施例中也可以通过其他一体成型技术将反应单元1、隔片3、换热单元2和盖板4固定。

在其它实施例中，反应单元1的数量为三个，相邻两个反应单元1之间设置有换热单元2，在最外侧的反应单元1的外侧也设置有换热单元2，在换热单元2和反应单元1之间均设置有隔片3，在最外侧的换热单元2的外侧设置有盖板4。当反应单元1的数量为四个、五个甚至更多个的时候设置形式和上述的相同。

在隔片3、反应单元1和至少一侧的盖板4上开设有与换热介质进口24连通的第一换热介质连通口和与换热介质出口25连通的第二换热介质连通口。可以在盖板4的第一换热介质连通口和第二换热介质连通口处设置连接法兰，与外接的换热介质入液管和换热介质回液管通过法兰连接，也可以在盖板4的第一换热介质连通口和第二换热介质连通口上设置有内螺纹，与外接的换热介质入液管和换热介质回液管通过螺纹连接。如果是通过螺纹连接，盖板4的厚度可以根据连接需要相应地增加。第一换热介质连通口和第二换热介质连通口可以分别位于两个盖板4上，也可以位于同一个盖板4上。

在隔片3、换热单元2和至少一侧的盖板4上开设有与第一物料进口16连通的第一物料连通口、与第二物料进口17连通的第二物料连通口及与物料出口18连通的第三物料连通口。可以在盖板4上的第一物料连通口、第二物料连通口及第三物料连通口上设置有连接法兰，与外接的第一物料供料管、第二物料供料管和第三物料出料管通过法兰连接。也可以在盖板4上的第一物料连通口、第二物料连通口及第三物料连通口内设置有螺纹，与外接的第一物料供料管、第二物料供料管和第三物料出料管通过螺纹连接。本实施例中，第一物料连通口和第二物料连通口位于同一块盖板4上，第三物料连通口位于另一块盖板4上。在其它实施例中还可以是，第一物料连通口、第二物料连通口及第三物料连通口均位于同一块盖板4上，又或者，第三物料连通口与第一物料连通口位于同一块盖板4上，第二物料连通口位于另一块盖板4上等等。

两种物料分别从第一物料进口16和第二物料进口17进入到反应单元1的反应通道11内，在反应通道11内反应之后经物料出口18排出。由于反应通道11为镂空结构的，两种物料在反应通道11内流动时，镂空结构会破坏物料的边界层，增加了物料的湍动，强化两种物料的混合，使反应更加均匀。

换热介质从换热介质进口24进入到换热通道21内，然后经换热介质出口25排出。由于换热通道21是镂空结构的，会使换热单元2在隔片3的壁面或盖板4的壁面上形成凹凸不平的纹路，从而破坏了传热边界层，增加了换热介质的湍动，强化了换热。

换热单元2和反应单元1之间通过隔片3换热，这种设计方式，无需在板材的两侧蚀刻反应通道11和换热通道21，可以将隔片3的厚度加工的比较薄，能够增加换热单元2与反应单元1之间的换热效果。而且无需在板材的两侧蚀刻反应通道11和换热通道21，能够提高换热单元2的换热通道21和反应单元1反应通道11的加工精度，减小对传质和传热的影响。再者，这种并联的板式结构简单，易于放大，能够更好地适用于大通量工业化生产。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微反应器，其特征在于，其包括：

至少一个反应单元(1)，所述反应单元(1)内设置有镂空的反应通道(11)；

换热单元(2)，所述换热单元(2)内设置有镂空的换热通道(21)，所述反应单元(1)的两侧均设置有所述换热单元(2)；

隔片(3)，所述反应单元(1)与所述换热单元(2)之间设置有所述隔片(3)；

盖板(4)，所述换热单元(2)未设置有隔片(3)的一侧设置有所述盖板(4)。

2.根据权利要求1所述的微反应器，其特征在于，所述反应单元(1)包括依次层叠设置的第一反应片(12)、第二反应片(13)和第三反应片(14)，所述第一反应片(12)上设置有第一镂空通道，所述第二反应片(13)上设置有第二镂空通道，所述第三反应片(14)上设置有第三镂空通道；

述第一镂空通道和所述第三镂空通道均与所述第二镂空通道连通；

所述第二镂空通道的结构与所述第一镂空通道的结构不同，所述第二镂空通道与所述第三镂空通道的结构不同。

3.根据权利要求2所述的微反应器，其特征在于，所述第一反应片(12)上设置有第一物料进口(16)，所述第二反应片(13)上设置有物料出口(18)，所述第三反应片(14)上设置有第二物料进口(17)。

4.根据权利要求3所述的微反应器，其特征在于，所述第一物料进口(16)和所述第二物料进口(17)位于所述反应单元(1)的同一端，所述物料出口(18)位于所述反应单元(1)的未设置所述第一物料进口(16)的一端。

5.根据权利要求1所述的微反应器，其特征在于，所述换热单元(2)包括换热通道板(22)和换热内插件(23)，所述换热通道板(22)上设置有换热通道槽(221)，所述换热内插件(23)嵌于所述换热通道槽(221)内，所述换热内插件(23)为镂空结构。

6.根据权利要求5所述的微反应器，其特征在于，所述换热通道槽(221)内设置有两个所述换热内插件(23)，两个所述换热内插件(23)沿垂直于所述换热通道板(22)的方向间隔设置。

7.根据权利要求6所述的微反应器，其特征在于，所述换热内插件(23)上设置有定位凸起(232)，两个所述换热内插件(23)的所述定位凸起(232)相贴合，以使两个所述换热内插件(23)间隔设置。

8.根据权利要求5所述的微反应器，其特征在于，所述换热内插件(23)上均匀布设有若干个镂空格(231)。

9.根据权利要求1所述的微反应器，其特征在于，所述反应单元(1)、所述隔片(3)、所述换热单元(2)和所述盖板(4)通过扩散焊的方式固定。

10.根据权利要求1所述的微反应器，其特征在于，所述隔片(3)的厚度为0.5mm-3mm。

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