CN211586541U - 一种微反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及精细化工技术领域，公开了一种微反应器，其包括微反应器本体，微反应器本体内部开设有微通道，微通道具有进液口及出液口，微通道的底壁上嵌设有由多孔材料制成的容纳层，容纳层可以很好的容纳反应生成的固体颗粒，从而可以避免微通道堵塞，并且可以避免固体颗粒混入最终流出的流体中，对于需要添加催化剂的反应，可以预先将催化剂置于容纳层中，可以提高化学反应速率。

Description

一种微反应器

技术领域

本实用新型涉及精细化工技术领域，特别是涉及一种微反应器。

背景技术

传统的釜式混合反应器通常由釜体、传热、传动、搅拌及密封等部分组成，其体积庞大、一次原料添加量大。通常情况下，由于一次性原料添加较大，添加的材料又包含易燃、易爆、毒害、腐蚀介质等，不同程度上会危害人身、财产安全，因此反应釜是一种具有很大的危险性的化工设备。据统计中国每年平均有四十多起与化工反应釜有关的重大安全事故。此外由于一次性原料添加较大，反应难以精确控制，会影响产品质量。因此迫切需要一种高效、安全的特殊混合装置来替代传统的釜式混合反应装置。精细化工的绿色化和可持续发展迫切要求化学工作者开发和运用高效的合成混合反应装置以及独特的合成路线，从而最大程度地利用原材料、资源和能源，减少或完全消除副产物的生成和排放，从而实现降低产品的生产成本，提高产品的市场竞争力，实现精细化工生产的结构转型目标，即“节约，清洁，安全”。

微通道反应器是一种借助特殊微加工技术以固体基质制造的可用于化学反应的三维结构单元。通常是指流体微通道当量直径在几微米或几百微米的反应器，在这种狭窄的流体微通道中，动边界层厚度大大减小，平均热、质扩散距离大幅度缩短，使得微通道内的化学反应能够利用快速表面反应动力学的固有特性。与传统化学反应器相比，微通道反应器的主要优点是表面积与体积比高，比表面积的增加除了可以强化传热外，也可以强化反应过程；此外，微通道反应器的热传导率也较传统热交换器高得多，高的热交换效率使反应可在等温下进行；在微通道反应器中热传递和质量传递同时得到改善，微通道中的流体是层流，因而过程参数，如温度、压力、停留时间和流速等容易控制；另外，微通道反应器是单独的反应系统，反应器放大只是简单地将微通道反应器进行平行叠加，反应器工业化不存在放大效应。

目前国内也出现了不少针对微通道反应器的设计和制造，设计的微通道反应器确实较之反应釜有较多的优点，但是现有的微通道反应器中存在以下缺点：1、在现有的微通道反应器通入两种或两种以上反应流体后，在反应时常伴随着固体颗粒产物，而这种固体颗粒产物很容易堵塞反应微通道，而且固体颗粒常常混入最终输出的反应液中，造成影响产品质量；2、部分反应需要添加催化剂，而现有的微通道反应器的微通道尺寸较小，不易添加催化剂，从而影响其应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种能够容纳固体颗粒产物及催化剂，避免微通道堵塞以及固体颗粒产物混入最终流出的流体中的微反应器。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种微反应器，包括微反应器本体，所述微反应器本体内部开设有微通道，所述微通道具有进液口及出液口，所述微通道的底壁上嵌设有由多孔材料制成的容纳层。

作为优选方案，所述微通道整体呈S形或波浪形或U形或锯齿形或螺旋形。

作为优选方案，所述微通道的横截面呈圆形或椭圆形或三角形或多边形。

作为优选方案，所述微通道具有至少两个所述进液口。

作为优选方案，所述微通道的内径为0.5mm－10mm。

作为优选方案，所述容纳层的厚度为0.3－10mm，宽度为0.3－10mm。

作为优选方案，所述容纳层沿所述微通道的方向延伸，所述容纳层的前端与所述出液口之间的距离、以及所述容纳层的后端与所述进液口之间的距离均为1mm－10mm。

作为优选方案，所述微反应器本体采用金属材料或陶瓷材料或玻璃材料制成。

本实用新型实施例一种微反应器与现有技术相比，其有益效果在于：

本实用新型实施例的微反应器包括微反应器本体，微反应器本体内部开设有微通道，微通道具有进液口及出液口，微通道的底壁上嵌设有由多孔材料制成的容纳层；1、使用该微反应器进行化学反应时，反应伴随有固体颗粒产物时，微通道底部的容纳层可以很好的容纳生成的固体颗粒，从而可以避免微通道的堵塞，并且可以避免固体颗粒混入最终流出的流体中。而且，由多孔材料制成的容纳层有利于对通入的流体反应物进行均匀混合进而使其充分反应；2、针对特殊需要添加催化剂的反应，可以预先将催化剂置于该微反应器的容纳层中，从而可以使得化学反应更加快捷高效的进行。

该微反应器的使用可以使化工行业的流体混合反应更高效，安全，环保的进行，且该种结构的微通道反应器制造方法简单，成熟，对化工行业的发展具有较大的意义。

附图说明

图1是本实用新型实施例一种微反应器的微通道的纵截面示意图；

图2是本实用新型实施例一种微反应器的微通道的横截面示意图。

图中，1、微反应器本体；2、微通道；3、容纳层；4、进液口；5、出液口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，应当理解的是，本实用新型中采用术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“前”、“后”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，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。应当理解的是，本实用新型中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本实用新型范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

如图1和图2所示，本实用新型实施例优选实施例的第一方面提供一种微反应器，包括微反应器本体1，微反应器本体1内部开设有微通道2，微通道2具有进液口4及出液口5，微通道2的底壁上嵌设有由多孔材料制成的容纳层3。

基于上述技术方案，本实施例中提供一种微反应器，微反应器本体1内部开设有微通道2，微通道2具有进液口4及出液口5，微通道2的底壁上嵌设有由多孔材料制成的容纳层3，使用该微反应器进行化学反应，反应伴随有固体颗粒产物时，微通道2底部的由多孔材料制成的容纳层3可以很好的容纳生成的固体颗粒，从而可以避免微通道2堵塞，并且可以避免固体颗粒混入最终流出的流体中，对于需要添加催化剂的反应，可以预先将催化剂置于容纳层3中，可以提高化学反应速率。

优选地，微通道2整体呈S形或波浪形或U形或锯齿形或螺旋形。示例性的，在本实施例中，微通道2整体呈S形，该种结构的微反应器表面积与体积比较高，可以强化反应过程，热传导率高，从而反应可在等温下进行，热传递和质量传递均较好。

示例性地，微反应器本体为与所述微通道2形状相匹配的形状，具体地，可以为S形或波浪形或U形或锯齿形或螺旋形等。

优选地，微通道2的横截面呈圆形或椭圆形或三角形或多边形。示例性的，在本实施例中，微通道2的横截面呈圆形，流体可在微通道2内进行反应并最终顺利流出。

优选地，微通道2具有至少两个进液口4。示例性的，在本实施例中，微通道2具有两个进液口4，需要说明的是，微通道2的进液口4数量与反应物流体的种类数量相同。

如图2所示，优选地，微通道2的内径为R，R等于0.5mm－10mm。示例性的，在本实施例中，微通道2的内径R为3mm，在狭窄的微通道2中，动边界层厚度大大减小，平均热、质扩散距离大幅度缩短，使得微通道2内的化学反应能够利用快速表面反应动力学的固有特性，反应更为高效。

优选地，所述容纳层3的厚度为H，H等于0.3－10mm，宽度为B，B等于0.3－10mm。示例性的，在本实施例中，容纳层3的厚度H为0.5mm，宽度B为2mm，容纳层3全部嵌入微通道2的底壁内，与微通道2的连接更牢固。

优选地，容纳层3沿微通道2的方向延伸，容纳层3的前端与出液口5之间的距离、以及容纳层3的后端与进液口4之间的距离均为1mm－10mm。示例性的，在本实施例中，容纳层3的前端与出液口5之间的距离、以及容纳层3的后端与进液口4之间的距离均为3mm，便于流体反应物进出微反应器本体1。

优选地，多孔材料上具有呈均匀的细枝干状或孔洞状或蜂窝状的孔。示例性的，在本实施例中，多孔材料上具有呈均匀的细枝干状的孔，可以很好的容纳生成的固体颗粒，而且有利于流体反应物均匀混合进而充分反应。

优选地，微反应器本体1采用具有防腐蚀功能的金属材料或陶瓷材料或玻璃材料制成。示例性的，在本实施例中，微反应器本体1采用具有防腐蚀功能的金属材料制成，可以防止微反应器本体被腐蚀，防止反应物被干扰及污染。

优选地，微通道2的内壁可以为光滑结构，也可以是带有纹路的结构。

优选地，在使用该微反应器进行化学反应时，多个微反应器本体1之间可以串联连接或并联连接，可根据不同的反应要求灵活选择。

本实用新型实施例的第二方面还提供一种上述微反应器的制造方法，上述微反应器采用3D打印制备。通过3D打印技术，快速构建三维结构金属材质的微反应器，操作简单，速度快，易于产业化。

优选地，3D打印包括激光3D打印或电子束3D打印或粘结剂挤出式3D打印或热挤出式3D打印，3D打印技术可以打印复杂的微通道2结构，精细度更高，适合具有复杂结构的三维微通道反应器的制备。

综上，本实用新型实施例提供一种微反应器，微反应器本体1内部开设有微通道2，微通道2的底壁上嵌设有由多孔材料制成的容纳层3。容纳层3可以很好的容纳微通道2内反应生成的固体颗粒，从而可以避免微通道2的堵塞以及固体颗粒混入最终流出的流体中，容纳层3还可以容纳催化剂。使用该微反应器时，反应能够快速、安全、高效的进行，能够连续生产，易于实现工业化放大。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种微反应器，其特征在于，包括微反应器本体，所述微反应器本体内部开设有微通道，所述微通道具有进液口及出液口，所述微通道的底壁上嵌设有由多孔材料制成的容纳层。

2.如权利要求1所述的微反应器，其特征在于，所述微通道整体呈S形或波浪形或U形或锯齿形或螺旋形。

3.如权利要求1所述的微反应器，其特征在于，所述微通道的横截面呈圆形或椭圆形或三角形或多边形。

4.如权利要求1所述的微反应器，其特征在于，所述微通道具有至少两个所述进液口。

5.如权利要求3所述的微反应器，其特征在于，所述微通道的内径为0.5mm－10mm。

6.如权利要求5所述的微反应器，其特征在于，所述容纳层的厚度为0.3－10mm，宽度为0.3－10mm。

7.如权利要求5所述的微反应器，其特征在于，所述容纳层沿所述微通道的方向延伸，所述容纳层的前端与所述出液口之间的距离、以及所述容纳层的后端与所述进液口之间的距离均为1mm－10mm。

8.如权利要求1所述的微反应器，其特征在于，所述微反应器本体采用金属材料或陶瓷材料或玻璃材料制成。

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