CN211754872U - 高通量微通道反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高通量微通道反应器，包括重叠设置的多个反应单元，每个反应单元包括：基板，其水平设置，基板上开设导气槽，沿导气槽的周向向外水平延伸加工形成第一定位槽，沿第一定位槽的周向向外水平延伸加工形成第二定位槽，基板上设有冷却液入孔、冷却液出孔、进气孔；注气板，其卡设在第一定位槽内；换热板，其卡设在第二定位槽内，换热板的相对两侧分别与第二定位槽的侧壁以第二定位槽的槽底为底面形成两个引流槽，换热板的表面设有导流槽，换热板的端面间隔设有多个贯通的换热孔，多个换热孔的两端分别与两个引流槽连通。本实用新型使气‑液‑固三相接触充分，收率高，通道尺寸大，不易堵塞，可实现批量产业化生产。

Description

高通量微通道反应器

技术领域

本实用新型涉及微反应器技术领域，具体是一种高通量微通道反应器。

背景技术

目前，气-液-固反应器主要有两种类型，一种是传统工艺的釜式反应器，一种是小型的微通道(10～1000μm)反应器，但这两种反应器均有各自的优缺点：釜式反应器使用范围广泛、投资少、投产容易，但该种反应器换热面积小、反应温度不宜控制、停留时间不一致等原因致使产品反应周期长、收率也不理想；微通道反应器可以充分的解决换热面积小、反应周期长和收率等问题，但微通道反应器通道尺寸非常小，原料中的颗粒在生产过程中有一定的团聚现象使得微通道反应器经常堵塞，而且微通道反应器最大的缺点在于其处理能力非常受限，停留在实验室级别，难以应用于批量生产。如果微通道反应器的数量过多，会造成集成后的反应器装置结构非常复杂，检测和控制单个微通道反应器的状态会很困难，无形中增加了巨大的工业应用成本。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本实用新型还有一个目的是提供一种高通量微通道反应器，其换热充分，气-液-固三相接触充分，收率高，通道尺寸大不易堵塞，反应器的状态可控，操作简单，可实现批量产业化生产，满足工业生产需求。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种高通量微通道反应器，包括重叠设置的多个反应单元，每个反应单元包括：

基板，其水平设置，所述基板上开设导气槽，沿所述导气槽的周向向外水平延伸加工形成第一定位槽，沿所述第一定位槽的周向向外水平延伸加工形成第二定位槽，所述基板上设置第一导液孔，所述第一导液孔靠近所述第一定位槽并与所述第二定位槽连通，所述基板上设有冷却液入孔、冷却液出孔、进气孔；

注气板，其卡设在所述第一定位槽内，所述注气板由金属粉末烧结多孔材料制成；

换热板，其卡设在所述第二定位槽内，所述换热板的相对两侧分别与所述第二定位槽的侧壁以所述第二定位槽的槽底为底面形成两个引流槽，所述换热板的表面设有导流槽，所述导流槽的一端开设第二导液孔，所述第二导液孔与所述第一导液孔分别位于所述基板的相对两侧，所述换热板的端面间隔设有多个贯通的换热孔，多个换热孔的两端分别与两个引流槽连通；

其中，所述冷却液入孔、所述冷却液出孔分别通过多个引流孔与所述引流槽连通，所述进气孔通过多个导气孔与所述导气槽连通，相邻两个反应单元的所述第一导液孔位于同一侧，位于上一个反应单元的冷却液入孔、冷却液出孔、进气孔分别与位于下一个反应单元的冷却液入孔、冷却液出孔、进气孔重合。

优选的是，还包括：

容纳框，其用于放置多个反应单元，所述容纳框包括上板体、下板体以及间隔设置在上板体和下板体之间的多个固定杆，多个固定杆靠近所述上板体和所述下板体的边缘环绕分布，每个固定杆分别贯穿所述上板体和所述下板体后通过螺母固定，所述上板体与位于最上方的反应单元的换热板接触，所述上板体设有进料口，所述下板体与位于最下方的反应单元的隔板接触，所述下板体设有出料口，所述出料口正对位于最下方的反应单元的第一导液孔。

优选的是，还包括：

支腿，其设置在所述下板体的下方；

冷却液进口，其设置在所述上板体上并与位于最上方的反应单元的冷却液入孔连通；

冷却液出口，其设置在所述下板体上并与位于最下方的反应单元的冷却液出孔连通；

进气管，其与位于最下方的反应单元的进气孔连通。

优选的是，所述基板的侧面还设有一对容纳孔，所述基板的内部设置导气通道，所述基板上设有测压孔，一对容纳孔通过导气通道连通，其中一个容纳孔与所述进气孔连通并设置流量调节开关，多个导气孔均与所述导气通道连通以实现所述进气孔与所述导气槽连通，剩余一个容纳孔与所述测压孔连通并设置阻气开关，位于上一个反应单元的测压孔与位于下一个反应单元的测压孔重合，所述上板体设有气压测试口，所述气压测试口与位于最上方的反应单元的测压孔连通，所述气压测试口处设有压力表。

优选的是，所述导流槽内设有多组扰流件，每组扰流件包括间隔排列多个翅片，相邻两个翅片的一端相互靠近、另一端相互远离，相邻两组扰流件的多个翅片镜像对称。

优选的是，所述基板、所述换热板、所述注气板均为长方形板，所述冷却液入孔与所述冷却液出孔位于所述换热板的长度方向的两侧，所述引流槽沿所述换热板的长度方向设置，多个换热孔的贯通方向平行于所述换热板的宽度方向。

优选的是，所述注气板的孔径大于或等于0.1μm。

优选的是，所述基板的侧面设有测温孔，其用于容纳温度探头，所述测温孔为朝向所述换热板与所述注气板之间的盲孔。

优选的是，所述第一导液孔和所述第二导液孔均为条形孔。

优选的是，所述换热板由金属或碳化硅或氮化硅陶瓷制成。

本实用新型至少包括以下有益效果：

本实用新型所述的高通量微通道反应器，既可彻底弥补传统釜式反应器的和微通道反应器的所有不足，又可兼顾微通道反应器的优点，换热充分，气-液-固三相接触充分，收率高，通道尺寸大不易堵塞，而且反应器的状态可控，操作简单，可实现批量产业化生产，满足工业生产需求。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本实用新型的其中一个技术方案的整体结构示意图；

图2为本实用新型其中一个技术方案中所述反应单元的结构示意图；

图3为本实用新型其中一个技术方案中所述反应单元的透视图；

图4为本实用新型其中一个技术方案中所述反应单元以垂直于所述换热孔轴向的截面示意图；

图5为本实用新型其中一个技术方案中所述反应单元以所述换热孔的轴向的截面示意图；

图6为本实用新型其中一个技术方案中所述换热板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。在本实用新型的描述中，术语“横向”、“纵向”、“轴向”、“径向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并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。

如图1-6所示，提供了一种高通量微通道反应器，包括重叠设置的多个反应单元，每个反应单元包括：

基板1，其水平设置，所述基板1上开设导气槽10，沿所述导气槽10的周向向外水平延伸加工形成第一定位槽11，沿所述第一定位槽11的周向向外水平延伸加工形成第二定位槽12，所述基板1上设置第一导液孔17，所述第一导液孔17靠近所述第一定位槽11并与所述第二定位槽12连通，所述基板1上设有冷却液入孔13、冷却液出孔14、进气孔15；

注气板3，其卡设在所述第一定位槽11内，所述注气板3由金属粉末烧结多孔材料制成；

换热板2，其卡设在所述第二定位槽12内，所述换热板2的相对两侧分别与所述第二定位槽12的侧壁以所述第二定位槽12的槽底为底面形成两个引流槽24，所述换热板2的表面设有导流槽21，所述导流槽21的一端开设第二导液孔22，所述第二导液孔22与所述第一导液孔17分别位于所述基板1的相对两侧，所述换热板2的端面间隔设有多个贯通的换热孔23，多个换热孔23的两端分别与两个引流槽24连通；

其中，所述冷却液入孔13、所述冷却液出孔14分别通过多个引流孔41与所述引流槽24连通，所述进气孔15通过多个导气孔42与所述导气槽10连通，相邻两个反应单元的所述第一导液孔17位于同一侧，位于上一个反应单元的冷却液入孔13、冷却液出孔14、进气孔15分别与位于下一个反应单元的冷却液入孔13、冷却液出孔14、进气孔15重合。

本实用新型中沿所述导气槽10的周向向外水平延伸加工形成第一定位槽11，即沿导气槽10的周向向外水平延伸开挖形成第一定位槽11，第一定位槽11的槽口比导气槽的槽口向外扩大，沿所述第一定位槽11的周向向外水平延伸加工形成第二定位槽12，即沿第一定位槽11的周向向外水平延伸开挖形成第一定位槽12，第二定位槽12的槽口比第一定位槽11的槽口向外扩大，第二定位槽12、第一定位槽11、导气槽10由上至下依次设置，整体结构在纵向切面形成了台阶式结构，注气板3卡设在第一定位槽11与导气槽10形成的台阶上，换热板2设置在第一定位槽11与第二定位槽12形成的台阶上，实际生产应用中，注气板3、换热板2的周向边缘均设有密封圈。相邻两个反应单元之间的基板1与基板1之间也为密封设置。多个反应单元重叠设置，形成反应器。注气板3的材质可根据流体不同腐蚀程度选择，可制作金属、陶瓷等材质。根据需要可将换热板2的两个表面均设置导流槽21进而增大换热板2与注气板3之间的空间，同时便于在导流槽21内设置翅片9等扰流的部件，提升反应效果。

本实用新型在使用时，反应气体从位于最下方的反应单元的进气孔15进入，迅速充满多个反应单元的进气孔15，然后几乎同时通过每个反应单元的导气孔42进入每个反应单元的导气槽10，并穿过注气板3的漏气孔。同时，工艺液体物料及固体催化剂先进入位于最上方的反应单元的换热板2的导流槽21内，通过第二导液孔22后在注气板3上流动，此时在注气板3与换热板2之间的空间内与穿过注气板3的反应气体接触，进而发生反应。工艺液体物料及固体催化剂在与注气板3上方的气体反应的同时进一步通过第一导液孔17流入下一个反应单元的换热板2上的导流槽21内，重复上述流动过程，直到工艺液体物料及固体催化剂到达位于最下方的反应单元的注气板3上，与反应气体反应后通过最下方的反应单元的第一导液孔17流出。

在反应器开始工作时，即反应气体进入、工艺液体物料及固体催化剂进入的时候，位于最上方的反应单元的冷却液入孔13外接管道使冷却液进入，冷却液迅速充满多个反应单元的冷却液入孔13，然后几乎同时通过每个反应单元的引流孔41进入每个反应单元的引流槽24内，进而穿过换热孔23后从每个单元的冷却液出孔14流出，多个反应单元经冷却液出孔14流出的冷却液通过位于最下方的反应单元的冷却液出孔14流出。当反应气体与工艺液体物料及固体催化剂在注气板3上发生反应时，位于注气板3上方的换热板2内流动的冷却液可将发生反应产生的热量带走，处于最上方和最下方之间的反应单元的换热板2内流动的冷却液还可以同时相邻两个反应单元之间的注气板3上发生的化学反应产生的热量发生热交换，实现了“单面注气，双面取热”的效果，避免“飞温”现象。

本实用新型所述的高通量微通道反应器，既可彻底弥补传统釜式反应器的和微通道反应器的所有不足，又可兼顾微通道反应器的优点，换热充分，气-液-固三相接触充分，收率高，通道尺寸大不易堵塞，而且反应器的状态可控，操作简单，可实现批量产业化生产，满足工业生产需求。

在另一技术方案中，还包括：

容纳框，其用于放置多个反应单元，所述容纳框包括上板体51、下板体52以及间隔设置在上板体51和下板体52之间的多个固定杆53，多个固定杆53靠近所述上板体51和所述下板体52的边缘环绕分布，每个固定杆53分别贯穿所述上板体51和所述下板体52后通过螺母固定，所述上板体51与位于最上方的反应单元的换热板2接触，所述上板体51设有进料口61，所述下板体52与位于最下方的反应单元的基板接触，所述下板体52设有出料口62，所述出料口62正对位于最下方的反应单元的第一导液孔17。容纳框可以根据实际生产的需求来设置需要的反应单元的数量，确保充分反应，提高反应质量的同时优化成本。

在另一技术方案中，还包括：

支腿71，其设置在所述下板体52的下方；

冷却液进口72，其设置在所述上板体51上并与位于最上方的反应单元的冷却液入孔13连通；

冷却液出口73，其设置在所述下板体52上并与位于最下方的反应单元的冷却液出孔14连通；

进气管74，其与位于最下方的反应单元的进气孔15连通。

支腿71能够平稳的支撑容纳框，便于整体装置的搬运，冷却液进口72、冷却液出口73、进气管74分别便于与外界冷却液源或气源连通。

在另一技术方案中，所述基板1的侧面还设有一对容纳孔81，所述基板1的内部设置导气通道82，所述基板1上设有测压孔18，一对容纳孔81通过导气通道82连通，其中一个容纳孔81与所述进气孔15连通并设置流量调节开关83，多个导气孔42均与所述导气通道82连通以实现所述进气孔15与所述导气槽10连通，剩余一个容纳孔81与所述测压孔18连通并设置阻气开关84，位于上一个反应单元的测压孔18与位于下一个反应单元的测压孔18重合，所述上板体51设有气压测试口，所述气压测试口与位于最上方的反应单元的测压孔18连通，所述气压测试口处设有压力表85。

此技术方案中，通过流量调节开关83可调节每个反应单元的反应气体的进气量，同时选择性的控制阻气开关84，查看压力表85可得到任意一个或多个反应单元的进气压力，随时监测反应气体的压力，从而实现手动控制反应气体的流量或者压力。此外，还可以外接PLC控制器等来实现自动控制反应气体的流量或者压力。即：针对反应所需的气体流量或者压力，通过PLC控制器对气体的流量或者压力进行监测控制，进而控制驱动电机调整流量调节开关，实现对反应气体的流量或者压力的自动控制，比如某个反应所需的气体压力恒定，PLC控制器监测到压力表的压力值为高于或者低于该压力值时，就会控制驱动电机调整流量调节开关进而改变气体压力，使气体压力保持在反应所需压力值。

在另一技术方案中，所述导流槽21内设有多组扰流件，每组扰流件包括间隔排列多个翅片9，相邻两个翅片9的一端相互靠近、另一端相互远离，相邻两组扰流件的多个翅片9镜像对称，并且形成了流道，实际应用中，流道尺寸为2*50mm，流道的长度顺应液体流动方向垂直于第一导液孔17。翅片9的设置也可以增加换热面积，强化换热效果。

在另一技术方案中，所述基板1、所述换热板2、所述注气板3均为长方形板，所述冷却液入孔13与所述冷却液出孔14位于所述换热板2的长度方向的两侧，所述引流槽24沿所述换热板2的长度方向设置，多个换热孔23的贯通方向平行于所述换热板2的宽度方向。因而，流道的方向也是平行于换热板2的长度方向设置。换热板2、注气板3设计在基板1内部，不占用过多的空间，便于基板1与基板1之间的密封。

在另一技术方案中，所述注气板3的孔径大于或等于0.1μm，促使反应气体与工艺液体物料及固体催化剂反应更彻底充分。

在另一技术方案中，所述基板1的侧面设有测温孔19，其用于容纳温度探头，所述测温孔19为朝向所述换热板2与所述注气板3之间的盲孔。

在另一技术方案中，所述第一导液孔17和所述第二导液孔22均为条形孔。

在另一技术方案中，所述换热板2由金属或碳化硅或氮化硅陶瓷制成。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.高通量微通道反应器，其特征在于，包括重叠设置的多个反应单元，每个反应单元包括：

基板，其水平设置，所述基板上开设导气槽，沿所述导气槽的周向向外水平延伸加工形成第一定位槽，沿所述第一定位槽的周向向外水平延伸加工形成第二定位槽，所述基板上设置第一导液孔，所述第一导液孔靠近所述第一定位槽并与所述第二定位槽连通，所述基板上设有冷却液入孔、冷却液出孔、进气孔；

注气板，其卡设在所述第一定位槽内，所述注气板由金属粉末烧结多孔材料制成；

换热板，其卡设在所述第二定位槽内，所述换热板的相对两侧分别与所述第二定位槽的侧壁以所述第二定位槽的槽底为底面形成两个引流槽，所述换热板的表面设有导流槽，所述导流槽的一端开设第二导液孔，所述第二导液孔与所述第一导液孔分别位于所述基板的相对两侧，所述换热板的端面间隔设有多个贯通的换热孔，多个换热孔的两端分别与两个引流槽连通；

其中，所述冷却液入孔、所述冷却液出孔分别通过多个引流孔与所述引流槽连通，所述进气孔通过多个导气孔与所述导气槽连通，相邻两个反应单元的所述第一导液孔位于同一侧，位于上一个反应单元的冷却液入孔、冷却液出孔、进气孔分别与位于下一个反应单元的冷却液入孔、冷却液出孔、进气孔重合。

2.如权利要求1所述的高通量微通道反应器，其特征在于，还包括：

容纳框，其用于放置多个反应单元，所述容纳框包括上板体、下板体以及间隔设置在上板体和下板体之间的多个固定杆，多个固定杆靠近所述上板体和所述下板体的边缘环绕分布，每个固定杆分别贯穿所述上板体和所述下板体后通过螺母固定，所述上板体与位于最上方的反应单元的换热板接触，所述上板体设有进料口，所述下板体与位于最下方的反应单元的隔板接触，所述下板体设有出料口，所述出料口正对位于最下方的反应单元的第一导液孔。

3.如权利要求2所述的高通量微通道反应器，其特征在于，还包括：

支腿，其设置在所述下板体的下方；

冷却液进口，其设置在所述上板体上并与位于最上方的反应单元的冷却液入孔连通；

冷却液出口，其设置在所述下板体上并与位于最下方的反应单元的冷却液出孔连通；

进气管，其与位于最下方的反应单元的进气孔连通。

4.如权利要求2所述的高通量微通道反应器，其特征在于，所述基板的侧面还设有一对容纳孔，所述基板的内部设置导气通道，所述基板上设有测压孔，一对容纳孔通过导气通道连通，其中一个容纳孔与所述进气孔连通并设置流量调节开关，多个导气孔均与所述导气通道连通以实现所述进气孔与所述导气槽连通，剩余一个容纳孔与所述测压孔连通并设置阻气开关，位于上一个反应单元的测压孔与位于下一个反应单元的测压孔重合，所述上板体设有气压测试口，所述气压测试口与位于最上方的反应单元的测压孔连通，所述气压测试口处设有压力表。

5.如权利要求1所述的高通量微通道反应器，其特征在于，所述导流槽内设有多组扰流件，每组扰流件包括间隔排列多个翅片，相邻两个翅片的一端相互靠近、另一端相互远离，相邻两组扰流件的多个翅片镜像对称。

6.如权利要求1所述的高通量微通道反应器，其特征在于，所述基板、所述换热板、所述注气板均为长方形板，所述冷却液入孔与所述冷却液出孔位于所述换热板的长度方向的两侧，所述引流槽沿所述换热板的长度方向设置，多个换热孔的贯通方向平行于所述换热板的宽度方向。

7.如权利要求1所述的高通量微通道反应器，其特征在于，所述注气板的孔径大于或等于0.1μm。

8.如权利要求1所述的高通量微通道反应器，其特征在于，所述基板的侧面设有测温孔，其用于容纳温度探头，所述测温孔为朝向所述换热板与所述注气板之间的盲孔。

9.如权利要求1所述的高通量微通道反应器，其特征在于，所述第一导液孔和所述第二导液孔均为条形孔。

10.如权利要求1所述的高通量微通道反应器，其特征在于，所述换热板由金属或碳化硅或氮化硅陶瓷制成。

Images