CN212396705U - 微通道反应器 - Google Patents

Abstract

本发明属于化工微反应设备技术领域，特别涉及一种微通道反应器。采用的技术方案是：包括反应器壳体、上端导流垫板、上端封盖、下端导流垫板、下端封盖、反应微通道和导热介质腔体组成，物料进口贯穿上端封盖并通过上端导流垫板连通并联在一起的多根反应微通道，物料出口贯穿下端封盖后通过下端导流垫板连通反应微通道，反应微通道为直线或曲线型一体柱状通道。本发明采用一体微反应管作为反应管束，避免反应器的渗漏，延长微通道反应器使用寿命；酸蚀、涂覆或高温等技术处理方式对微反应管进行管道内表面糙化处理，增加反应器比表面积，增大湍流作用，从而使反应物料混合更充分，提高反应速率。

Description

微通道反应器

技术领域

本发明属于化工微反应设备技术领域，特别涉及一种微通道反应器。

背景技术

微通道反应器又称微反应器，通常含有小的通道尺寸和通道多样性，是一种借助于特殊微加工技术以固体基质制造的可用于进行化学反应的器件。与常规反应器相比，微通道反应器具有体积小、比表面积大、过程连续、易放大等特点。微反应器的独特结构使其具有非常高的传热和传质效率，可使反应层接近恒温，有利于各种化学反应的进行，同时在许多领域得到应用。同时，采用不同结构的连续流微通道反应器可实现反应物料的快速混合以及有效控制反应过程的传质传热问题，不但可以提高反应收率和产品质量，而且可以降低工业生产能量消耗、利于安全及环境保护，降低过程风险。

传统的微通道反应器是利用精密加工技术制造的特征尺寸在10~300μm或者1000μm之间的微型反应器，其最初都是利用金属材料通过两片合二为一，构造比较简单，且这种结构的微通道反应器在使用一段时间后，反应器管路通过反复热胀冷缩过程，会出现连接处渗漏现象。微通道反应器是微化工系统中重要的核心设备之一，随着当前社会环境安全形势和微反应器技术的不断发展，微反应技术及其设备越来越受到人们关注，并逐渐成为行业研究的热点。

发明内容

为了适应现有微反应技术发展，满足微化工反应系统技术需求，本发明提供一种微通道反应器。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

微通道反应器，包括反应器壳体、上端导流垫板、上端封盖、下端导流垫板、下端封盖、反应微通道和导热介质腔体组成，反应微通道处于导热介质腔体中，反应器壳体包裹导热介质腔体，物料进口贯穿上端封盖并通过上端导流垫板连通并联在一起的多根反应微通道，物料出口贯穿下端封盖后通过下端导流垫板连通反应微通道，反应微通道为直线或曲线型一体柱状通道。

作为优选，反应微通道的曲线型为“S”形、螺状盘旋形、连接角60°＜α＜90°的“Z”字折形中的一种。

作为优选，反应微通道对内壁表面根据材质采用涂覆、腐蚀、高温方式进行糙化处理。

作为优选，所述反应微通道材质为不锈钢、哈氏合金、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、玻璃或碳化硅中的任意一种。

作为优选，反应器壳体表面覆盖隔热层，反应器壳体上开孔设有导热介质进口、导热介质出口。

作为优选，上导流垫板设有物料导入口、物料导流槽、双向循环导流槽和反应通道连接槽，物料导入口处于导流垫板中间位置，向上与上端封盖上物料进口相互连通，向一周放射状连通物料导流槽，物料导流槽连通成环状分布的双向循环导流槽，双向循环导流槽通过反应通道连接槽连通反应微通道，下端导流垫板与上导流垫板结构相同。

作为优选，所述的上下端导流垫板所设物料导流槽数量与反应器壳体内所设反应微通道数量呈对应关系。

作为优选，所述上端封盖放入物料进口与上端导流垫板所设物料导入口是相互连通且呈一体的，下端封盖的物料出口与下端导流垫板所设物料导出口是相互连通且呈一体的。

作为优选，所述上端封盖及下端封盖为穹形，上端封盖及下端封盖与反应器壳体连接，上下端导流板与上下端封盖之间通过法兰盘连接，上下端封盖及反应器壳体直径大小一致，且均不超过上下端导流板直径，上下端导流板、上下端封盖与反应器壳体之间通过螺合或者焊接方式连接实现整体密闭，反应微通道的进口与出口分别与上端导流垫板上反应通道连接槽和下端导流垫板上反应通道连接槽进行嵌入式无缝固定连接。

本发明的有益作用表现为：本发明直接采用无缝一体微反应管作为反应管束的基本单元，可有效避免反应器的渗漏，延长微通道反应器使用寿命；同时利用酸蚀、涂覆或高温等技术处理方式对微反应管进行管道内表面糙化处理，增加反应器比表面积，增大管道内物料的湍流作用，从而使反应物料混合更充分，提高反应速率，增加传质、传热的效率；本发明微通道反应器通道直径φ设计为1000μm，对材质的可选择范围广，即可作为独立单元用于合成研究，同时亦可形成多级并联或串联的反应组合单元结构，适应规模的工业化生产应用。

附图说明

图1.微通道反应器整体外观结构示意图；

图2.微通道反应器纵切面结构示意图；

图3.其中一种反应微通道内部糙化剖面示意图；

图4.上下端导流垫板俯视示意图。

其中：1.反应器壳体，11.导热介质进口，12.导热介质出口，13.隔热层，2.上端导流垫板，21.反应微通道连接槽，22.物料导入口，23.物料导流槽，24.双向循环导流槽，3.上端封盖，31.上端物料进口，4.下端导流垫板，41.反应微通道连接槽，42.物料导出口，43.物料导流槽，44.双向循环导流槽，5.下端封盖，51.下端物料出口，6.反应微通道，61.反应微通道进口，62.反应微通道出口，63.通道内壁糙化处理层，64.反应腔7.导热介质腔体。

具体实施方式

为了更进一步地说明本发明的积极意义，下面结合具体的说明书附图及具体实施对发明内容进行详细说明。

微通道反应器，上端封盖3、上端导流垫板2、反应器壳体1、下端导流垫板4下端封盖5和微反应通道等部分。

上下端导流垫板、上下端封盖与反应器壳体1之间通过螺合或者焊接方式连接成为密闭整体结构；上端导流垫板2与上端封盖3、下端导流垫板4与下端封盖5之间通过法兰盘连接。上下端导流垫板和反应器壳体1围城导热介质腔体，并联组成的微反应通道管束浸没在导热介质腔体中。可以实现快速直接的传热过程，提高反应速率。

反应器壳体1上设有导热介质进口11、导热介质出口12和隔热层13。上端导流垫板2上层设有穹形上端封盖3，上端导流垫板2下层与反应器壳体1连接；下端导流垫板4下层设有穹形下端封盖5，下端导流垫板4上层与反应器壳体1连接；上下端封盖与反应器壳体1底面均为圆形，直径相等且均不超过上下端导流垫板的圆形底面直径。

上端封盖3设有物料进口31，上端导流垫板2设有物料导入口22，物料导入口22和物料进口相互连通且呈一体结构。

物料导入口22处于上端导流垫板2中间位置，物料导入口22向四周放射状分布设置四组物料导流槽23，物料导流槽23另一端连接双向循环导流槽, 双向循环导流槽为环状分布，双向循环导流槽上开有反应微通道连接槽，反应微通道的进口与反应通道连接槽41进行嵌入式无缝固定连接。

下端封盖设有物料出口，下端导流垫板设有物料导出口22，物料导出口22和物料出口相互连通且呈一体结构。

物料导出口处于下端导流垫板中间位置，物料导出口向四周放射状分布设置四组物料导流槽，物料导流槽另一端连接双向循环导流槽, 双向循环导流槽为环状分布，双向循环导流槽上开有反应微通道连接槽，反应微通道的出口与反应通道连接槽进行嵌入式无缝固定连接。上下端导流垫板上的物料导流槽的数量由反应器壳体内反应微通道数决定。

反应微通道设有糙化处理后的内壁63和反应腔体64；反应微通道6的直径φ大小为1000μm左右；微反应通道6材质可以根据反应类型及成本最优化需要选择不锈钢、哈氏合金、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、玻璃或碳化硅等中的任意一种；

反应微通道6的形状可以为直管形、“S”形、螺状盘旋形、连接角60°＜α＜90°的“Z”字折形等中的任一种直线或曲线型一体管柱状通道。反应微通道6根据所选材质可采用不规则喷涂覆层、酸碱腐蚀、高温等技术方式进行通道内壁进行糙化处理，利于有效增加物料留流经通道时的涡流混合作用、增加物料接触面积、提高反应速率和转化率。

本装置微通道反应器可以作为单独作为一个反应装置使用，亦可作为反应的一个单元进行多级并联或串联使用，应用于实际的规模化工业生产中。

本发明涉及的一种微通道反应器，其具体的工作原理如下：

将反应物料经预混后从上端封盖3所设物料进口31匀速泵入，在外力和重力作用下，物料经上端导流垫板2上的物料导入口22均匀的沿物料导流槽23通向双向循环导流槽24中，然后熊上端导流垫板2上所嵌入链接的各反应微通道6的进口61进入，在反应微通道6内经糙化处理内壁63的涡流混合和重力作用下，在反应腔体64内进行反应；

其中，反应过程所需的温度（低冷或高温）通过导热介质流动腔7内循环流动的介质来提供，且反应微通道6是浸入导热介质流动腔7的循环导热介质中，实现能量的瞬时交换；

其中，反应微通道6的选择玻璃材质、直径φ=1200μm的螺状盘旋形一体管柱状通道，内壁通过陶瓷涂层覆膜不规则糙化处理；

在外力和重力作用下，反应液从反应微通道6的出口62匀速流出，经下端导流垫板4上连接槽41经双向循环导流槽44、物料导流槽43后汇入物料导出口42流出微通道反应器内，根据反应进行程度和所需产量规模，可通过延长反应微通道长度、串联或者并联的方式达到工业目的。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种微通道反应器，包括反应器壳体、上端导流垫板、上端封盖、下端导流垫板、下端封盖、反应微通道和导热介质腔体组成，其特征是，反应微通道处于导热介质腔体中，反应器壳体包裹导热介质腔体，物料进口贯穿上端封盖并通过上端导流垫板连通反应微通道,多根反应微通道并联在一起，物料出口贯穿下端封盖后通过下端导流垫板连通反应微通道，反应微通道为直线或曲线型一体柱状通道。

2.根据权利要求1所述的微通道反应器，其特征在于，反应微通道的曲线型为“S”形、螺状盘旋形、连接角60°＜α＜90°的“Z”字折形中的一种。

3.根据权利要求1所述的微通道反应器，其特征在于，反应微通道对内壁表面根据材质采用涂覆、腐蚀、高温方式进行糙化处理。

4.根据权利要求1所述微通道反应器，其特征在于，所述反应微通道材质为不锈钢、哈氏合金、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、玻璃或碳化硅中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的微通道反应器，其特征在于，反应器壳体表面覆盖隔热层，反应器壳体上开孔设有导热介质进口、导热介质出口。

6.根据权利要求1所述的微通道反应器，其特征在于，上导流垫板设有物料导入口、物料导流槽、双向循环导流槽和反应通道连接槽，物料导入口处于导流垫板中间位置，向上与上端封盖上物料进口相互连通，向一周放射状连通物料导流槽，物料导流槽连通成环状分布的双向循环导流槽，双向循环导流槽通过反应通道连接槽连通反应微通道，下端导流垫板与上导流垫板结构相同。

7.根据权利要求5所述微通道反应器，其特征在于，所述的上下端导流垫板所设物料导流槽数量与反应器壳体内所设反应微通道数量呈对应关系。

8.根据权利要求5所述微通道反应器，其特征在于，所述上端封盖放入物料进口与上端导流垫板所设物料导入口是相互连通且呈一体的，下端封盖的物料出口与下端导流垫板所设物料导出口是相互连通且呈一体的。

9.根据权利要求1所述微通道反应器，其特征在于，所述上端封盖及下端封盖为穹形，上端封盖及下端封盖与反应器壳体连接，上下端导流板与上下端封盖之间通过法兰盘连接，上下端封盖及反应器壳体直径大小一致，且均不超过上下端导流板直径，上下端导流板、上下端封盖与反应器壳体之间通过螺合或者焊接方式连接实现整体密闭，反应微通道的进口与出口分别与上端导流垫板上反应通道连接槽和下端导流垫板上反应通道连接槽进行嵌入式无缝固定连接。

10.根据权利要求1所述微通道反应器，其特征在于，微通道反应器为多级并联或串联的反应组合单元结构。

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