一种层状膜分散式微通道换热混合装置及其应用制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种层状膜分散式微通道换热混合装置及其应用。本发明专利技术的混合装置为多层板依次密封连接而成的层状结构，其内部分为流体进料配分区、流体混合换热区及流体汇合区，各区分布混合流体腔、换热腔以及混合腔；在流体进料配分区,层状配分组合式混合流体腔和换热流体腔相连；在流体混合换热区,混合流体腔与混合腔相连，保持与换热流体腔的交叉配分式的状态；在流体汇合区各混合腔汇合于一起与出料口相连，各换热流体腔汇合于一起与换热流体出料口相连。本发明专利技术具有同时强化传质、传热的特点，应用于硝化、重氮化等反应的换热混合，起到提高反应选择性、安全性和生产效率等效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化工行业中的高效传质、传热装置，具体地说是一种层状膜分散式微通道换热混合装置及其应用。
技术介绍
在化工领域，传质、传热效果严重制约着反应的选择性、收率以及生产安全性和产能，尤其是对反应较剧烈、放热强的硝化、氧化、聚合反应等单元反应。微尺度下，相应流体的面积体积比可得到显著提高，有助于强化传热和传质。近年来，国内外对微通道反应的研究逐渐深入。公开号为US4735359的美国专利介绍一种液体混合装置,该物料混合形式为层状混合,利用离心装置将物料呈薄层状态送出,薄层厚度约为0.1毫米,最短在0.1毫秒即可完成充分混合。这种装置是固定的，单位时间的混合量是一定的，因此应用上有一定限制；同时机械加工较复杂，设备维护要求高。于2009年5月20日公开的、公开号为CN101433815中国专利技术专利介绍了一种套管结构的膜分散式微通道反应器，在内外管之间形成环形的微通道，较普通的微通道反应截面积增大，处理量增大。但该微反应器难以实现叠加组合，物料的处理量增加有限。于2010年6月16日公开的、公开号为CN101733056中国专利技术专利中介绍了一种微阵列结构的微通道反应器，该反应装置通过微通道阵列形式，实现了反应流体微流单元的交错撞击，提高了传质效果。但该反应器不能采用带颗粒流体的进料，不能实现内部换热，应用上受到制约。于2014年8月13日公开的、公开号为CN103977720中国专利技术专利中介绍了一种组合式层状配分混合装置，该装置通过面—面接触的形式，降低了微通道反应器堵塞的几率，可适用于带固体颗粒的流体进料反应，但同样没有解决反应器内部换热的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种同时具有强化传质、传热功能的层状膜分散式微通道换热混合装置及其应用。该混合装置以流体空腔配分的形式，实现各种流体交叉排列，在传热上，大大扩大了单位体积流体的传热面积；在传质上，缩短了流体的扩散距离，从而同时实现快速传质、传热，可达到物料的快速混合、稳定反应温度、提高化学单元反应安全性和可控性等目的。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术的换热混合装置为多层板依次密封连接而成的层状结构，其内部分为流体进料配分区、流体混合换热区及流体汇合区；位于首层的盖板处于流体进料配分区的一侧分别开有换热流体进口及多个供不同流体进入的流体进口，所述盖板处于流体汇合区的另一侧分别开有换热流体出料口及供混合后流体流出的出料口；所述流体混合换热区内设有多个上下布置、相互独立的混合腔，每个独立的混合腔的上下两侧均设有隔板，相邻两混合腔相对侧的两隔板之间形成换热流体腔，各所述换热流体腔由流体进料配分区延伸至流体混合换热区，各所述换热流体腔的一端分别与所述换热流体进口相连通，另一端分别与所述换热流体出料口相连通；所述流体进料配分区内相邻两换热流体腔之间均设有与流体进口数量相等、相互独立的混合流体腔，每个独立的所述混合流体腔的一端分别与一个流体进口相连通，另一端与同层的所述混合腔的一端相连通，各所述混合腔的另一端分别与出料口相连通；各流体经不同的流体进口进入到各自的混合流体腔中，换热流体经所述换热流体进口进入到各换热流体腔中，各所述混合流体腔中的流体在混合腔中混合，并在混合过程中与所述换热流体腔中的换热流体进行热量交换，完成热量交换的混合流体由所述出料口流出，完成热量交换的换热流体由所述流体汇合区流出。其中：所述位于首层的盖板与位于底层的底板之间的各层板的一侧分别开有换热流体进口及多个供不同流体进入的流体进口，另一侧分别开有换热流体出料口及供混合后流体流出的出料口；所述位于首层的盖板与位于底层的底板之间的各层板包括换热流体板、隔板、物料通道板及混合通道板，该换热流体板为多个，每个换热流体板上均设有形成所述换热流体腔的换热流体通道，所述换热流体通道的一端与所述换热流体进口相连通，另一端与所述换热流体出口相连通；相邻两换热流体板之间设有隔板、混合通道板及物料通道板，所述混合通道板的上下两侧均设有隔板，上下两侧的隔板之间设有与所述流体进口数量相等的物料通道板，每个物料通道板上均设有形成所述混合流体腔的流体通道，每个流体通道的一端与一个换热流体进口相连通，另一端与所述出料口相连通；所述混合通道板上设有形成混合腔的混合流体通道，该混合流体通道分别与各所述物料通道板上的流体通道的后半部相重合，且混合流体通道的末端与所述出料口相连通；所述换热流体通道的厚度与所在换热流体板的厚度相同，所述流体通道的厚度与所在物料通道板的厚度相同，所述混合流体通道的厚度与所在混合通道板的厚度相同；所述相邻两换热流体板之间设有两个物料通道板，分别为物料A通道板及物料B通道板，该物料A通道板及物料B通道板分别位于混合通道板的上下两侧，所述物料A通道板上设有形成混合流体腔A的流体通道，所述物料B通道板上设有形成混合流体腔B的流体通道，所述物料A通道板上的流体通道的一端与流体A进口相连通，所述物料B通道板上的流体通道的一端与流体B进口相连通，所述物料A通道板上的流体通道的另一端及所述物料B通道板上的流体通道的另一端分别与出料口相连通；所述各层板相互平行设置；所述各层板的材质可为金属材料或树脂材料的一种或多种，所述金属材料为铁、铜、铝、铝镁合金、不锈钢、钛、钛合金的一种或多种，所述树脂材料为聚四氟乙烯、PVC、PP、PE、PPR、PMMA、PET、PS、ABS的一种或多种；本专利技术层状膜分散式微通道换热混合装置的应用，可用于液—液、液—气或气—气的换热混合；所述层状膜分散式微通道换热混合装置应用于硝化、磺化、重氮化、缩合、巯基化、酯化、氧化、聚合或偶合的化学单元反应的换热混合；所述层状膜分散式微通道换热混合装置用于染料、染料中间体、颜料、颜料中间体、医药或医药中间体的制备过程中。本专利技术的优点与积极效果为：1.本专利技术的换热混合装置，预混合的各组分物料经配分后，以相互交错的薄层膜状分散接触，扩大了润湿周边，缩短了混合扩散和传热距离，可同时实现快速的传质和传热，有利于工艺条件的稳定控制。2.本专利技术的换热混合装置通过物料的配分组合，实现反应过程控制的宏观—微光—宏观的交替转化，强化了传质和传热过程，可实现高流通量，有利于工业化的生产实施。3.本专利技术的换热混合装置由多层板组合而成，材料选择灵活多样，便于高精度加工，适用范围广。4.本专利技术的换热混合装置可用于硝化、氧化、磺化、重氮化、缩合、聚合、酯化、巯基化、偶合、酸碱中和等单元化学反应中，提高反应速度、选择性、安全性和可控性。附图说明图1为本专利技术的应用示意图；图2为本专利技术的组合结构剖视图；图3为本专利技术的分解结构示意图；其中：1为流体A进口，2为换热流体进口，3为流体B进口，4为混合流体腔A，5为混合流体腔B，6为换热流体腔，7为混合腔，8为出料口，9为换热流体出口，10为盖板，11为换热流体板，12为隔板，13为物料A通道板，14为混合通道板，15为物料B通道板，16为底板。具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详述。如图1～3所示，本专利技术的换热混合装置为多层板依次密封连接而成的层状结构，其内部分为流体进料配分区A、流体混合换热区B及流体汇合区C；位于首层的盖板10处于流体进料配分区A的一侧分别开有换热流体进口2及多个供不同流体进入的流体进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种层状膜分散式微通道换热混合装置，其特征在于：该换热混合装置为多层板依次密封连接而成的层状结构，其内部分为流体进料配分区(A)、流体混合换热区(B)及流体汇合区(C)；位于首层的盖板(10)处于流体进料配分区(A)的一侧分别开有换热流体进口(2)及多个供不同流体进入的流体进口，所述盖板(10)处于流体汇合区(C)的另一侧分别开有换热流体出料口(9)及供混合后流体流出的出料口(8)；所述流体混合换热区(B)内设有多个上下布置、相互独立的混合腔(7)，每个独立的混合腔(7)的上下两侧均设有隔板(12)，相邻两混合腔(7)相对侧的两隔板(12)之间形成换热流体腔(6)，各所述换热流体腔(6)由流体进料配分区(A)延伸至流体混合换热区(7)，各所述换热流体腔(6)的一端分别与所述换热流体进口(2)相连通，另一端分别与所述换热流体出料口(9)相连通；所述流体进料配分区(A)内相邻两换热流体腔(6)之间均设有与流体进口数量相等、相互独立的混合流体腔，每个独立的所述混合流体腔的一端分别与一个流体进口相连通，另一端与同层的所述混合腔(7)的一端相连通，各所述混合腔(7)的另一端分别与出料口(8)相连通；各流体经不同的流体进口进入到各自的混合流体腔中，换热流体经所述换热流体进口(2)进入到各换热流体腔(6)中，各所述混合流体腔中的流体在混合腔(7)中混合，并在混合过程中与所述换热流体腔(6)中的换热流体进行热量交换，完成热量交换的混合流体由所述出料口(8)流出，完成热量交换的换热流体由所述流体汇合区(C)流出。...

【技术特征摘要】
1.一种层状膜分散式微通道换热混合装置，其特征在于：该换热混合装置为多层板依次密封连接而成的层状结构，其内部分为流体进料配分区(A)、流体混合换热区(B)及流体汇合区(C)；位于首层的盖板(10)处于流体进料配分区(A)的一侧分别开有换热流体进口(2)及多个供不同流体进入的流体进口，所述盖板(10)处于流体汇合区(C)的另一侧分别开有换热流体出料口(9)及供混合后流体流出的出料口(8)；所述流体混合换热区(B)内设有多个上下布置、相互独立的混合腔(7)，每个独立的混合腔(7)的上下两侧均设有隔板(12)，相邻两混合腔(7)相对侧的两隔板(12)之间形成换热流体腔(6)，各所述换热流体腔(6)由流体进料配分区(A)延伸至流体混合换热区(7)，各所述换热流体腔(6)的一端分别与所述换热流体进口(2)相连通，另一端分别与所述换热流体出料口(9)相连通；所述流体进料配分区(A)内相邻两换热流体腔(6)之间均设有与流体进口数量相等、相互独立的混合流体腔，每个独立的所述混合流体腔的一端分别与一个流体进口相连通，另一端与同层的所述混合腔(7)的一端相连通，各所述混合腔(7)的另一端分别与出料口(8)相连通；各流体经不同的流体进口进入到各自的混合流体腔中，换热流体经所述换热流体进口(2)进入到各换热流体腔(6)中，各所述混合流体腔中的流体在混合腔(7)中混合，并在混合过程中与所述换热流体腔(6)中的换热流体进行热量交换，完成热量交换的混合流体由所述出料口(8)流出，完成热量交换的换热流体由所述流体汇合区(C)流出。2.按权利要求1所述的层状膜分散式微通道换热混合装置，其特征在于：所述位于首层的盖板(10)与位于底层的底板(16)之间的各层板的一侧分别开有换热流体进口(2)及多个供不同流体进入的流体进口，另一侧分别开有换热流体出料口(9)及供混合后流体流出的出料口(8)。3.按权利要求1所述的层状膜分散式微通道换热混合装置，其特征在于：所述位于首层的盖板(10)与位于底层的底板(16)之间的各层板包括换热流体板(11)、隔板(12)、物料通道板及混合通道板(14)，该换热流体板(11)为多个，每个换热流体板(11)上均设有形成所述换热流体腔(6)的换热流体通道，所述换热流体通道的一端与所述换热流体进口(2)相连通，另一端与所述换热流体出口(9)相连通；相邻两换热流体板(11)之间设有隔板(12)、混合通道板(14)及物料通道板，所述混合通道板(14)的上下两侧均设有隔板(12)，上下...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨林涛，王永华，
申请(专利权)人：沈阳化工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21