一种微反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种微反应器，设有反应通道，所述反应通道具有多个反应腔(12)，各所述反应腔(12)内设有分流体(15)和扰流体(16)，各所述反应腔(12)呈矩形，其出口包括宽度逐渐变窄的V形通道(17)以及宽度相等的线性通道(18)，所述线性通道(18)的宽度a为0.002mm～6mm，所述扰流体(16)到V形通道(17)两边的距离b与所述线性通道(18)的宽度a的比值为0.93～2.2。该反应器具有高比表面积来增大强化反应过程，持液量和处理量得到进一步加大，可有效提高产品转化率和产率，同时热传导系数和换热效果得到显著提升，而且，介质在经过其通道时的压降大大降低，从而有利于对反应条件进行精确控制和降低能耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及反应设备
，特别是在化工、医药等行业所使用的微通道反应器，其介质可以是气体的、液体的或者弥散的，用于反应物在其通道内进行物理反应或化学反应。
技术介绍
微反应器，即微通道反应器，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三维结构元件。微反应器通常含有小的通道尺寸和通道多样性，流体在这些通道中流动，并在这些通道中发生所要求的反应。微反应器的“微”不是特指微反应器设备的外形尺寸大小，也不是指微反应器设备产品的产量小，而是表示工艺流体的通道在微米级别，微反应器中可以包含有成百万上千万的微型通道，因此也实现很高的产量。微反应器比常规的管道式反应器的尺寸要小得多，但微反应器从本质上来讲仍是一种连续流动的管道式反应器。微反应系统通常包括换热、混合、分离、分析和控制等高度集成单元。因具备大比表面积、微小反应体积和独特的层流传质等特性，决定其拥有常规反应器所不可比拟的优良传热、传质和混合性能。良好的传质性能保证了物料的快速混合，传热效率的提高使得反应能在等温条件下快速反应。如图1所示，使用此微反应器相对于传统的釜式反应器具有明显的技术优势，但同时也存在以下问题：首先，其反应通道2'的内壁沿流体走向全程设计为流线形，在单位面积内，固体基质1'上的“留白”区域面积过大，即所形成的通道面积较小，而非通道面积较大，通道面积与单位面积的比值小，直接导致持液量和处理量受到限制，影响了产品转化率和产率的进一步提高，通道混合效率有改进空间；而且由于反应通道2'面积较小，导致热传导系数和换热效果也会受到一定影响，有进一步提升的空间。其次，不耐压，不能进行高压反应，例如一些流体在低压状态下可能会汽化，因此需要在高压条件下进行反应。若采用上述微反应器，会导致无法完成混合或反应。再者，微反应器的特征尺寸一般在10到3000μm之间，其流线型构造需采用特殊的加工工艺和模具，增加了加工制造难度和成本，不利于规模化生产。因此，如何设计一种新的微反应器，以克服上述缺陷，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种微反应器。该反应器具有高比表面积来增大强化反应过程，持液量和处理量得到进一步加大，可有效提高产品转化率和产率，同时热传导系数和换热效果得到显著提升，而且，介质在经过其通道时的压降大大降低，从而有利于对反应条件进行精确控制和降低能耗。为实现上述目的，本专利技术提供一种微反应器，设有反应通道，所述反应通道具有多个反应腔，各所述反应腔内设有分流体和扰流体，各所述反应腔的入口下游设有分流体，各所述反应腔的出口上游设有扰流体，各所述反应腔呈矩形，其出口包括宽度逐渐变窄的V形通道以及宽度相等的线性通道，所述线性通道的宽度a为0.002mm～6mm，所述扰流体到V形通道两边的距离b与所述线性通道的宽度a的比值为0.93～2.2。优选地，所述分流体两侧到所述反应腔两侧的距离c与所述线性通道的宽度a的比值为0.84～2.5。优选地，所述分流体呈开口迎向反应腔入口的V形，所述入口末端到其开口底部弧形区域的距离d与所述线性通道的宽度a的比值为0.98～5.3。优选地，所述分流体V形开口两端的外侧分别平行于反应腔两侧的内壁，与所述内壁之间形成等宽的通道。优选地，所述分流体厚度为0.002mm～3mm，其V形开口两端的顶部尖角高于其所对应的反应腔入口末端。优选地，所述分流体的开口角度α为30度～160度，所述V形通道的角度β为30度～160度。优选地，所述分流体的开口角度α为60度～120度，所述V形通道的角度β为60度～120度。优选地，所述反应腔主腔体的长度为0.05mm～50mm、宽度为0.05mm～50mm，其长宽比为0.1～10。优选地，在同一分流单元内，包括至少两道并行的所述反应通道，相邻所述反应通道之间设有共用的中间壁，并在所述中间壁上设有连通其反应腔的混流口。优选地，所述混流口的长度为0.002mm～6mm，宽度为0.002mm～3mm。优选地，包括以层叠方式组成所述微反应器的一层通道板、两层隔板和两层散热板；所述通道板处于中间位置，其两面均设有所述反应通道；两层所述散热板分别位于所述通道板的上层和下层，其上分别设有换热通道；两层所述隔板分别位于所述通道板与所述散热板之间。优选地，包括组成所述微反应器的通道板；所述通道板的上下两面分别设有所述反应通道和散热通道。本专利技术在现有技术的基础上作了进一步改进，其反应腔的内壁不再全程设计为流线形，而是设计为直角部位均倒圆滑过渡的矩形。这样，在保证混流效果和流速，避免出现混合盲区的前提下，可大幅减小单位面积内非通道区域的面积，增大流通通道的面积，从而获得高比表面积来增大强化反应过程，进一步加大了持液量和处理量，可有效提高产品转化率和产率，同时热传导系数和换热效果也得到显著提升。此外，本专利技术将各反应腔的出口设计为逐渐变窄的V形通道以及宽度相等的线性通道两部分，并将线性通道的宽度a控制在0.002mm～6mm范围内，还设定扰流体到V形通道两边的距离b与线性通道的宽度a的比值为0.93～2.2，采用这样的构造之后，介质在经过反应通道时遇到的阻力最小，能够充分的形成漩涡，并最大程度上增大了漩涡保持的时间，从而获得最好的混合效果，而且，在单位长度内，介质压降大大降低，有利于对反应条件进行精确控制和降低能耗。附图说明图1为现有微反应器的反应通道示意图；图2为本专利技术所提供微反应器的外部结构示意图；图3为本专利技术所提供微反应器的反应通道示意图；图4为图3中I部位的局部放大图；图5为图3所示反应通道的流体速度矢量图；图6为分流体与扰流体连为一体的另一种反应通道示意图；图7为本专利技术所提供另一种微反应器的外部结构示意图；图8为同一块基板的上下两面分别设有微反应通道和换热通道的结构示意图。图1中：固体基质1'反应通道2'图2至图8中：1.通道板2.隔板3.散热板4.反应器入口5.反应器出口6.第一大分流装置7.第一小分流装置8.第二大分流装置9.第二小分流装置10.第三大分流装置11.第三小分流装置12.反应腔13.出口14.入口15.分流体16.扰流体17.V形通道18.线性通道19.混流口20.反应通道21.反应原料进口22.反应产物出口30.散热通道31.散热介质进口32.散热介质出口33.密封板具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。请参考图2、图3、图4，图2为本专利技术所提供微反应器的外部结构示意图；图3为本专利技术所提供微反应器的反应通道示意图；图4为图3中I部位的局部放大图。在一种具体实施例中，本专利技术所提供的微反应器设计为反应片形式，主要由通道板1、隔板2及散热板3三大部分层叠组成，其中，通道板1的厚度为0.1mm～50mm，其上刻有微反应通道，隔板2的厚度为0.01mm～5mm，散热板3的厚度为0.1mm～50mm，其上刻有散热通道，隔板2位于通道板1与散热板3之间，与通道板1限定形成反应通道，与散热板3限定形成散热通道。如图3所示，反应片一端开有两个(也可以是一个或多个)与反应通道连通的反应器入口4，用于同时进一股物料或者多股物料，反应片同一端或其他端开有一个反应器出口5。物料从反应器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微反应器，设有反应通道，所述反应通道具有多个反应腔(12)，各所述反应腔(12)内设有分流体(15)和扰流体(16)，其特征在于，各所述反应腔(12)呈矩形，其出口包括宽度逐渐变窄的V形通道(17)以及宽度相等的线性通道(18)，所述线性通道(18)的宽度a为0.002mm～6mm，所述扰流体(16)到V形通道(17)两边的距离b与所述线性通道(18)的宽度a的比值为0.93～2.2。

【技术特征摘要】
1.一种微反应器，设有反应通道，所述反应通道具有多个反应腔(12)，各所述反应腔(12)内设有分流体(15)和扰流体(16)，其特征在于，各所述反应腔(12)呈矩形，其出口包括宽度逐渐变窄的V形通道(17)以及宽度相等的线性通道(18)，所述线性通道(18)的宽度a为0.002mm～6mm，所述扰流体(16)到V形通道(17)两边的距离b与所述线性通道(18)的宽度a的比值为0.93～2.2。2.根据权利要求1所述的微反应器，其特征在于，所述分流体(15)两侧到所述反应腔(12)两侧的距离c与所述线性通道(18)的宽度a的比值为0.84～2.5。3.根据权利要求2所述的微反应器，其特征在于，所述分流体(15)呈开口迎向反应腔入口(14)的V形，所述入口(14)末端到其开口底部弧形区域的距离d与所述线性通道(18)的宽度a的比值为0.98～5.3。4.根据权利要求3所述的微反应器，其特征在于，所述分流体(15)V形开口两端的外侧分别平行于所述反应腔(12)两侧的内壁，与所述内壁之间形成等宽的通道。5.根据权利要求4所述的微反应器，其特征在于，所述分流体(15)厚度为0.002mm～3mm，其V形开口两端的顶部尖角高于其所对应的反应腔入口(14)末端。6.根据权利要求5所述的微反应器，其特征在于，所述分流体(15)的开口角...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄振，张家庚，李凤，李处来，丁全有，任晓晗，李宁，杨婷婷，
申请(专利权)人：山东豪迈化工技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37