一种圆形旋流式微反应通道、微反应器及微反应系统技术方案

本发明专利技术公开了一种圆形旋流式微反应通道，所述微反应通道为分层通道结构，包括若干个反应单元，以及按上、下位置分别沿切线方向连通相邻的两个反应单元的上层切向流道和下层切向流道，且连通同一个反应单元的上层切向流道和下层切向流道的位置位于所述反应单元的相对的两侧，以使所述上层切向流道和下层切向流道在竖直和水平方向上均交错设置。本发明专利技术通过巧妙的空间构造，在流体不断分离组合破碎的同时，辅助以壁面碰撞，流体碰撞，最终实现高效传质，同时，由于大弯角强壁面撞击现象以及紧缩变径结构的大大减少，压力降也得到了改善，利于工业化放大。于工业化放大。于工业化放大。

【技术实现步骤摘要】
一种圆形旋流式微反应通道、微反应器及微反应系统


[0001]本专利技术属于微反应器
，具体的说，是关于一种应用在化工、医药等领域、可使反应介质充分混合并进行物理或化学反应的圆形旋流式微反应通道、微反应器及微反应系统。

技术介绍

[0002]20世纪90年代以来，微型化是自然科学与工程技术发展的一个重要趋势，微型化工设备也逐渐发展起来。微反应器的传热、传质能力强，在化学、化工、制药、能源、环境等领域应用前景广泛，具有结构简单、无放大效应、操作条件易于控制、反应选择性好、内在安全等优点。
[0003]微反应器区别于其他反应器的一个重要特点，是将化学或物理反应控制在尽量微小的空间内，反应空间的尺寸数量级一般为毫米甚至微米。因此，如何设计非常微小尺寸的反应通道，以实现在微反应器内布置成百上万的微型反应通道，使其具备更高的效率、可实现更大的产量，进一步提高微反应器的传热、传质及混合特性，是本领域技术人员面临的重大问题。
[0004]在微反应器的设计中，分离重组是一种典型的混合设计思想，一方面通过流体分离破坏层流边界，一方面通过重组进行流体碰撞。这种设计在流速较低时具有良好的混合效率，但是，随着流速/流量的提升，其混合效率提升幅度相对较弱，容易造成通道内存在流动死区；同时，分离重组型混合结构在流速提升的过程中，压降显著增加，也进一步的影响了反应器的效率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就在于针对传统的分离重组类反应器结构所存在的缺点，提供一种圆形旋流式微反应通道、微反应器及微反应系统，能够在内部流速提升时，混合效率提高明显，且通道内部基本不存在流动死区。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的第一个方面，提供了一种圆形旋流式微反应通道，所述微反应通道为分层通道结构，包括若干个反应单元，以及按上、下位置分别沿切线方向连通相邻的两个反应单元的上层切向流道和下层切向流道，且连通同一个反应单元的上层切向流道和下层切向流道的位置位于所述反应单元的相对的两侧，以使所述上层切向流道和下层切向流道在竖直和水平方向上均交错设置。
[0007]优选的，所述反应单元为圆筒状，以使流体进入反应单元后能够形成旋转流动。
[0008]进一步的，所述上层切向流道和下层切向流道均为直形通道或弧形通道。
[0009]根据本专利技术，所述上层切向流道和下层切向流道的横截面积相等，即两者为等截面通道。
[0010]进一步的，所述上层切向流道和下层切向流道的截面形状为矩形、圆形、椭圆形、或不规则形。
[0011]根据本专利技术的优选实施例，所述反应单元与上层切向流道的连接处设置于反应单元一侧的靠近顶部的位置，以保证流体由上层切向流道从上层切向流入下一反应单元，或者由反应单元旋转流动后切向流入上层切向流道。
[0012]根据本专利技术的优选实施例，所述反应单元与下层切向流道的连接处设置于反应单元一侧的靠近底部的位置，以保证流体从反应单元旋转流动后切向流入下层切向流道，或者由下层切向流道从下层切向流入下一反应单元。
[0013]本专利技术的第二个方面，提供了一种微反应器，包括反应板以及设置于所述反应板内的微反应通道，其中，所述微反应通道为如上所述的微反应通道。
[0014]根据本专利技术的优选实施例，所述微反应通道具有多列，且相邻两列微反应通道末端的上层切线通道或下层切线通道之间以列间通道相互连通，形成串联连接，最外侧的两列微反应通道的末端分别通过流道连接物料入口和物料出口。
[0015]根据一个并列的方案，所述最外侧的两列微反应通道的末端所设的物料入口有两个，所述两个物料入口与微反应通道之间分别设有一段由直形通道和弧形通道组成的流道，两流道的末端形成汇流口，汇流口进一步连通微反应通道的上层切向通道或下层切向通道。
[0016]进一步的，所述两个物料入口中的第一个物料入口连接的流道为单股流道，第二个物料入口连接的流道则是在经过第一个物料入口的单股流道的区域分成两股，沿该单股流道的两侧延伸，至汇流口汇合。
[0017]本专利技术的第三个方面，提供了一种微反应器系统，由两个或更多个如上项所述的微反应器串联或并联而形成。
[0018]本专利技术的圆形旋流式微反应通道、微反应器以及微反应系统具有以下有益效果：
[0019]1、本专利技术利用流体的惯性力作用，流体通过上层切向流道进入反应单元，在反应单元内按顺时针方向保持旋转流动，并进入下层切向流道，然后切向进入下一反应单元内部，按逆时针方向不断旋转流动，然后通过上层切向流道流入下一反应单元，仍然按顺时针方向保持旋转流动，周而复始，流体不断的流动，不存在流动死区。
[0020]2、本专利技术通过巧妙的空间构造，在流体不断分离组合破碎的同时，辅助以壁面碰撞，流体碰撞，最终实现高效传质，同时，由于大弯角强壁面撞击现象以及紧缩变径结构的大大减少，压力降也得到了改善，利于工业化放大。
[0021]3、本专利技术加工简单，微反应器可以采取机械加工、激光雕刻或3D打印等方式实现。
[0022]4、本专利技术提供的微反应系统，可以通过串联或并联微反应器，增加反应时间或增加通量，保证工业化生产的需求。
附图说明
[0023]图1是实施例1的圆形旋流式微反应通道的结构示意图。
[0024]图2是图1的微反应通道的原理图。
[0025]图3是实施例2的微反应器的结构示意图。
[0026]图4是实施例3的微反应器的结构示意图。
[0027]图5为传质性能比较实验的结果。
[0028]图号说明：
[0029]1‑
上层切向流道；2
‑
反应单元；3
‑
下层切向流道；4
‑
列间通道；5
‑
流道；
[0030]6、6
’‑
物料入口；7、7
’‑
物料出口；8
‑
汇流口；10
‑
反应板。
具体实施方式
[0031]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。
[0032]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0033]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0034]在本专利技术中，术语如“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”、“顶”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，只是为了便于叙述本专利技术各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本专利技术中任一部件或元件，不能理解为对本专利技术的限制。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种圆形旋流式微反应通道，其特征在于，所述微反应通道为分层通道结构，包括若干个反应单元，以及按上、下位置分别沿切线方向连通相邻的两个反应单元的上层切向流道和下层切向流道，且连通同一个反应单元的上层切向流道和下层切向流道的位置位于所述反应单元的相对的两侧，以使所述上层切向流道和下层切向流道在竖直和水平方向上均交错设置。2.根据权利要求1所述的微反应通道，其特征在于，所述反应单元为圆筒状，以使流体进入反应单元后能够形成旋转流动。3.根据权利要求1所述的微反应通道，其特征在于，所述上层切向流道和下层切向流道均为直形通道或弧形通道。4.根据权利要求3所述的微反应通道，其特征在于，所述上层切向流道和下层切向流道的横截面积相等，即两者为等截面通道。5.根据权利要求4所述的微反应通道，其特征在于，所述上层切向流道和下层切向流道的截面形状为矩形、圆形、椭圆形、或不规则形。6.根据权利要求1所述的微反应通道，其特征在于，所述反应单元与上层切向流道的连接处设置于反应单元一侧的靠近顶部的位置，以保证流体由上层切向流道从上层切向流入下一反应单元，或者由反应单元旋转流动后切向流入上层切向流道。7.根据权利要求1所述的微反应通道，其特征在于，所述反应单元与下层切向流道的连接处设置于反应单元一侧的靠近底部的位置，以保证流体从...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶金星，程瑞华，孙茂林，梁超茗，曹黎明，沈昕源，单超，马跃跃，朱维平，李洪林，钱旭红，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：