一种用于微通道膜分散反应装置的膜组件及该反应装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种用于微通道膜分散反应装置的膜组件及该反应装置，包括：至少一根膜管，膜管两端分别穿过连续相进液口挡板和连续相出液口挡板，并与连续相进液口挡板和连续相出液口挡板密封连接；在膜管外设有外套，外套与连续相进液口挡板、连续相出液口挡板形成包围在所述膜管外侧的分散相腔体；所述的外套上设有分散相进液口，穿过进液口挡板和出液口挡板分别设有连续相的进液口和出液口；膜管内部正中心位置设有一根分液柱，分液柱靠近进液口挡板的一端呈圆锥形，分液柱的另一端与出液口挡板固定连接；分液柱与膜管形成横截面为环状的微通道。本实用新型专利技术还提供一种含有上述膜组件的反应装置。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种膜分散式微通道反应器，以及用于该膜分散式微通道反应器的膜组件。
技术介绍
微、纳结构的颗粒如金属和金属氧化物纳米颗粒、无机化合物、有机化合物和药物颗粒在现代生活的的各个领域，如电子、信息、工程、能源、化工、机械和医疗等，都有着广泛的应用，更是新兴的经济增长点之一。各种物理和化学的制备微、纳结构材料的方法和工艺被开发和不断发展。然而在传统的化学反应和沉淀法等工艺中，需要利用搅拌、超声和喷射以及研磨等手段进行混合和传质，但是这些手段在传质效率和效果上较差，无法制备出尺寸均一的乳滴和颗粒，并且粒径控制难度高，批次重复性差。基于微加工技术的微通道反应器，可以实现对的微量液体的精确控制，使混合、化学反应等等一系列的单元操作都在精确的体积内进行，可以提高生成的微乳和颗粒的均一性，但是基于微加工技术的微反应器存在加工成本高和放大困难的缺点，目前只能用于实验室研究，还无法大规模的应用于实际的生成中。利用多孔膜作为分散介质的膜分散式反应器是近些年发展起来的一种新型的反应器，即通过微孔膜使一侧的流体在压力的作用下以均一度高尺寸细小液滴的形式分散到膜另一侧的液体中，由于细小液滴有着更大比表面积，同另一相接触时传质和传热更快更充分，大大提高了化学反应、萃取和乳化以及颗粒制备等单元操作的效率和均一性。强化微观传质过程，国内外已经有一些相关的研究。中国专利CN1605359公开了一种膜分散式萃取器，该萃取器利用孔径为0. 01-60微米的膜管或平板膜，将分散相液体分散成微小的液滴，增大传质面积，提高萃取的效果。中国专利CN1318429公开了一种膜分散法制备超细颗粒的方法，也采用该类型的反应器，制备硫酸钡颗粒，将硫酸-正丁醇溶液过微孔膜分散成小液滴，再与氯化钡溶液反应制备出硫酸钡颗粒，该专利仅利用微孔膜对液滴的初始粒径进行了限制，但流体接触后的混合特性(如流速、流体层的厚度等)没有进行控制，因此制备的粒径偏大(平均颗粒直径为I微米)。中国专利CN101433815公开了一种膜分散式微通道反应器，由一根外管和一根内管构成套管，在内外管之间形成环形的微通道，外管上设有连续相进口和出口，内管一端设有分散相的进口，另一端为管壁均布的有多孔的膜管结构，该装置有效地增大了微通道的截面积和增加了连续相的流速，提高了单反应器的处理量和保证了较强的微观混合，使该反应器更适合液液或者液气的快速反应中，但是该装置连续相的入口位于一侧，会引起环形微通道内部各处流速的不同，造成对多孔膜管表面剪切力的不同，最终影响到分散液滴的均一性，采用该反应器很难获得大小均一的乳滴或者颗粒。CN201006421和CN101683592和日本SPG技术有限公司开发的膜乳化器，通过乳液在高压的作用下通过SPG膜孔，形成粒径均一的乳滴。CN101683592公开了一种多根并排的膜管组成膜组件，将膜管外面的分散相过膜管的微孔分散到管的内部，在管内连续相液体对膜管的剪切力作用下，实现同膜的分离，在连续相中形成一个个细小的液滴或者乳滴，膜组件的使用实现工业生产的高通量的要求，但是由于各种商业化的膜管内径较粗，而制备内径小于2_的膜管受到成本和技术的限制，目前使用的膜管内径通常在4_以上，因此使用相同的功率的液流传输设备输送连续相，连续相在在膜管内的流速较低，产生的剪切力较小，降低了传质的效率，制备的乳滴也较大(通常在微米以上)，无法满足制备更小纳米乳和纳米颗粒和制备高浓度产物的要求。该技术中要实现连续相在膜管内表面有较高的剪切力，则需大幅提高设备的动力，如使用更大功率的泵，增加了生产中设备成本和能耗。因此，有必要开发一种提高乳化效率，易于放大，节能的适合工业化生产的膜乳化>J-U装直。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本技术提供一种用于微通道膜分散反应装置的膜组件，包括至少一根膜管，所述膜管两端分别穿过连续相进液口挡板和连续相出液口挡板，并与连续相进液口挡板和连续相出液口挡板密封连接；在膜管外设有外套，所述的外套与连续相进液口挡板和连续相出液口挡板密封连接；所述的外套与连续相进液口挡板、连续相出液口挡板形成包围在所述膜管外侧的分散相腔体；所述的外套上设有分散相进液口，穿过进液口挡板和出液口挡板分别设有连续相的进液口和出液口；其特征在于所述的膜管内部正中心位置设有一根分液柱，分液柱靠近进液口挡板的一端呈圆锥形，分液柱的另一端与出液口挡板固定连接；分液柱与膜管形成横截面为环状的微通道。本技术所述的膜管，可以是一根膜管，也可以是多根并列的膜管，例如2-20根，优选3-10根。所述的膜管横截面可以是圆形、椭圆、矩形。优选圆形。所述膜管为多孔膜管，包括有机高分子材料的膜管、二氧化硅膜管、陶瓷膜管、金属膜管等，根据不同的工艺要求选用合适膜管；对制药行业优选陶瓷膜、PTFE的中空膜管或二氧化硅膜管如SPG膜以及不锈钢的金属膜；对进行无机体系的反应和制备无机纳米颗粒等优选有机材料膜或者有机无机复合膜。所述膜管的孔径和开孔率根据物料的不同和反应需求而定，其中孔径的范围为0. 02-100 u m,开孔率为 3-60% ;优选孔径 0. l_50Mm。所述的分液柱的直径选择根据膜管的直径改变而改变，分液柱和膜管之间形成的环形横截面的外径和内径尺寸之差是100微米-5毫米，优选100-2000 u m,更优选100-1000u m。本技术所述的分液柱将从进液口进入膜管的连续相从中间劈开，在膜管和分液柱之间形成环形界面的液流，分液柱和膜管的截面形成同心圆形，保证流动相在环形微通道内部对称位置和膜管壁上的流动状态一致，这样环形通道内部各个位置连续相具有均一的流速，使形成的液滴更均一。加入分液柱更重要的优点表现在在流量一定的情况下，加入同心分液柱的形成微通道，减小了膜管内的截面积，增加了管道流速，在不增加设备功率负荷的情况下，既可以到达湍流，减少对设备的要求和能耗；另一方面提高连续相在膜管内的流速时，如图I所示的湍流状态，流速愈大，雷诺数Re愈大，层流内层的厚度越薄，连续相对过膜分散相形成的液滴的剪切作用愈显著，与传统的SPG膜乳化器过程缓慢和通常制备几十个微米的液滴相比，可以在一定程度上减小分散液滴的尺寸，增强了传质的效果和更利于制备更小的颗粒和乳滴，同时加快乳化进程;本技术通过加入分液柱减小了管中心非混合区(S卩非边界层)的体积，大大减少了未参与传质的连续相的体积，增加了终产物的浓度，可以减小浓缩甚至省去浓缩的工序特别适合高通量的工业化生产。申请人:通过大量研究发现，尤其当分液柱和膜管之间形成的环形横截面的外径和内径尺寸之差小于2000 y m时，能够保证混合传质的效果，如果尺寸过大，会造成微通道膜分散效果降低。另一方面，本技术优选当分液柱和膜管之间形成的环形横截面的外径和内径尺寸之差大于100 u m,使设备的加工难度降低，通式，保证通道的畅通，不易被堵塞，进而保证颗粒的均一性提高。 所述的分液柱可以应需求不同，选择金属、有机材料或者无机陶瓷等材料制备，根据本领域技术人员的常识，材料的选择和流动相和分散相的理化性质相匹配。例如，制药工业领域优选聚四氟乙烯(PTFE)和不锈钢金属材料；对无机体系的反应或制备无机纳米颗粒等，优选有机材料。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于微通道膜分散反应装置的膜组件，包括：至少一根膜管，所述膜管两端分别穿过连续相进液口挡板和连续相出液口挡板，并与连续相进液口挡板和连续相出液口挡板密封连接；在膜管外设有外套，所述的外套与连续相进液口挡板和连续相出液口挡板密封连接；所述的外套与连续相进液口挡板、连续相出液口挡板形成包围在所述膜管外侧的分散相腔体；所述的外套上设有分散相进液口，穿过进液口挡板和出液口挡板分别设有连续相的进液口和出液口；其特征在于所述的膜管内部正中心位置设有一根分液柱，分液柱靠近进液口挡板的一端呈圆锥形，分液柱的另一端与出液口挡板固定连接；分液柱与膜管形成横截面为环状的微通道。

【技术特征摘要】
1.一种用于微通道膜分散反应装置的膜组件，包括至少一根膜管，所述膜管两端分别穿过连续相进液口挡板和连续相出液口挡板，并与连续相进液口挡板和连续相出液口挡板密封连接；在膜管外设有外套，所述的外套与连续相进液口挡板和连续相出液口挡板密封连接；所述的外套与连续相进液口挡板、连续相出液口挡板形成包围在所述膜管外侧的分散相腔体；所述的外套上设有分散相进液口，穿过进液口挡板和出液口挡板分别设有连续相的进液口和出液口；其特征在于所述的膜管内部正中心位置设有一根分液柱，分液柱靠近进液口挡板的一端呈圆锥形，分液柱的另一端与出液口挡板固定连接；分液柱与膜管形...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁建栋，马万顺，孙耀军，周维娜，
申请(专利权)人：博瑞生物医药技术苏州有限公司，
类型：实用新型
国别省市：