一种碳纤维微芯片反应器制造技术

本发明专利技术公开了一种碳纤维微芯片反应器，该种碳纤维微芯片反应器为多层结构，至上而下依次为第一导热或导电层、上层碳纤维封板、碳纤维反应通道层、下层碳纤维封板和第二导热或导电层；所述的碳纤维反应通道层含有供流体进行化学反应的微通道；所述的碳纤维反应通道层、上层碳纤维封板和下层碳纤维封板均由碳纤维板制成。本发明专利技术还有如下优点1、质量轻便；2、极强的耐腐蚀性，抗酸、抗碱；3、超强的导热性能；4、便于一次形成，批量生产，符合未来化工工艺过程的发展趋势的设备需求。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种碳纤维微芯片反应器，该种碳纤维微芯片反应器为多层结构，至上而下依次为第一导热或导电层、上层碳纤维封板、碳纤维反应通道层、下层碳纤维封板和第二导热或导电层；所述的碳纤维反应通道层含有供流体进行化学反应的微通道；所述的碳纤维反应通道层、上层碳纤维封板和下层碳纤维封板均由碳纤维板制成。本专利技术还有如下优点1、质量轻便；2、极强的耐腐蚀性，抗酸、抗碱；3、超强的导热性能；4、便于一次形成，批量生产，符合未来化工工艺过程的发展趋势的设备需求。【专利说明】一种碳纤维微芯片反应器
本专利技术专利申请涉及一种碳纤维微芯片反应器，属于化学反应的专用设备领域。
技术介绍
化工工艺过程的发展趋势(PI)之一是设备的微型化发展。微芯片反应器内流体的微通道尺寸已经达到微米至亚毫米量级，与传统反应设备相比，其优点在于对质量和热量传递过程的强化以及流体流动方式的改进。在微芯片微反应器内，温度梯度随着线尺度的减小很快增加，传热推动力的显著增加，扩大了单位体积或单位面积的热扩散通量；此外，通过减小流体厚度，增加了面积体积比。因此通过精确的控制反应时间和反应温度，来控制反应的进程，提高原料的转化率，并且由于反应体积的减小，可最大限度的降低危险发生所产生的危害。中国专利技术专利(申请号200610088398.4)公开了一种复合换热式微反应器，可实现多温度区的控制；中国专利技术专利(申请号200710048166.0)公开了一种复合式换热填充式微反应器，中国专利技术专利(申请号200610085433.7)公开了一种利用微通道反应器制备生物柴油的方法，中国专利技术专利(申请号200710134498.0)公开了一种微通道反应器制备脂肪酸脂的方法以及中国专利技术专利(申请号200710021824.7) 一种利用微通道反应器制备纳米沸石的方法，中国专利技术专利(专利号ZL200910029362.2，ZL20910029363.7)以上反应器通过金属材料制备，从加工角度相对困难，不可实现批量化装备的生产。并且金属材料对于相当的化学反应在材料上具有一定的局限性，容易出现腐蚀性，导致设备失效，单位体积重量大。金属材料在导热、导电性能上相对工程塑料，具有一定的优越性，但是已无提升空间，并不是最佳的导热和导电材料。
技术实现思路
本专利技术要解决的最基本的技术问题是提供一种高导热或导电性能，且耐腐蚀，便于批量化生产的微芯片反应器，本专利技术要进一步解决的问题是提供一种导热和导电性能进一步增强的碳纤维微芯片反应器。为了克服金属材料的微型反应芯片的缺点，选用碳纤维材料制备微芯片反应器，该材料具有强度高、质量轻、抗腐蚀等特点，尤其是其导热性能随着热处理温度、石墨化温度的升高而提升，在平行于碳纤维长度方向的热导率可达180W/(m*K)，垂直方向可达70W/(m*K)。对碳纤维复合板材选用全部或部分气相生长的碳纤维编织增强的环氧复合材料，导热系数可达600W/ (m*K)。解决金属设备笨重，不耐腐蚀，相对加工不能批量化的缺点，并且极大的提升了设备的导热性能，节约了系统反应所需的热动力设备的投资和维护费用。这种碳纤维微芯片反应器制造成多层结构，至上而下依次为第一导热或导电层、上层碳纤维封板、碳纤维反应通道层、下层碳纤维封板和第二导热或导电层；所述的碳纤维反应通道层含有供流体进行化学反应的微通道；所述的碳纤维反应通道层、上层碳纤维封板和下层碳纤维封板均由碳纤维板制成，以部分增强产品的导热和导电性能，更耐腐蚀，机械强度更高。所述的碳纤维板由如下步骤加工得到:I)将碳纤维通过三维立体编织形成三维立体织物，相对于普通二维平面织物可以增加织物当中的碳纤维沿长度方向平行于导热方向的比例，从而提高整体的导热率，并且简化加工工艺，便于批量化地生产形成碳纤维板；2)将步骤I)得到的产品浸溃树脂，固化，并加压保持，以增强整体的机械强度；3)将步骤2)得到的产品进行切割、抛光。还可以在步骤2)中所述的树脂中混有碳粉或金属基材料作为掺渗材料，进一步提高整体的导热率。碳粉或金属基材料加入的含量为5-30%。步骤I)中，使用的碳纤维为全部或部分气相生长的碳纤维。步骤2)中，所述的树脂可以为环氧树脂、热固性酚醛树脂或聚丙烯树脂。当选择环氧树脂时，固化温度为150-200摄氏度，加压保持2-5小时。本领域技术人员可以根据碳纤维三维立体织物的具体状况选择适当的树脂作为步骤2)中所述的树脂，并根据所选择的树脂适当选择相应的固化温度和加压保持时间。还可以进一步改进，将步骤3)中的抛光步骤，抛光至碳纤维板的抛光面露出碳纤维截面，且表面粗糙度为0.6-3.2。这样将碳纤维板表面多余的树脂，还有部分碳纤维长度方向垂直于导热方向的碳纤维磨去，进一步提高整体的导热率。具体操作如图2所示(以二步法编织的三维立体织物为例)，抛光的部分切除了编织碳纤维垂直于热传导方向的部分，只留下了编织碳纤维平行和相较于热传导方向的部分，又因为碳纤维沿纤维长度方向的热导率要远大于垂直于纤维长度方向的热导率，如此抛光抛去碳纤维的一部分能够显著增强碳纤维板沿垂直于板平面方向即导热方向的热导率。此外，通过抛光出去碳纤维板表面的树脂，也能够增强碳纤维板沿垂直于板平面方向即导热方向的热导率。因此将碳纤维板抛光至碳纤维板表面露出碳纤维的截面能够显著增强碳纤维板沿垂直于板平面方向即导热方向的热导率。所述的碳纤维反应通道层通过下述方式之一制成:I)使用一块所述的碳纤维板，采用精密机械加工和/或精密注塑和/或模压成型的方式加工所述的碳纤维板，使所述的碳纤维板上形成供流体进行化学反应的微通道结构，以制成碳纤维反应通道层；2)使用一块所述的碳纤维板，采用精密机械加工和/或精密注塑和/或模压成型的方式加工所述的碳纤维板的一侧，使所述的碳纤维板上形成供流体进行化学反应的微通道结构，从而在该块碳纤维板上同时制成碳纤维反应通道层和上层碳纤维封板；3)使用一块所述的碳纤维板，采用精密机械加工和/或精密注塑和/或模压成型的方式加工所述的碳纤维板的一侧，使所述的碳纤维板上形成供流体进行化学反应的微通道结构，从而在该块碳纤维板上同时制成碳纤维反应通道层和下层碳纤维封板；4)使用两块所述的碳纤维板，采用精密机械加工和/或精密注塑和/或模压成型的方式分别加工两块所述的碳纤维板的一侧，使其中一块碳纤维板上形成碳纤维反应通道层的下半部分和下层碳纤维封板，在另一块碳纤维板上形成碳纤维反应通道层的上半部分和上层碳纤维封板，再将两块碳纤维板粘合以制成完整所述的含微通道的碳纤维反应通道层。除此之外，进一步地，还可以对所述上层碳纤维封板和/或下层碳纤维封板和/或含微通道的碳纤维反应通道层在2400-3000摄氏度的条件下进行高温热处理，这样可以使材料石墨化，从而提高整体的热导率，另一方面通过石墨化和高温烧结，使反应器材料石墨化，还可以大幅度的的提高该微芯片反应器的导电性能。进一步可以优选层与层之间通过螺栓硬链接和/或使用粘结剂粘合，以提高反应器的机械强度。本专利技术的显著效果:1、质量轻便；2、极强的耐腐蚀性，抗酸、抗碱；3、超强的导热性能；4、便于一次成型，批量生产。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术所述的碳纤维微芯片反应器示意图如图中所示:1为上层碳纤维封板；2为碳纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维微芯片反应器，其特征在于，所述碳纤维微芯片反应器为多层结构，至上而下依次为第一导热或导电层（4）、上层碳纤维封板（1）、碳纤维反应通道层（2）、下层碳纤维封板（3）和第二导热或导电层（5）；所述的碳纤维反应通道层（2）含有供流体进行化学反应的微通道；所述的碳纤维反应通道层（2）、上层碳纤维封板（1）和下层碳纤维封板（3）均由碳纤维板制成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭凯，张锴，李振江，欧阳平凯，涂善东，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：