一種實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的微通道反應器的制造方法
【專利摘要】一種實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的微通道反應器，屬于化學化工微觀結(jié)構(gòu)反應裝置【技術(shù)領(lǐng)域】。其特征在于：反應器主體包括過盈配合的外殼體（10）和內(nèi)殼體（13），內(nèi)殼體（13）和外殼體（10）之間設(shè)有至少一條微通道反應線（11），反應器主體的頂部設(shè)內(nèi)外兩層密室分別為內(nèi)原料聚集倉（5）和外原料聚集倉（4），內(nèi)原料聚集倉（5）中央位置開設(shè)第一原料入口（1）；反應器主體的底部設(shè)成品聚集倉（12）；微通道反應線（11）上下連通外原料聚集倉（4）和成品聚集倉（12），反應器主體內(nèi)外均設(shè)有冷卻系統(tǒng)。本發(fā)明消除了微通道反應器的“放大效應”，在確保每一條反應線都具備微尺度的同時以增加其總的反應量，從而能實現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)。
【專利說明】一種實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)的微通道反應器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 一種實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的微通道反應器，屬于化學化工微觀結(jié)構(gòu)反應裝置技術(shù)領(lǐng) 域。

【背景技術(shù)】
[0002] 20世紀90年代初，可持續(xù)與高新技術(shù)發(fā)展的需要促進了微化工技術(shù)的研究，其主 要研究對象為特征尺度在微米級的微通道，由于尺度的微細化使得微通道中化工流體的傳 熱、傳質(zhì)性能與常規(guī)系統(tǒng)相比有較大程度的提高，即系統(tǒng)微型化可實現(xiàn)化工過程強化這一 目標。
[0003] 從本質(zhì)上說，微通道反應器是一種連續(xù)流動的管式反應器，目前的微通道反應器 大多為實驗室實驗級別的小型反應器。傳統(tǒng)的微通道反應器基本為"平板"式結(jié)構(gòu)，微通道 反應器的通道一般設(shè)在兩夾板之間，通道尺寸在l〇um ~ 3_的范圍，通過多層夾板疊加 作為一個功能單元。這種結(jié)構(gòu)很難將反應通道增加到一定數(shù)量從而實現(xiàn)量產(chǎn)，同時平板和 平板之間的"貼合"往往需要真空擴散焊等昂貴的加工手段，這極大的限制了它的工業(yè)化應 用和增加了加工成本。這種小型管式反應器由于諸多原因不能工業(yè)化放大生產(chǎn)，而且一旦 堵塞很難處理。雖然微通道反應器的處理能力可通過增加通道數(shù)目這一容易想到的方向來 提高，但卻無法真正實現(xiàn)。傳統(tǒng)設(shè)想中通道數(shù)目的放大有兩種方法：方法一是通過增加 微通道反應器的數(shù)量來實現(xiàn)；方法二是將增加的功能單元放在單個微通道反應器，使單個 微通道反應器外尺寸擴大。方法一在工業(yè)運行中會造成系統(tǒng)控制點多，精度要求高，生產(chǎn) 成本高的問題，得不償失。方法二存在"放大效應"的問題，即每個功能單元的位置與進料 處距離不等，進入每個功能單元的流體性能不均等，影響整體混合和反應效果。在微通道 反應器的高效率反應下，尤其在強放熱反應和快速反應時放出的大量熱量難以及時脫離反 應體系，造成較大的安全隱患，無法正常投入生產(chǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種實現(xiàn)工業(yè)化放大生 產(chǎn)、反應效果好且容易拆卸，生產(chǎn)安全的一種實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)的微通道反應器，特別適用于 強放熱、快速等危險化學反應的工業(yè)化安全生產(chǎn)。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：該實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的微通道反應 器，包括反應器主體，其特征在于：反應器主體包括套筒狀外殼體和過盈插入外殼體內(nèi)腔 的內(nèi)殼體，外殼體和內(nèi)殼體均為回轉(zhuǎn)體圓柱面，內(nèi)殼體和外殼體之間設(shè)有至少四條等距排 布的微通道反應線，反應器主體的頂部設(shè)內(nèi)外兩層密室分別為內(nèi)原料聚集倉和外原料聚集 倉，內(nèi)原料聚集倉頂面中央位置開設(shè)第一原料入口；反應器主體的底部設(shè)成品聚集倉；微 通道反應線上下連通兩原料聚集倉和成品聚集倉并通過通孔連接內(nèi)原料聚集倉，反應器主 體內(nèi)外均設(shè)有冷卻系統(tǒng)。
[0006] 本發(fā)明的反應器主體以外殼體和內(nèi)殼體過盈配合形成，使外殼體和內(nèi)殼體間保持 一個較大的相互壓力，使外殼體和內(nèi)殼體間自然貼合緊密，無需真空擴散焊等昂貴的加工 手段加工。成功解決傳統(tǒng)的微通道反應器制備成本昂貴的問題。微通道反應線在兩層外殼 體和內(nèi)殼體間，外殼體和內(nèi)殼體的內(nèi)外表面形成足夠大的散熱面積，保持了微通道反應線 比表面積大的優(yōu)勢，同時在反應器主體內(nèi)外的冷卻系統(tǒng)冷卻下得到更好的散熱，使本發(fā)明 的微通道反應器尤其適用于強放熱快速等危險化學反應的工業(yè)化安全生產(chǎn)。本發(fā)明的原料 聚集倉在反應器主體頂部，能夠利用重力自動向微通道反應線內(nèi)加料。內(nèi)原料聚集倉中央 位置開設(shè)第一原料入口，結(jié)合回轉(zhuǎn)體圓柱面結(jié)構(gòu)，各微通道反應線到第一原料入口的距離 都相等，即每個功能單元的位置與進料處距離相同，保證進入每個功能單元的流體性能相 同，消除了整體混合和反應效果的差異。在微通道反應器的高效率反應下，尤其在強放熱反 應和快速反應時放出的大量熱量能夠及時的同步處理，消除安全隱患。
[0007] 反應器的內(nèi)外原料聚集倉和內(nèi)外冷卻系統(tǒng)處設(shè)立壓力、流量或者溫度測量儀表。
[0008] 所述的外殼體和內(nèi)殼體的材質(zhì)為不銹鋼，實現(xiàn)良好的導熱能力，及時將熱量導出， 對反應溫度能夠精密控制，同時耐腐蝕。具有足夠的韌性，在過盈配合后保持長期穩(wěn)定的相 互壓力。
[0009] 所述的微通道反應線為內(nèi)殼體的外表面上縱向開設(shè)的凹槽。本發(fā)明在內(nèi)殼體的外 表面上開設(shè)微通道反應線，保證外殼體的完整，相處外殼體的集中應力，保證外殼體的耐久 度。
[0010] 所述的微通道反應線在內(nèi)殼體的水平橫截面圓周上相間隔的弧度為2°~90°。
[0011] 由于本發(fā)明具有更好的冷卻散熱能力，本發(fā)明反應器微通道反應線能夠在內(nèi)殼體 的外表面上以相對較大的密度開設(shè)，仍能夠得到較好的控制。本發(fā)明同時增加了功能單元 的數(shù)量和尺寸，并消除了放大效應。
[0012] 所述微通道反應線的凹槽深度為0. 2mnT2mm，凹槽寬度為0. 2mnT2mm。本發(fā)明的微 通道反應線的管徑可以較傳統(tǒng)微通道反應線寬。本發(fā)明的反應器整體體積是傳統(tǒng)微通道反 應器體積的數(shù)倍甚至數(shù)十倍，具備實現(xiàn)更多、更長的微通道反應線，配合本發(fā)明強大地散熱 冷卻能力，能適應更多的物料同時進行強放熱反應和/或快速反應，具備實現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn) 的條件。
[0013] 所述的冷卻系統(tǒng)包括內(nèi)冷卻系統(tǒng)和外冷卻系統(tǒng)，內(nèi)冷卻系統(tǒng)為內(nèi)殼體的密閉內(nèi) 腔，外冷卻系統(tǒng)為設(shè)置在外殼體外壁的夾套層，內(nèi)冷卻系統(tǒng)和外冷卻系統(tǒng)連接有冷卻水進 出管線。本發(fā)明的冷卻比表面積較傳統(tǒng)的反應釜有著數(shù)量級的提高，再通過循環(huán)冷卻介質(zhì) (水或低溫鹽水等）強制循環(huán)冷卻，能實現(xiàn)強大的換熱能力，并能精確控制反應溫度。
[0014] 所述的內(nèi)冷卻系統(tǒng)為設(shè)置在內(nèi)殼體內(nèi)壁的夾套層。冷卻系統(tǒng)以夾套的形式貼附在 反應器主體內(nèi)外，能夠增加單位時間內(nèi)內(nèi)冷卻系統(tǒng)橫截面的流速，換熱效率更高。
[0015] 外原料聚集倉180度角對稱設(shè)立兩個第二原料入口。
[0016] 本發(fā)明在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，通過將多條微通道反應線集中在回轉(zhuǎn)體圓柱面上，便于 工業(yè)化量產(chǎn)和便于生產(chǎn)加工和降低加工成本。而本發(fā)明所具有的回轉(zhuǎn)體圓柱面的結(jié)構(gòu)便于 車床、鏜床、磨床等加工機床的加工，而微型反應線可通過激光、電火花等進行加工，而且可 以在回轉(zhuǎn)體表面密集分布，節(jié)省了材料和空間。同時在反應線的內(nèi)外表面增加冷卻系統(tǒng)，保 證了冷卻效果和節(jié)約了冷卻成本。
[0017] 本發(fā)明在單個使用時可實現(xiàn)少量生產(chǎn)，多個并聯(lián)在一起使用可實現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)， 多個串聯(lián)在一起使用，可實現(xiàn)多原料反應。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的一種實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)的微通道反應器所具有的有益效 果是：本發(fā)明通過單條微通道反應線將反應物料在微尺度內(nèi)混合，對于兩種不能互溶的反 應物料，通過微通道特有的流體力學特性，使在微尺度內(nèi)能實現(xiàn)自然的充分接觸以實現(xiàn)充 分反應的目的，極大的提高了宏觀條件下兩種不互溶的流體間的混合效果，一些對反應條 件的要求非常苛刻的反應也可以在相對寬松的條件下實現(xiàn)，而且對提高反應產(chǎn)物的收率和 純度效果明顯，實現(xiàn)宏觀尺度內(nèi)無法實現(xiàn)的效果；另一個效果是可以將強放熱反應的反應 量減小，以降低其在反應時的放熱量；同時因為微通道反應器自身所具有的超過傳統(tǒng)反應 器幾個數(shù)量級的冷卻比表面積，可以通過冷卻系統(tǒng)精確的控制反應溫度，可以從根本上解 決一些溫度容易失控從而導致爆炸等危險發(fā)生的強放熱反應的安全生產(chǎn)問題。本發(fā)明的反 應器結(jié)構(gòu)比較容易拆卸便于定期檢查、檢修，如果通道有堵塞現(xiàn)象也相對方便處理。本發(fā)明 的核心是將多條微通道反應線并聯(lián)在一起，在確保每一條反應線都具備微尺度的同時以增 加其總的反應量，從而能實現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明一種實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的微通道反應器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖2是本發(fā)明外殼體和內(nèi)殼體成型微通道反應線的局部示意圖。
[0021] 圖3是本發(fā)明內(nèi)殼體與微通道反應線間通孔部分的局部示意圖。
[0022] 其中：1、第一原料入口 2、第二原料入口 3、成品出口 4、外原料聚集倉 5、 內(nèi)原料聚集倉6、內(nèi)冷卻系統(tǒng)7、外冷卻系統(tǒng)8、冷卻水進入管線9、冷卻水流出管線 10、外殼體11、微通道反應線12、成品聚集倉13、內(nèi)殼體14、通孔。

【具體實施方式】
[0023] 附圖1~3是本發(fā)明的最佳實施例，下面結(jié)合附圖1~3對本發(fā)明做進一步說明。
[0024] 參照附圖1、3 :本發(fā)明的一種實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的微通道反應器，包括外原料聚集 倉4、內(nèi)原料聚集倉5、內(nèi)冷卻系統(tǒng)6、外冷卻系統(tǒng)7、外殼體10、微通道反應線11、成品聚集 倉12、內(nèi)殼體13 ;外殼體10和內(nèi)殼體13過盈配合，內(nèi)殼體13插入圓形套筒狀的外殼體10 的內(nèi)腔中，外殼體10和內(nèi)殼體13均為回轉(zhuǎn)體圓柱面，在形狀結(jié)構(gòu)上，充分考慮微通道反應 的原理效果，同時在結(jié)構(gòu)設(shè)計上通過回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)設(shè)計降低其加工難度和加工成本。內(nèi)殼體 13的外表面上縱向開設(shè)的凹槽形成在內(nèi)殼體13和外殼體10之間的至少四條微通道反應線 11，微通道反應線11在內(nèi)殼體13的水平橫截面圓周上相間隔的弧度為2°~90°。微通道反 應線11的凹槽深度為0. 2mnT2mm，凹槽寬度為0. 2mnT2mm ;通過將強放熱反應的局部反應量 降低以減小其冷卻難度和加工風險來實現(xiàn)安全的工業(yè)化量產(chǎn)。反應器頂部設(shè)內(nèi)外兩層密室 分別為內(nèi)原料聚集倉5和外原料聚集倉4,內(nèi)原料聚集倉5中央位置開設(shè)第一原料入口 1， 各微通道反應線到第一原料入口的距離都相等，保證進入每個功能單元的流體性能相同， 消除了整體混合和反應效果的差異，內(nèi)原料聚集倉5與微通道反應線11間聯(lián)通有通孔14。 外原料聚集倉4的側(cè)面上開設(shè)第二原料入口 2。反應器底部設(shè)成品聚集倉12 ;成品聚集倉 12的底部中央開設(shè)成品出口 3,微通道反應線11上下連通兩原料聚集倉和成品聚集倉12， 內(nèi)冷卻系統(tǒng)6為內(nèi)殼體13的密閉內(nèi)腔，外冷卻系統(tǒng)7為設(shè)置在外殼體10外壁的夾套層，內(nèi) 冷卻系統(tǒng)6和外冷卻系統(tǒng)7連接有冷卻水進入管線8、冷卻水流出管線9,冷卻水進入管線 8和冷卻水流出管線9連接至冷凝池，冷卻水進入管線8上設(shè)有水泵。
[0025] 其他實施方式，基本結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系同上述附圖1、3所示。不同的是：微通道反應 線11的凹槽為深度〇. 2mnT2mm圓弧形凹槽；內(nèi)冷卻系統(tǒng)6為設(shè)置在內(nèi)殼體13內(nèi)壁的夾套 層。
[0026] 下面通過具體實施例對本發(fā)明做進一步說明，其中實施例1為最佳實施例。
[0027] 實施例1 基本結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系同上述附圖1、3所示。具體的，微通道反應線11在內(nèi)殼體13的 水平橫截面圓周上相間隔的弧度為15° ;微通道反應線11的反應線的凹槽深度為0. 5mm，凹 槽寬度為0. 5mm。在該形勢下能夠適應絕大多數(shù)強放熱、快速等危險化學反應的工業(yè)化安全 生產(chǎn)。
[0028] 實施例2 基本結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系同上述附圖1、3所示。具體的，微通道反應線11在內(nèi)殼體13的 水平橫截面圓周上相間隔的弧度為45° ;微通道反應線11的反應線的凹槽深度為0. 3mm，凹 槽寬度為〇. 3_。在該形勢下適合放熱更劇烈、更快速的危險化學反應的工業(yè)化安全生產(chǎn)。
[0029] 實施例3 基本結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系同上述附圖1、3所示。具體的，微通道反應線11在內(nèi)殼體13的 水平橫截面圓周上相間隔的弧度為90° ;微通道反應線11的反應線的凹槽深度為0. 2mm，凹 槽寬度為〇. 2mm。在該形勢下對放熱更劇烈、更快速的危險化學反應的工業(yè)化生產(chǎn)，控制更 加準確，安全性保證達到最強。
[0030] 實施例4 基本結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系同上述附圖1、3所示。具體的，微通道反應線11在內(nèi)殼體13的 水平橫截面圓周上相間隔的弧度為2° ;微通道反應線11的反應線的凹槽深度為2mm，凹槽 寬度為2mm。在該形勢下適應放熱強度相對平和的不互溶的反應物的工業(yè)化生產(chǎn)，反應效率 達到最大。
[0031] 具體使用方法為：將粘度較大，流動狀態(tài)不好的一種原料由第一原料入口加入內(nèi) 原料聚集倉5,另一種原料由第二原料入口 2加入外原料聚集倉4,兩種原料在重力/和外 加壓力的作用下同步進入各微通道反應線11，并在微通道反應線11的微環(huán)境內(nèi)相互接觸， 反應開始進行，通過調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)的介質(zhì)流量調(diào)節(jié)冷卻能力，對反應器內(nèi)的反應進行溫度 調(diào)節(jié)。反應產(chǎn)物進入成品聚集倉12收集，并由成品出口 3排出儲存或利用。
[0032] 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非是對本發(fā)明作其它形式的限制，任 何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等 效實施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所 作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的微通道反應器，包括反應器主體，其特征在于：反應器主體 包括套筒狀外殼體（10)和過盈插入外殼體（10)內(nèi)腔的內(nèi)殼體（13)，外殼體（10)和內(nèi)殼體 (13)均為回轉(zhuǎn)體圓柱面，外殼體（10)和內(nèi)殼體（13)之間設(shè)有至少四條等距排布的微通道 反應線（11)，反應器主體的頂部設(shè)內(nèi)外兩層密室分別為內(nèi)原料聚集倉（5)和外原料聚集倉 (4)，內(nèi)原料聚集倉（5)頂面中央位置開設(shè)第一原料入口（1);反應器主體的底部設(shè)成品聚集 倉（12);微通道反應線（11)上下連通外原料聚集倉（4)和成品聚集倉（12)并通過通孔（14) 連接內(nèi)原料聚集倉（5)，反應器主體內(nèi)外均設(shè)有冷卻系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)的微通道反應器，其特征在于：所述的 外殼體（10)和內(nèi)殼體（13)的材質(zhì)為不銹鋼。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)的微通道反應器，其特征在于：所述的 微通道反應線（11)為內(nèi)殼體（13)的外表面上縱向開設(shè)的凹槽。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的微通道反應器，其特征在于：所述的 微通道反應線（11)在內(nèi)殼體（13)的水平橫截面圓周上相間隔的弧度為2° ~90°。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的微通道反應器，其特征在于：所 述微通道反應線（11)的凹槽深度為0. 2mnT2mm，凹槽寬度為0. 2mnT2mm。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)的微通道反應器，其特征在于：所述的 冷卻系統(tǒng)包括內(nèi)冷卻系統(tǒng)（6)和外冷卻系統(tǒng)（7)，內(nèi)冷卻系統(tǒng)（6)為內(nèi)殼體（13)的密閉內(nèi) 腔，外冷卻系統(tǒng)（7)為設(shè)置在外殼體（10)外壁的夾套層，內(nèi)冷卻系統(tǒng)（6)和外冷卻系統(tǒng)（7) 連接有冷卻水進出管線。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)的微通道反應器，其特征在于：所述的 內(nèi)冷卻系統(tǒng)（6)為設(shè)置在內(nèi)殼體（13)內(nèi)壁的夾套層。
【文檔編號】B01J19/00GK104096525SQ201410385903
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】李波, 門順昌 申請人:淄博市臨淄環(huán)宇經(jīng)貿(mào)有限公司