一种微通道反应结构及微通道反应器的制作方法

1.本发明涉及化工技术领域，尤其涉及一种微通道反应结构及微通道反应器。


背景技术：

2.目前已有若干商业化的微通道反应结构，例如较为经典的“心形”通道结构，折线型以及“伞形”等。这些流道部分具有较好的传质作用，但是体系压降太大，因此对于涉及高粘度流体的体系很难使用。部分流道尽管压降较小，但它的传质效果较弱。因此，需要发展一种传质效果好，压力降低以及单板持液量大的微通道反应结构。


技术实现要素：

3.因此，本发明正是鉴于以上问题而做出的，本发明的目的在于利用流道多次分合的设计，解决混合效率低和压降高的问题。本发明是通过以下技术方案实现上述目的：
4.根据本发明的一个方面，提供了一种微通道反应结构，包括：微通道反应芯片，所述微通道反应芯片包括：反应流道、导热油流道，所述微通道反应芯片为三层结构，中间层为反应流道，两侧为导热油流道，所述反应流道包括物料入口、基元结构、混合结构、物料出口，所述物料入口设置在微通道反应芯片的上端一侧，所述物料入口的一端与基元结构连接，所述物料出口的一端与基元结构连接，所述基元结构包括反应壁、分隔壁，所述反应壁的内部设置有分隔壁，所述分隔壁呈菱形结构，分隔壁将反应壁内部分成多个反应通道，所述混合结构包括：导料口、柱形混合结构，所述混合结构和基元结构连接，每个混合结构都分布在每一列的单端，流体通过导料口进入柱形混合结构。
5.优选的，所述基元结构还包括一种橄榄型基元结构，所述橄榄型基元结构包括：橄榄型反应壁、橄榄型分隔壁。
6.优选的，所述橄榄型反应壁内设置有橄榄型分隔壁，橄榄型反应壁呈橄榄型结构，橄榄型反应壁整体为橄榄型结构，所述橄榄型反应壁的内部分成多个反应通道。
7.优选的，所述基元结构还包括一种星行基元结构，所述星行基元结构包括：星形反应壁、星形分隔壁。
8.优选的，所述星形反应壁内设置有星形分隔壁，所述星形反应壁呈星形结构，所述星形分隔壁整体为星形结构，所述星形反应壁的内部分成多个反应通道。
9.根据本发明另一方面，提供了一种微通道反应器，包括微通道反应结构，微通道反应结构为上述的微通道反应结构，微通道反应器还包括反应器框架主体、显示屏、导热油路管通道，所述反应器框架主体的形状为长方体，所述反应器框架主体上设有显示屏和微通道反应芯片，所述导热油路管通道与导热油流道连接。
10.本发明的有益效果如下：
11.1、本发明的流道采用一分二，二分四，四合二，再二分四，四合二合一的设计，使得基元流道的混合效率提升，同时流道的压降降低。
12.2、本发明的基元结构和混合结构交替的流道设置，不仅有效增加了反应器的持液
量，而且压降也得到进一步降低。
13.3、本发明的流道为菱型、星型、橄榄型，相对于心型流道设计，反应器的加工难度降低，有利于微通道反应器的加工。
14.4、本发明的流道的单位持液量内流道混合次数多，有利于该流道的放大设计。
附图说明
15.图1为本发明的整体结构示意图。
16.图2为本发明的微通道反应芯片对的结构示意图。
17.图3为本发明的反应流道结构示意图。
18.图4为本发明的基元结构细节图。
19.图5为本发明的“菱形”结构与已商化的“心型”结构间流速分布对比。。
20.图6为本发明的“菱形”结构与已商化的“心型”结构间压降。
21.图7为本发明的“菱形”结构与已商化的“心型”结构间混合效果对比。
22.图8为本发明的“橄榄型”结构流道示意图。
23.图9为本发明的“星形”结构流道示意图。
24.图10为本发明具体的产品图之一。
25.其中，1、反应器框架主体；2、显示屏；3、微通道反应芯片；31、反应流道；311、物料入口；312、基元结构；3121、反应壁；3122、分隔壁；313、混合结构；3131、导料口；3132、柱形混合结构；314、物料出口；32、导热油流道；323、反应通道；4、导热油路管通道；52、橄榄型基元结构；521、橄榄型反应壁；522、橄榄型分隔壁；62、星形基元结构；621、星形反应壁；622、星形分隔壁。
具体实施方式
26.本发明的优选实施例将通过参考附图进行详细描述，这样对于发明所属领域的现有技术人员中具有普通技术的人来说容易实现这些实施例。然而本发明也可以各种不同的形式实现，因此本发明不限于下文中描述的实施例。另外，为了更清楚地描述本发明，与本发明没有连接的部件将从附图中省略。
27.实施例1
28.如图1所示，一种微通道反应器，包括：反应器框架主体1、显示屏2、微通道反应芯片3、导热油路管通道4；
29.所述反应器框架主体1的形状为长方体，其上连接的显示屏2和微通道反应芯片3连接，能够实时显示每个微通道反应芯片的温度，每个微通道反应芯片3设置有导热油进出口，和导流油路管通道4进行换热操作；
30.如图2所示，所述微通道反应芯片3包括：反应流道31、导热油流道32；
31.所述微通道反应芯片3为三明治结构，中间层为反应流道31，进行微反应，两侧为导热油流道32，进行反应器的换热；
32.如图3、图10所示，所述反应流道31包括：物料入口311、基元结构312、混合结构313、物料出口314；
33.所述物料入口311设置在微通道反应芯片3的上端一侧，用于与外界流体管路相连
接，物料入口311的侧壁是相互平行的，连接基元结构312，将物料导入基元结构312中；
34.如图4所示，所述基元结构312包括：反应壁3121、分隔壁3122；
35.所述反应壁3121内设置有分隔壁3122，分隔壁3122呈菱形结构，将反应壁3121整体为菱形结构，其内部分成多个反应通道323，流体m0从物料入口11进入反应壁3121后，流体mo在分隔壁3122的作用下出现分支，以某一角度平均分为两支a流和b流，两条支流在流体运动方向的下一分隔壁3122的位置又以某一角度各自分为两支，共四条支流，即a0流和a1流，bo流和b1流；接着，a0流和a1流交汇得到a2流，bo流和b1流交汇得到b2流；接下来，a2流以某一角度分为a3流和a4流，b2流以某一角度分为b3流和b4流；接着，a3流和a4流再次汇合得到a5流，b3流和b4流也再次混合的带b5流；最后a5流和b5流混合得到m1流。m1作为入口处流体，再进入下一个基元结构312，重复上述过程；
36.如图4所示，所述混合结构313包括：导料口3131、柱形混合结构3132；
37.所述混合结构313和基元结构312连接，每个混合结构313都分布在每一列的单端，流体通过导料口3131进入柱形混合结构3132，增加了反应器的持液量，且降低了压降。
38.如图5-7所示，所述反应流道31的菱形结构，在同等持液量以及流速下，菱形结构的流道的压降更低，而心型的压降升高，限制了反应器的通量与流体类型，不利于连续工艺的开发，具体的，在同等条件下，菱形结构的压降仅为心型结构的三分之二，且菱形结构和心型结构的具有相当的传质混合效果。
39.本发明的工作原理：
40.流体从物料入口11进入基元结构312，在反应壁3121和分隔壁3122的作用下，流体出现分支，经过一个流体一分二，二分四，四合二，再二分四，四合二合一的流体流动的混合过程，再进入下一个基元结构312，重复上述过程；
41.当流过四个基元结构312后，流体进入混合结构313，再进入基元结构312进行流体的一分二，二分四，四合二，再二分四，四合二合一的混合过程，最终从物料出口314离开微通道反应芯片3，完成反应过程。
42.实施例2
43.本实施例与实施例1的区别是：
44.如图8所示，所述橄榄型基元结构52包括：橄榄型反应壁521、橄榄型分隔壁522；所述橄榄型反应壁521内设置有橄榄型分隔壁522，橄榄型反应壁521呈橄榄型结构，橄榄型反应壁521整体为橄榄型结构，其内部分成多个反应通道，流体m0从物料入口11进入橄榄型反应壁521后，流体mo在橄榄型分隔壁522的作用下出现分支，以某一角度平均分为两支a流和b流，两条支流在流体运动方向的下一橄榄型分隔壁522的位置又以某一角度各自分为两支，共四条支流，即a0流和a1流，bo流和b1流；接着，a0流和a1流交汇得到a2流，bo流和b1流交汇得到b2流；接下来，a2流以某一角度分为a3流和a4流，b2流以某一角度分为b3流和b4流；接着，a3流和a4流再次汇合得到a5流，b3流和b4流也再次混合的带b5流；最后a5流和b5流混合得到m1流。m1作为入口处流体，再进入下一个橄榄型基元结构52，重复上述过程；
45.所述橄榄型基元结构52比菱形结构带来更多的弧形折返，菱形结构为更多的撞击，其中橄榄型反应壁521使得流体流动较为缓和，增加了流动时间；
46.实施例3
47.如图9所示，所述星形基元结构62包括：星形反应壁621、星形分隔壁622；
48.所述星形反应壁621内设置有星形分隔壁622，星形反应壁621呈星形结构，星形分隔壁622整体为星形结构，其内部分成多个反应通道，流体m0从物料入口11进入星形反应壁621后，流体mo在星形分隔壁622的作用下出现分支，以某一角度平均分为两支a流和b流，两条支流在流体运动方向的下一星形分隔壁622的位置又以某一角度各自分为两支，共四条支流，即a0流和a1流，bo流和b1流；接着，a0流和a1流交汇得到a2流，bo流和b1流交汇得到b2流；接下来，a2流以某一角度分为a3流和a4流，b2流以某一角度分为b3流和b4流；接着，a3流和a4流再次汇合得到a5流，b3流和b4流也再次混合的带b5流；最后a5流和b5流混合得到m1流。m1作为入口处流体，再进入下一个星形基元结构52，重复上述过程；
49.所述星形基元结构52比橄榄型结构带来更多的撞击，橄榄型基元结构52的撞击和折返较为缓和，其中星形反应壁521使得流体流动的撞击力更强，形成湍流多。