一种微通道单元及微反应器通道结构的制作方法

1.本技术涉及化工设备的领域，尤其是涉及一种微通道单元及微反应器通道结构。


背景技术：

2.微反应器通道结构是一种用于化工反应的微反应器的反应芯片通道结构，其内部有供流体流动的通道，流体流经反应器内部的通道并在通道内混合反应。
3.目前有一种微反应器通道结构，其包括多个内部中空且串联的微通道单元，多个微通道单元串联成一长条状的反应通道。其中，第一个微通道单元的首部设有物料进口，反应物料从物料进口通入，流经多个微通道单元从而完成混合与反应。
4.然而，在上述技术中，反应物料的流动受限于微通道单元的形状，流通阻力大，压降大，流量小，当反应物料黏度较大时，反应物料容易在该微反应器通道结构内堵塞，无法正常工作。


技术实现要素：

5.为了改善黏度较大的反应物料在微反应器通道结构内流通阻力大，压降大，流量小，甚至堵塞的问题，本技术提供一种微通道单元及微反应器通道结构。
6.第一方面，本技术提供一种微通道单元，采用如下的技术方案：
7.一种微通道单元，包括第一进料管、第二进料管、混合室、第一出料管和第二出料管，所述第一进料管与所述第二进料管分别连接在所述混合室相对两侧，所述第一出料管与所述第二出料管连接在所述混合室的相对两侧；所述混合室内设有混合腔，所述第一进料管、所述第二进料管、所述第一出料管、所述第二出料管均与所述混合腔连通。
8.通过采用上述技术方案，反应物料从分别从混合室相对两侧的第一进料管和第二进料管进入混合腔中并对冲混合，有利于反应物料混合并进行反应；混合腔中的反应物料混合反应后分别从混合室相对两侧的第一出料管和第二出料管流出混合腔，有利于反应物料进行下一次对冲混合。由此，反应物料在混合腔内混合后反应后从第一出料管与第二出料管分流流出，该反应器通道无死角，物料流动通畅，混料效果好，流量大，压降小，避免物料堵塞问题。
9.优选的，所述第一进料管与所述第二进料管对称设置，所述第一出料管与所述第二出料管对称设置。
10.通过采用上述技术方案，第一进料管与第二进料管对称设置，使得在对冲时从混合室两侧进入的反应物料的流量和流速相近，这样有利于反应物料在混合时混合均匀；第一出料管与第二出料管对称设置，使得反应物料均匀流出混合腔，使得混合腔内反应程度一致，尽量减少微通道单元对反应物料的阻力，同时有利于反应物料在下一个微通道单元内对冲混合时流量与夹角一致。
11.优选的，所述第一进料管和所述第一出料管对称设置，且所述第一进料管的中轴线与所述第一出料管的中轴线位于同一平面。
12.通过采用上述技术方案，第一进料管与第一出料管对称设置，又因第一进料管与第二进料管对称设置、第一出料管与第二出料管对称设置，这样有利于多个微通道单元首尾相连串联使用；第一进料管中轴线与第一出料管中轴线位于同一平面，从而第一进料管、第二进料管、第一出料管和第二出料管的中轴线在同一片面内，节省了占用的空间，有利于微通道单元的布置。
13.优选的，所述第一进料管和所述第二进料管均为弧形管且位于同一圆环上，所述第一出料管和所述第二出料管均为弧形管且位于同一圆环上，所述第一进料管和所述第二进料管所在的圆环与所述第一出料管和所述第二出料管所在的圆环内环相切。
14.通过采用上述技术方案，第一进料管、第二进料管、第一出料管、第二出料管均为圆弧形的管道，且第一进料管和第二进料管所在的圆环与第一出料管和第二出料管所在的圆环内圆相切，这样有利于降低微通道单元的局部阻力系数，使得反应物料流动与变向更平滑，减少微通道单元对反应物料的留滞作用，进而利于反应物料均匀混合。
15.优选的，所述混合室位于所述第一进料管和所述第二进料管之间形成有第一外轮廓线，所述混合室位于所述第一出料管和所述第二出料管之间形成有第二外轮廓线，所述第一外轮廓线和所述第二外轮廓线位于同一平面，且所述第一外轮廓线与所述第一出料管和所述第二出料管所在的圆环外环重合，所述第二外轮廓线与所述第一进料管和所述第二进料管所在的圆环外环重合。
16.通过采用上述技术方案，混合室的第一外轮廓线与第一进料管和第二进料管所在的圆环的外环重合，第二外轮廓线与第一出料管和第二出料管所在的圆环的外环重合，这样使得混合腔的内壁与第一进料管、第二进料管、第一出料管、第二出料管的管壁平滑连接并且弧形的混合腔内壁使得反应物料具有回旋运动的趋势，从而对从第一进料管与第二进料管进入混合室的反应物料在对冲后形成涡流，使得反应物料混合更均匀。
17.第二方面，本技术提供一种微反应器通道结构，采用如下的技术方案：
18.一种微反应器通道结构，包括至少一个反应片，每个所述反应片包括多个串联的上述微通道单元。
19.通过采用上述技术方案，多个微通道单元串联使用，使得反应物料多次混合并反应，有利于提升反应物料的反应程度。
20.优选的，相邻串联的所述微通道单元中，上一个所述微通道单元的所述第一出料管与下一个所述微通道单元的所述第一进料管相连，上一个所述微通道单元的所述第二出料管与下一个所述微通道单元的所述第二进料管相连。
21.通过采用上述技术方案，相邻两微通道单元首尾相连从而串联，反应物料经过上一个微通道单元混合后从第一出料管与第二出料管分流流出，并对应经下一个微通道单元的第一进料管与第二进料流入下一个微通道单元的混合室进行混合。
22.优选的，所述反应片还包括基板，所述基板平行布置，所述微通道单元铺设在所述基板上。
23.通过采用上述技术方案，基板用于承载多个微通道单元，使得多个串联的微通道单元能按设定的方式排布，便于微反应器通道结构的安装布置。
24.优选的，所述微通道单元串联后在所述基板上折返铺设布置。
25.通过采用上述技术方案，微通道单元在基板上折返铺设布置，从而一片基板上可
布置更多微通道单元，有利于节省微反应器通道结构的占用空间和制作成本。
26.优选的，所述反应片还包括第一物料管和第二物料管，所述第一物料管连接在所述反应片的首个所述微通道单元上，所述第二物料管连接在所述反应片的末尾所述微通道单元上，前一个所述反应片的所述第一物料管与后一个所述微通道单元的所述第二物料管相连。
27.通过采用上述技术方案，反应物料从首片反应片的第一物料管进入微反应器通道结构，在首片反应片中混合反应后，经第二物料管和次片反应片的第一物料管流入次片反应片并混合反应，之后反应物料继续流动至下一片反应片混合反应，直至在最后一片反应片内混合反应结束后从最后一片反应片的第二物料管流出微反应器通道结构。这样通过多片反应片的共同串联使用，进一步提升了反应物料的混合效果，有利于反应物料充分反应。
28.综上所述，本技术具有以下有益效果：
29.1、本技术的微通道单元通过反应物料从第一进料管与第二进料管流入混合室对冲混合，提升了反应物料的混合程度，有利于反应充分进行；同时反应物料从第一出料管和第二出料管分别流出混合室，有利小减少微通道单元对反应物料的留滞作用；
30.2、本技术的微反应器通道结构包括多个串联的微通道单元，多个微通道单元串联使用使得反应物料多次对冲混合，有利于反应物料充分混合；
31.3、本技术的微通道单元的第一进料管、第二进料管位于同一圆环上，第一出料管、第二出料管位于同一圆环上且两圆环的内圆相切，这样有利于反应物料的流动，有利于反应物均匀混合。
附图说明
32.图1是本技术实施例一的微通道单元示意图。
33.图2是本技术实施例一的微通道单元剖切示意图。
34.图3是本技术实施例一的微通道单元的结构示意图。
35.图4是本技术实施例二的首片反应片示意图。
36.图5是本技术实施例二的第二片反应片示意图。
37.图6是本技术实施例二的图4中a处放大图。
38.附图标记说明：
39.1、微通道单元；11、第一进料管；12、第二进料管；13、混合室；131、混合腔；132、第一外轮廓线；133、第二外轮廓线；14、第一出料管；15、第二出料管；2、基板；3、原料管；3a、第一料管；3b、第二料管；4、输送管。
具体实施方式
40.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-6及实施例，对本技术作进一步详细说明。
41.实施例一
42.本技术实施例一公开一种微通道单元，参照图1和图2，包括第一进料管11、第二进料管12、混合室13、第一出料管14和第二出料管15；第一进料管11与第二进料管12连接在混合室13的相对两侧，第一出料管14与第二出料管15连接在混合室13的相对两侧。混合室13
内开设有混合腔131，第一进料管11、第二进料管12、第一出料管14、第二出料管15均与混合腔131连通，这样反应物料从第一进料管11和第二进料管12流入混合腔131中对冲混合并反应，经过一次混合反应的反应物料从第一出料管14和第二出料管15流出混合腔131。
43.本技术的微通道单元1由碳化硅陶瓷制成，第一进料管11、第二进料管12、第一出料管14和第二出料管15与混合室13一体成型。
44.其中，第一进料管11与第二进料管12对称设置在混合室13的两侧，这样第一进料管11与第二进料管12内的反应物料以相近的流量和流速流入混合室13中对冲混合，有利于反应物料的均匀混合。
45.同时，第一出料管14与第二出料管15对称设置在混合室13的两侧，这样混合腔131内的反应物料可均匀地从第一出料管14和第二出料管15流出混合腔131，减少微通道单元1内的流动死角，从而减少微通道单元1对反应物料的留滞作用。由于第一进料管11与第一出料管14对称设置，从而第二进料管12与第二出料管15也对称设置，这样对称的结构便于多个微通道单元1连接使用。并且第一进料管11的中轴线与第一出料管14的中轴线位于同一平面内；这样第一进料管11、第二进料管12、第一出料管14和第二出料管15的中轴线位于同一平面内，节省了占用空间，便于多个微通道单元1的布置。
46.参照图3，第一进料管11和第二进料管12均为圆弧管段且位于同一圆环上，（即第一进料管11的弧线与第二进料管12的弧线圆心相同、半径相同），第一出料管14和第二出料管15均为圆弧管段且位于同一圆环上，同时第一进料管11与第二进料管12所在的圆环的内环与第一出料管14和第二出料管15所在的圆环的内环相切。这样可减小微通道单元1的局部阻力系数，使得反应物料在微通道单元1内变向对冲时更流畅，有利与降低微通道单元1对反应物料的留滞作用，同时加强反应物料的混合效果。
47.参照图3，混合室13在第一进料管11与第二进料管12之间形成第一外轮廓线132，在第一出料管14和第二出料管15之间形成第二外轮廓线133，并且第一外轮廓线132与第一进料管11和第二进料管12所在的圆环的外环重合，第二外轮廓线133与第一出料管14与第二出料管15所在的圆环的外环重合。这样混合室13与第一进料管11、第二进料管12、第一出料管14和第二出料管15连接平滑，使得反应物料流入或流出混合室13的过程较为流畅，有利于减少微通道单元1对反应物料的留滞作用；同时混合室13内部的混合腔131呈弧状，使得反应物料从第一进料管11与第二进料管12流入后在混合腔131内壁的导向下对冲形成涡流，有利于反应物料混合均匀。
48.本技术第一种实施例的实施原理为：反应物料分别从第一进料管11与第二进料管12流入混合室13并在混合腔131内壁的导向下对冲碰撞形成涡流，混合并反应后的反应物料经第一出料管14和第二出料管15流出混合室13。
49.实施例二
50.本技术的实施例二公开一种微反应器通道结构，参照图4和图5，包括至少一个反应片，每个反应片包括基板2和设置在基板2上如实施例一的多个串联的微通道单元1，这样多个串联的微通道单元1使得反应物料在微反应器通道结构中多次混合并反应，有利于提高反应物料的混合程度，从而提高反应物料的反应程度（此处的串联指微通道单元1首尾相连，反应物料从上一个微通道单元1混合并反应后流入下一个微通道单元1中继续混合并反应）。反应片的数目可依据微通道单元1的数量选择，本实施例中具体展示首片反应片与第
二片反应片。
51.其中，每块基板2的板面相互平行，微通道单元1串联成长串并往复折返铺设在基板2的同一侧板面上，使得微通道单元铺满基板2的板面。这样基板2用于支撑微通道单元，节省微反应器通道结构占用的空间和制作成本。
52.每片反应片的首个微通道单元1上设置有原料管3，末尾的微反应器通道结构上设置有输送管4。相邻的两片反应片中，上一片反应片的输送管4与下一片反应片的原料管3相连，这样多片反应片上的微通道单元1串联使用，进一步提升反应物料在微反应器通道结构内混合与反应的程度。
53.其中，首片反应片上的原料管3数量为二，两根原料管3分别为第一料管3a和第二料管3b，第一料管3a与首片反应片的第一个微通道单元1的第一进料管11相连，第二料管3b和第二进料管12相连，用以通入不同组分的反应物料以混合与反应；首片反应片的输送管4分出两根支管，两根支管分别与首片反应片末尾的微通道单元1的第一出料管14和第二出料管15相连。第二片反应片两端各分别设置有一根原料管3和一根输送管4，首片反应片的输送管4与第二片反应片的原料管3相连，第二片反应片的输送管4与下一片反应片的原料管3相连，如此多片反应片依次串联。第二片反应片的原料管3的一端分出两根支管，两根支管分别与第二片反应片的首个微通道单元1的第一进料管11和第二进料管12相连，输送管4的一端分出两根支管，两根支管分别与第二片反应片末尾的微通道单元1的第一出料管14和第二出料管15相连。
54.参照图6，相邻串联的两个微通道单元1中，上一个（即反应物料流出）微通道单元1的第一出料管14与下一个（即反应物料流入）微通道单元1的第一进料管11相连，上一个微通道单元1的第二出料管15与下一个微通道单元1的第二进料管12相连，这样实现了相邻两个微通道单元1的串联，上一个微通道单元1流出的反应物料进入下一个微通道单元1继续混合反应，提升了反应物料混合与反应的程度。相邻两微通道单元1的第一进料管11与第一出料管14、第二进料管12和第二出料管15可通过密封粘接或一体成型等方式连接，具体依据微通道单元1的材料选择，也可为其他合适的连接方式。
55.需要注意的是，在微通道单元1串联后折返铺设的转角处，可对应减少此处微通道单元1的第二进料管12和第二出料管15的长度，或减少第一进料管和第一出料管的长度，从而便于微通道单元1的往复折返布置。
56.本技术第二种实施例的原理为：反应物料从首片反应片的原料管3通入微反应器通道结构，经过串联的微通道单元1混合反应后，从输送管4流出首片反应片并从下一片反应片的原料管3进入下一片反应片混合反应，如此直至反应物料流过最后一片反应片后从最后一片反应片末尾的输送管4流出微反应器通道结构。
57.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。