[發明專利]一種膜分散式微通道反應器

有效

• 申請號: 200710177291.1
• 申請日: 2007-11-14
• 公開（公告）號: CN101433815A
• 公開（公告）日: 2009-05-20
• 發明（設計）人: 陳建峰;余文;邵磊;李敏;王琦安;王潔欣;初廣文
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司
• 代理人: 何清清

技術領域

本發明涉及一種微反應器，特別是膜分散式微通道反應器，用于化學反應 過程及納米顆粒制備。

背景技術

20世紀90年代以來，自然科學與工程技術發展的一個重要趨勢是向微型化 邁進，尤其是納米材料的發展，引起了研究者對小尺度和快速過程的極大興趣。 微反應器一般是指通過微加工和精密加工技術制造的小型反應系統，微反應器 內流體的微通道尺寸在亞微米到亞毫米量級。

對于液相或氣相混合過程來說，分子擴散是混合過程的最后步驟。由Fick 定律可知，t～d²/D，其中D為擴散系數，d為擴散特征尺度，t為混合時間。由 此可知，混合與擴散系數D和擴散距離d有關，除了高分子的聚合物以外，液 體或可溶性固體的擴散系數相差不大。因此，為了減小混合時間，可通過減小 擴散距離d來實現。微通道反應器正是基于這一原理提出來的。微反應器具有 與大反應器完全不同的幾何特性：狹窄規整的微通道、非常小的反應空間和非 常大的比表面積。其幾何特性決定了微反應器內流體的傳遞特性和宏觀流動特 性，并進而導致它具有溫度控制好、反應器體積小、轉化率和收率高及安全性 能好等一系列超越傳統反應器的獨特的優越性，在化學合成、化學動力學研究 和工藝開發等領域具有廣闊的應用前景。

目前的微通道反應器多為管式單通道結構，由于通道尺寸較小，一般在亞 毫米或微米級，因此反應器的處理量受到了較大的限制，若應用在實際生產中， 通常需要大量的微反應器，平行放大并聯操作，才可以達到工業生產所需要的 生產量，同時要保證與單通道內的反應結果沒有大的差別。這種數量放大的方 法在實際工業生產中存在一些問題。比如加工精密復雜，費用過高，在實際的 操作中也難以保證流體在各個微通道中均勻分布，通道中的流速過低，容易造 成微通道的堵塞等。

膜分散式反應器是一種新型反應器，即通過微孔膜使流體分散成微小的液 滴，從而強化微觀傳質過程，如中國專利001057790公開了一種膜分散式萃取 器，該萃取器在一個柱形筒中置有膜管或平板膜，膜上有0.01-60微米的微孔， 將液體分散成微小的液滴，增大傳質面積，提高萃取效果。由于該萃取器是以 萃取為目的，缺少對流體接觸后的微尺寸限制，因此不太適宜應用在快速反應 合成納米顆粒的過程，如CN?1318429A一種膜分散制備超細顆粒的方法，即 采用用該類型反應器，制備硫酸鋇顆粒，將硫酸-正丁醇溶液通過微孔膜分散成 微小的液滴，再與氯化鋇溶液反應制備出硫酸鋇顆粒，該專利僅利用微孔膜對 液滴的初始粒徑進行了限制，但流體接觸后的混合特性(如流速、流體層的厚 度等)沒有得到較好的控制，因此制得的顆粒粒徑偏大(平均粒徑為1微米)。

發明內容

本發明提供一種膜分散式微通道反應器，不僅通過微孔膜分散增大傳質面 積，而且實現對流體接觸后的微尺寸限制，同時在保證通道尺寸處于微米級的 同時，有效地增大了微通道的截面積和流速，提高單反應器的處理量和保證較 強的微觀混合，使該反應器更適宜液液或氣液快速反應過程中。

本發明提供的膜分散式微通道反應器，由一根外管和一根內管構成套管， 在內、外管之間留有環隙構成環形微通道，外管上設有連續相進口和出口，內 管一端設有分散相進口，另一端為管壁均布有多微孔的微孔膜結構。

本發明反應器的環形微通道，是根據不同傳質過程的需要設計不同外徑的 內管和不同內徑的外管套裝后構成的環隙，間隙范圍是100微米-5毫米，優選 100-500微米。

本發明反應器的內管一端管壁上均布的微孔的孔徑和開孔率根據物料的不 同及反應需要設計，孔徑范圍為0.05-100微米，開孔率為3-60％。

本發明反應器的內、外管優選為金屬管，內管為金屬管微孔膜，內管外表 面和外管內表面是通過拋光處理的光滑面。