[發明專利]一種超重力微管道反應器

有效

• 申請號: 201310237964.3
• 申請日: 2013-06-13
• 公開（公告）號: CN104226217A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 沈劍;王家榮;張皓薦
• 申請（專利權）人: 寧波工程學院
• 主分類號: B01J14/00
• 分類號: B01J14/00
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 袁忠衛

技術領域

本發明屬于流體混合反應設備技術領域，涉及一種微管道反應器，尤其涉及一種用于液液兩相強放熱反應的超重力微管道反應器。

背景技術

硝化、磺化、鹵化等強放熱反應是工業生產中常見的反應過程，廣泛應用于藥物中間體、含能化合物、染料、殺蟲劑等的制備和生產中（Albright?L?F,Carr?R?V?C,Schmitt?R?J.Nitration:Recent?laboratory?and?industrial?developments?[M].Washington:American?Chemical?Society,1996.）。強放熱反應的特點是反應速率快、放熱量大，一旦溫度控制不好，就會在短時間內釋放大量的熱，導致反應失控，引起冒料等一系列嚴重后果（Chen?C?Y,Wu?C?W.Thermal?hazard?assessment?and?macrokinetics?analysis?of?toluene?mononitration?in?a?batch?reactor[J].Journal?of?Loss?Prevention?in?the?Process?Industries,1996,9(5):309-316.）。在強放熱反應中，有相當部分是涉及液液兩相的反應（如用混酸硝化單芳烴的反應），由于反應速率快，相間傳質往往成為控制步驟，兩相的混合和傳質情況對產品的產量和質量有著決定性的影響（Schofield?K.Aromatic?Nitration[M].Cambridge:Cambridge?University?Press,1980.）。針對液液兩相強放熱反應具有強放熱和相間傳質控制的特點，開發能強化傳熱和相間傳質的新型反應器，對于提高對反應過程的安全性、選擇性和產率具有重要意義。

微通道反應器（microchannel?reactor）也稱為微管道反應器（microtube?reactor），是一種流動通道的特征尺度在數百微米內的化學反應器（Kobayashi?J,Mor?Y,Kobayashi?S.Multiphase?organic?synthesis?in?microchannel?reactors[J].Chemistry-An?Asian?Journal,2006,1(1&2):22-35.）。它的主要特點是特征尺寸小、比表面積大、擴散距離小，從而強化傳熱和傳質過程，因此適用于強放熱和傳質控制的液液兩相硝化反應（宋紅燕,王鵬,孟文君,韓駿奇,孟子暉,周智明.微反應器在強放熱反應中的應用[J].含能材料,2008,16(6):762-765.）。微通道內液液兩相的流型主要有以下三種形式（駱廣生,徐建鴻,李少偉,王玉軍,汪家鼎.微結構設備內液-液兩相流行為研究及其進展[J].現代化工,2006,26(3):19-23.）：1、液液無相分散微接觸流動和混合，即平行流（parallel?flow）；2、液柱分散流動和混合，即柱狀流（slug?flow）；3、液滴分散流動和混合，即滴狀流（droplet?flow）。微通道中液液兩相流流型的形成：在設備上，取決于進口混合器、管徑、管材，不同類型的進口混合器適用的管徑范圍不同，且加工精度要求高；在操作條件上，主要受兩相流速（切應力）的影響；在體系物性上，主要受界面力和黏度的影響，而密度差所起的作用較小。在傳統液液兩相混合設備（如填料萃取塔）中密度差對混合所起作用較大，因此強化密度差的作用或許是進一步提高微通道中液液兩相混合和傳質的有效方法。超重力（high?gravity）是強化密度差作用的常用方法。