[發明專利]一種碳纖維微芯片反應器

有效

• 申請號: 201310514522.9
• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN103551096A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 郭凱;張鍇;李振江;歐陽平凱;涂善東
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 肖明芳

技術領域

本發明專利申請涉及一種碳纖維微芯片反應器，屬于化學反應的專用設備領域。

背景技術

化工工藝過程的發展趨勢（PI）之一是設備的微型化發展。微芯片反應器內流體的微通道尺寸已經達到微米至亞毫米量級，與傳統反應設備相比，其優點在于對質量和熱量傳遞過程的強化以及流體流動方式的改進。在微芯片微反應器內，溫度梯度隨著線尺度的減小很快增加，傳熱推動力的顯著增加，擴大了單位體積或單位面積的熱擴散通量；此外，通過減小流體厚度，增加了面積體積比。因此通過精確的控制反應時間和反應溫度，來控制反應的進程，提高原料的轉化率，并且由于反應體積的減小，可最大限度的降低危險發生所產生的危害。

中國發明專利（申請號200610088398.4）公開了一種復合換熱式微反應器，可實現多溫度區的控制；中國發明專利（申請號200710048166.0）公開了一種復合式換熱填充式微反應器，中國發明專利（申請號200610085433.7）公開了一種利用微通道反應器制備生物柴油的方法，中國發明專利（申請號200710134498.0）公開了一種微通道反應器制備脂肪酸脂的方法以及中國發明專利（申請號200710021824.7）一種利用微通道反應器制備納米沸石的方法，中國發明專利（專利號ZL200910029362.2，ZL20910029363.7）以上反應器通過金屬材料制備，從加工角度相對困難，不可實現批量化裝備的生產。并且金屬材料對于相當的化學反應在材料上具有一定的局限性，容易出現腐蝕性，導致設備失效，單位體積重量大。金屬材料在導熱、導電性能上相對工程塑料，具有一定的優越性，但是已無提升空間，并不是最佳的導熱和導電材料。

發明內容

本發明要解決的最基本的技術問題是提供一種高導熱或導電性能，且耐腐蝕，便于批量化生產的微芯片反應器，本發明要進一步解決的問題是提供一種導熱和導電性能進一步增強的碳纖維微芯片反應器。

為了克服金屬材料的微型反應芯片的缺點，選用碳纖維材料制備微芯片反應器，該材料具有強度高、質量輕、抗腐蝕等特點，尤其是其導熱性能隨著熱處理溫度、石墨化溫度的升高而提升，在平行于碳纖維長度方向的熱導率可達180W/(m*K)，垂直方向可達70W/(m*K)。對碳纖維復合板材選用全部或部分氣相生長的碳纖維編織增強的環氧復合材料，導熱系數可達600W/(m*K)。解決金屬設備笨重，不耐腐蝕，相對加工不能批量化的缺點，并且極大的提升了設備的導熱性能，節約了系統反應所需的熱動力設備的投資和維護費用。

這種碳纖維微芯片反應器制造成多層結構，至上而下依次為第一導熱或導電層、上層碳纖維封板、碳纖維反應通道層、下層碳纖維封板和第二導熱或導電層；所述的碳纖維反應通道層含有供流體進行化學反應的微通道；所述的碳纖維反應通道層、上層碳纖維封板和下層碳纖維封板均由碳纖維板制成，以部分增強產品的導熱和導電性能，更耐腐蝕，機械強度更高。

所述的碳纖維板由如下步驟加工得到：

1）將碳纖維通過三維立體編織形成三維立體織物，相對于普通二維平面織物可以增加織物當中的碳纖維沿長度方向平行于導熱方向的比例，從而提高整體的導熱率，并且簡化加工工藝，便于批量化地生產形成碳纖維板；

2）將步驟1）得到的產品浸漬樹脂，固化，并加壓保持，以增強整體的機械強度；

3）將步驟2）得到的產品進行切割、拋光。

還可以在步驟2）中所述的樹脂中混有碳粉或金屬基材料作為摻滲材料，進一步提高整體的導熱率。碳粉或金屬基材料加入的含量為5-30%。

步驟1）中，使用的碳纖維為全部或部分氣相生長的碳纖維。

步驟2）中，所述的樹脂可以為環氧樹脂、熱固性酚醛樹脂或聚丙烯樹脂。當選擇環氧樹脂時，固化溫度為150-200攝氏度，加壓保持2-5小時。本領域技術人員可以根據碳纖維三維立體織物的具體狀況選擇適當的樹脂作為步驟2）中所述的樹脂，并根據所選擇的樹脂適當選擇相應的固化溫度和加壓保持時間。