[發明專利]一種金屬與透明塑料復合結構的微反應器及其應用

在審

• 申請號: 201610224101.6
• 申請日: 2016-04-08
• 公開（公告）號: CN107261996A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 陳光文;主凱;劉洪臣;焦鳳軍;張博宇
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00;B01D53/18
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 馬馳

技術領域

本發明屬于微化工技術領域，具體涉及一種金屬與透明塑料復合結構的微反應器及其應用。

背景技術

微化工技術作為一門新興化工過程強化技術，受到普遍關注，微混合器、微反應器等微化工設備為其核心設備，其通道特征尺寸多在幾十至幾百微米范圍，并與其他配套設備組成連續化生產工藝。

微通道反應器，由于其通道特征尺寸在微米到毫米級的尺度，具有很高的傳質傳熱特性，液體的傳熱系數高達10³～10⁵W·m^-2·K^-1。與常規換熱器相比，微通道換熱器具有設備體積小，傳熱系數大，傳熱效率高。酸性氣體(如CO₂)的脫除工藝是工業過程中非常重要的一個技術。目前，許多研究者對其過程進行研究，從而獲得該過程基本的過程特性。呂等(DOI:10.1021/ef400976j)采用雙攪拌釜吸收裝置研究MEA/離子液體混合液吸收CO₂過程動力學特性，由于雙攪拌釜設備體積大，傳質傳熱系數低，導致局部溫度差異大，影響分析結果；葉等(DOI:10.1016/j.cej.2013.03.053)采用不銹鋼微反應器研究MEA吸收CO₂過程性質，通過將其裝置浸沒在水浴中實現均勻溫度場，由于采用浸沒水浴和不銹鋼微反應器，從而無法獲知其反應器內部流體的真實情況。在實驗室研究過程中，特別是精細化工、納米材料、酸性氣體脫除實驗室研究過程中，需要觀測流體的行為并對其流體溫度精確控制，需要具有可視化功能的微反應器,并具有非常均勻的溫度場條件。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種金屬與透明塑料復合結構的微反應器，該微反應器的結構可以實時觀察與研究微反應器內流動行為及流動、反應與換熱能力之間的內在關系,并且實現均勻的溫度場條件，該微反應器結構簡單，易于封裝，密封性好，可以實現微反應器內部流體流動與反應狀況的實時觀察。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種金屬與透明塑料復合結構的微反應器，包括透明板作為微反應器的視窗，所述透明板使用透明塑料制備而成；微反應器還包括反應微通道板和換熱通道板，透明板設置在反應微通道板之上，換熱通道板設置在反應微通道板之下；

透明板設有至少兩個進料孔和一個出料孔；反應微通道板上設有吸收-反應微通道以及與透明板進料孔和出料孔相對應的吸收-反應流體入口及吸收-反應流體出口，沿吸收-反應微通道周邊刻有凹槽，凹槽用密封墊嵌入進行密封，防止透明板和反應微通道板間漏液；換熱通道板上設有換熱微通道以及 換熱微通道的進出口；

微反應器設置或不設置下封板，所述下封板設置于換熱通道板之下。

透明板為透明塑料，所述透明塑料包括聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚芳砜(PASF)或聚二甲基硅氧烷(PDMS)中一種或兩種以上的材料。

反應微通道板和換熱通道板均為導熱金屬材料，所述導熱金屬材料選自銅、不銹鋼、鋁或哈氏合金中的一種或兩種以上；所述密封墊的材質為氟橡膠、全氟橡膠、聚四氟乙烯或與透明板相同的透明塑料。

所述透明板采用的透明塑料的透光率不小于88％，所述透明板采用的透明塑料的厚度為5～15mm。

所述反應微通道板材料的導熱系數為10～200W/(m²·K)，所述反應微通道板的厚度為0.1～1cm。

所述透明板、反應微通道板和換熱通道板之間用螺栓固定。

所述吸收-反應微通道周邊凹槽與反應微通道平行設置，凹槽形狀根據吸收-反應微通道的形狀進行改變；

吸收-反應微通道包括T型微通道、Y型微通道、S型微通道、Z型微通道；

凹槽形狀包括直通道型，90度彎折型，半圓彎折型，矩形彎折型。

一種上述微反應器于實時觀察微反應器內部流體流動或反應狀況中的應用。

該微反應器用于精細化工、納米材料、酸性氣體脫除過程中的流動行為或反應與傳熱的可視化研究；具體應用在有機胺溶液吸收CO₂過程，CO₂有機胺溶液解吸過程，納米粒子合成過程，芳烴或醇類硝化反應、磺化反應過程等一系列的吸收或反應過程中。

使用時可于微反應器正上方設置高速相機用于捕捉記錄吸收-反應微通道內的流體情況。