[發(fā)明專利]一種具有脈沖變徑微結(jié)構(gòu)的微反應(yīng)器系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610250375.2
• 申請日: 2016-04-21
• 公開（公告）號: CN105749832A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫萌;張躍;朱玥;丁曉丹;劉建武;陳代祥;朱竹青;嚴(yán)生虎;錢弘佳;戚晶晶;沈程;周子晗;吳炳泉;王藝文
• 申請（專利權(quán)）人: 常州大學(xué)
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微反應(yīng)器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于硝化、皂化、氧化、加氫反應(yīng)的具有脈沖變徑微結(jié)構(gòu)的微反應(yīng)器系統(tǒng)。

背景技術(shù)

微通道反應(yīng)器是指特征尺度在數(shù)百微米以下的微型設(shè)備，其具有傳質(zhì)傳熱效率高、返混幾率小及能更好地控制反應(yīng)溫度和停留時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)。然而現(xiàn)有的微通道反應(yīng)器一般采用光刻、激光化學(xué)三維寫入等方法制造，往往存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本高的缺點(diǎn)。金屬材質(zhì)連續(xù)流微通道反應(yīng)器（IFR反應(yīng)器）系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)釜式反應(yīng)器的傳熱、傳質(zhì)障礙，可使化學(xué)反應(yīng)在嚴(yán)格控制的條件下以連續(xù)流方式進(jìn)行。金屬材質(zhì)的高強(qiáng)度、高耐溫特性，使得IFR反應(yīng)器系統(tǒng)具有廣闊的反應(yīng)溫度、壓力操作范圍；IFR微通道的特征混合傳質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，賦予IFR反應(yīng)器系統(tǒng)卓越的傳質(zhì)性能；金屬材質(zhì)的高導(dǎo)熱特性和IFR反應(yīng)器微通道的換熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，賦予IFR反應(yīng)器系統(tǒng)卓越的換熱性能；微通道材質(zhì)的多品種和復(fù)合金屬設(shè)計(jì)，賦予IFR反應(yīng)器系統(tǒng)廣泛的兼容性和良好的耐腐蝕性能；微通道模塊的先進(jìn)制造工藝和金屬材料精密加工技術(shù)，賦予IFR反應(yīng)器系統(tǒng)卓越的性價(jià)比，裝備價(jià)格遠(yuǎn)低于進(jìn)口產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明專利提供一種能提高收率、減少副產(chǎn)、縮短周期的用來進(jìn)行硝化、皂化、氧化、加氫反應(yīng)的微反應(yīng)器裝置，本裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，以實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的高效、安全、連續(xù)化生產(chǎn)。本發(fā)明專利可顯著提高化學(xué)反應(yīng)的工藝操作穩(wěn)定性、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性、裝備運(yùn)行效率、工藝放大穩(wěn)定性，顯著提升生產(chǎn)過程的安全性，并大幅度降低工藝“三廢”的產(chǎn)生，減少生產(chǎn)過程對環(huán)境影響。可實(shí)現(xiàn)原料轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)品選擇性等工藝技術(shù)指標(biāo)的提升，降低生產(chǎn)成本。可通過標(biāo)準(zhǔn)連接輕松整合并入工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)，減少或消除故障停車時(shí)間，可以輕易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量升級。反應(yīng)器的模塊化設(shè)計(jì)，可以根據(jù)市場情況，更加迅速、靈活和便捷的調(diào)整產(chǎn)量，同時(shí)保障性能和操作的穩(wěn)定性。具體技術(shù)方案如下。

本發(fā)明專利提供一種具有脈沖變徑微結(jié)構(gòu)的微反應(yīng)器系統(tǒng)，其特征在于所述微反應(yīng)器系統(tǒng)流程包括原料儲(chǔ)罐、計(jì)量泵、壓力表、微反應(yīng)器、換熱器和產(chǎn)品收集罐；所述儲(chǔ)罐、計(jì)量泵、壓力表、微反應(yīng)器、換熱器和產(chǎn)品收集罐串聯(lián)連接而成。

所述微反應(yīng)器是具有變徑微結(jié)構(gòu)的模塊組合而成，其中模塊可以是單模塊或雙模塊或多模塊組成，模塊與模塊平行疊放排列，模塊與模塊之間由膜塊連接管連接而成。

所述微通道模塊是由金屬材料構(gòu)成的夾心結(jié)構(gòu)，外層由換熱器用于熱傳導(dǎo)液的循環(huán)流動(dòng)，內(nèi)層用于反應(yīng)流體的混合和化學(xué)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)了混合和傳熱的集成。其中換熱器是熱傳導(dǎo)液經(jīng)換熱器進(jìn)口流進(jìn)，由換熱器出口流出，實(shí)現(xiàn)熱傳導(dǎo)液的閉路循環(huán)流動(dòng)。

所述微反應(yīng)器有兩個(gè)進(jìn)料口和一個(gè)出料口，進(jìn)料口經(jīng)由Y型管路進(jìn)入具有連續(xù)脈沖變徑微結(jié)構(gòu)的反應(yīng)微通道。

所述微反應(yīng)器是具有變徑微結(jié)構(gòu)的通道組成，其中內(nèi)部通道直徑Φ=4~10mn，Φa=0.5~2mn（30），Φb=0.5~2mn（20），L=10~20mn。

所述的微通道反應(yīng)器材質(zhì)由多種金屬材料方案組成，包括單一金屬材料材質(zhì)：316L不銹鋼（SS316L）、哈氏合金（HC22或HG35），以及復(fù)合金屬材質(zhì)-不銹鋼復(fù)合薄層鈦（Ti）、金（Au）、鉑（Pt）等，能夠適合不同的反應(yīng)工況，具有強(qiáng)耐腐蝕性和高耐溫耐壓性能。

所述的操作溫度區(qū)間為-100~350℃，所述壓力范圍在0~10Mpa。

有益效果：本發(fā)明專利所提供系統(tǒng)的核心單元為微反應(yīng)器內(nèi)部微通道結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能更好的強(qiáng)化物料的混合效果，這是常規(guī)攪拌無法比擬的，即有2個(gè)進(jìn)料口同時(shí)進(jìn)入微通道，微通道為具有交錯(cuò)脈沖變徑微結(jié)構(gòu)的通道，這種結(jié)構(gòu)將使流體間高速交叉撞擊后使體系處于均勻分散狀態(tài)，然后再進(jìn)入反應(yīng)通道具有連續(xù)變徑的微通道，實(shí)現(xiàn)分離再結(jié)合的混合效果；反應(yīng)器的通道熱量交換能力強(qiáng)，使體系溫度更準(zhǔn)確停留在有利于反應(yīng)的溫度，大大提高產(chǎn)品收率、縮短反應(yīng)周期、提高安全可控性、減少副產(chǎn)物。原料在微通道中混合極佳，溫度精確控制，所用連續(xù)流微通道反應(yīng)器材質(zhì)為特種金屬合金，計(jì)量泵的材質(zhì)為聚四氟乙烯和鈦，耐腐蝕性優(yōu)良，避免了在常規(guī)反應(yīng)器中腐蝕設(shè)備嚴(yán)重的問題。在微通道反應(yīng)器中，從進(jìn)料、預(yù)熱、混合以及反應(yīng)過程全程為連續(xù)流反應(yīng)，避免了常規(guī)間歇反應(yīng)中需要額外配置和轉(zhuǎn)移中出現(xiàn)的泄露，環(huán)保安全，生產(chǎn)效率高。

附圖說明

圖1為微反應(yīng)器系統(tǒng)流程圖：1、2-原料罐，3、4-原料計(jì)量泵，5、6-壓力表，7-反應(yīng)區(qū)，8-換熱區(qū)，9-產(chǎn)物淬滅收集區(qū)。

圖2為微反應(yīng)器單個(gè)框架軸測圖：10-框架。

圖3為微反應(yīng)器框架組合圖：10-框架。