[發(fā)明專利]一種彈簧管式柔性微化學(xué)反應(yīng)器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710909020.4
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107597033B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃斯珉;何奎;秦貫豐;楊敏林;元武智;楊宇
• 申請（專利權(quán)）人: 東莞理工學(xué)院
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00
• 代理公司: 44326 廣州容大專利代理事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 劉新年<國際申請>=<國際公布>=<進(jìn)入

本發(fā)明公開了一種彈簧管式柔性微化學(xué)反應(yīng)器，屬于微納制造技術(shù)領(lǐng)域。該柔性微化學(xué)反應(yīng)器包括反應(yīng)器主體、熱控裝置和氣泡發(fā)生裝置；所述反應(yīng)器主體包括具有出入接口的渦旋彈簧管，所述渦旋彈簧管固定設(shè)置在所述熱控裝置內(nèi)，所述熱控裝置上具有用于容置傳熱介質(zhì)的內(nèi)腔，所述熱控裝置上設(shè)置有反應(yīng)器接頭、及與所述內(nèi)腔連通的傳熱介質(zhì)入口和傳熱介質(zhì)出口，所述反應(yīng)器接頭與所述渦旋彈簧管的出入接口連通，所述氣泡發(fā)生裝置通過反應(yīng)器接頭向渦旋彈簧管提供氣泡。該柔性微化學(xué)反應(yīng)器利用渦旋彈簧管強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)精確混合和傳熱傳質(zhì)的動態(tài)調(diào)節(jié)，還能高效地解決固體反應(yīng)物堵塞通道、反應(yīng)可移植性弱等問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微納制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種彈簧管式柔性微化學(xué)反應(yīng)器。

背景技術(shù)

在精細(xì)化工或藥物合成等領(lǐng)域中，反應(yīng)過程中對于溫度的控制要求極其嚴(yán)格，例如在藥物合成中，溫度相差幾度就會導(dǎo)致產(chǎn)物化學(xué)構(gòu)成發(fā)生變化。傳統(tǒng)的溫度控制系統(tǒng)采用對流-加熱的方式，反應(yīng)速度比較慢，往往化學(xué)反應(yīng)已經(jīng)完成但是溫度還處于弛豫時間。為了精準(zhǔn)地控制反應(yīng)溫度，人們研發(fā)出了一種適用于熱敏物質(zhì)合成的微反應(yīng)器。微反應(yīng)器是一種借助于特殊微加工技術(shù)以固體基質(zhì)制造的可用于進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的三維結(jié)構(gòu)元件。微反應(yīng)器通常含有較小的通道尺寸(0.01～1mm)和通道多樣性，流體能在這些通道中流動并能在這些通道中發(fā)生所要求的反應(yīng)，由于微構(gòu)造的化學(xué)設(shè)備具有非常大的表面積/體積比率，因而能使微通道多相反應(yīng)系統(tǒng)中可以實現(xiàn)流體溫度的精確控制。目前，微通道反應(yīng)器的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，尤其是在藥物研發(fā)或精細(xì)化工領(lǐng)域。

微通道內(nèi)的流體流動狀態(tài)一般為層流，會導(dǎo)致流體本身的傳熱能力較差，尤其是當(dāng)通道尺寸放大到毫米量級時，光靠擴(kuò)散式傳熱傳質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實際的反應(yīng)需要。為了解決以上問題微通道通常被加工成各種形狀，目的是利用這些結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的二次流強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)，但是存在加工技術(shù)復(fù)雜、加工成本高昂的缺點。另外，現(xiàn)有的微通道反應(yīng)器還存在以下兩個缺點：1、微通道的傳熱傳質(zhì)能力只能通過流量來調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍比較狹窄，裝置的可移植性較差，需要根據(jù)不同的反應(yīng)來設(shè)計反應(yīng)器；2、具有固體產(chǎn)物生成的化學(xué)反應(yīng)極易導(dǎo)致微通道堵塞。因此，研發(fā)出一種結(jié)構(gòu)簡單、傳熱傳質(zhì)能力調(diào)節(jié)范圍廣、具有一定防堵塞功能的新型微反應(yīng)器成為微化學(xué)反應(yīng)領(lǐng)域的迫切需求，同時要求新型微反應(yīng)器能夠在狹小范圍內(nèi)實現(xiàn)快速的混合、換熱和反應(yīng)，并能實現(xiàn)大范圍的實驗條件調(diào)控。

中國發(fā)明專利CN104959093A公開了一種解決微反應(yīng)器通道顆粒堵塞的方法，每隔一定時間，將表面刻有微通道的圓柱體拆卸下來進(jìn)行清洗。該微反應(yīng)器需要定期拆洗，使用較為不便。中國發(fā)明專利CN104923137A公開了一種強(qiáng)化微反應(yīng)器內(nèi)流體混合的方法，該方法需要利用超聲設(shè)備引起流體震蕩，設(shè)備較為復(fù)雜。中國發(fā)明專利CN102618063A公開了水溶性偶氮染料的螺旋管混沌混合的連續(xù)化制備方法，該方法利用螺旋管產(chǎn)生二次流強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)，但是其傳熱傳質(zhì)效果不可調(diào)節(jié)。中國發(fā)明專利CN103328092A公開了一種振蕩流微反應(yīng)器，該反應(yīng)器主要是通過交錯流到設(shè)計達(dá)到增強(qiáng)混合的效果，但是反應(yīng)器結(jié)構(gòu)加工復(fù)雜。以上專利考慮的主要是如何實現(xiàn)防止固體堵塞微小通道和如何實現(xiàn)強(qiáng)化和混合的技術(shù)，并未考慮反應(yīng)器混合傳熱傳質(zhì)的動態(tài)調(diào)控要求，同時也存在產(chǎn)品設(shè)計加工復(fù)雜、制造成本過高的缺陷。隨著微通道反應(yīng)器向著通用化、可移植化、多相化的方向發(fā)展，對微反應(yīng)器的換熱混合自動調(diào)節(jié)、反應(yīng)器防堵性能的要求越來越高，這就要求設(shè)計新型的微化學(xué)反應(yīng)器來滿足這些需求。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種彈簧管式柔性微化學(xué)反應(yīng)器，該柔性微化學(xué)反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，傳熱傳質(zhì)調(diào)節(jié)范圍大，能夠?qū)崿F(xiàn)精確混合和傳熱傳質(zhì)的動態(tài)調(diào)節(jié)，還能高效地解決固體反應(yīng)物堵塞通道、反應(yīng)可移植性弱等問題。

為解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：