[實用新型]一種碳纖維復合材料微反應器

有效

• 申請號: 201720762798.2
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN206916052U
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 楊慧;戚昀;秦若男;魯馨雅
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: C08K7/06
• 分類號: C08K7/06;C08K3/04;C08L63/00;B01J19/00;B29C70/36;B32B9/00;B32B9/04;B32B33/00;B32B3/08
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本實用新型屬于微反應系統中的微反應器技術領域，具體指代一種在化工反應中可實現嚴格溫度控制的碳纖維復合材料微反應器。

背景技術

在微化工實驗中，使用金屬材料制作的毛細管微反應器是良好的聚合裝備，這類微反應器材質相對惰性，成本低、易于搭建，是目前聚合物合成微反應器的主要形式。使用金屬微反應器的優勢在于微小的混合空間能夠快速混合單體和引發劑，控制反應局部環境的均勻性，相對惰性的反應器壁面具有良好的導熱性能，能夠快速移除反應熱或者瞬間提高反應溫度。但是金屬在長期使用后容易與反應物發生次生反應產生腐蝕，影響生成物的純度與性能。同時，硅、玻璃、陶瓷是微反應中的常用材料。硅具備優良的機械和物理性能，具有機電合一特性和優異的傳感特性，但是硅的脆性對加工是不利的，它的各向異性也會增加力學分析的困難。玻璃因為化學性能穩定，且具有良好的生物兼容性，它制作的微反應器還有利于觀察內部反應，所以玻璃在微反應器中常被廣泛用做基片材料；陶瓷因化學性能穩定，抗腐蝕能力強，熔點高，在高溫下仍能保持尺寸的穩定，因而在微反應器中常用于高溫和強腐蝕的場合，其缺點是耗費時間長，價格昂貴。 于是本實用新型采用碳纖維增強復合材料，它具有高的比強度和比模量、疲勞強度高、熱膨脹系數小、耐腐蝕、結構尺寸穩定、兼容性良好、材料性能可設計等優異的性能。

中國實用新型專利申請號為CN201520051136.5，名稱為“微反應器”，包括靜態混合器，還包括與靜態混合器連通的若干彎道管及直通管，相鄰兩個彎道管之間通過直通管連通。通過設置彎道管，增加了流體在道管流動過程中的速度變化，提高混合效率；特別對多相反應時更加有利，提高多相反應的收率；這種結構在增加流體流量同時不影響換熱性能；降低混合保溫時間，對于快速引發的反應能夠有效的控制混合，減少局部反應過快生成副產物。但彎道管的加工難度大且較易發生固相沉積。

中國實用新型專利申請號為CN201520051668.9，名稱為“微反應器”，包括第一物料入口管道、第二物料入口管道、物料出口管道和至少一組反應通道，每組反應通道包括中空的第一微通道球和第二微通道球，第一微通道球與第二微通道球之間設有若干中空的第三微通道球，相鄰的兩個第三微通道球之間分別連接有第一微管道，相鄰的四個第三微通道球及第一微管道構成菱形，第一微通道球與相鄰的兩個第三微通道球通過第一微管道連接并構成菱形，第二微通道球與相鄰的兩個第三微通道球通過第一為管道連接并構成菱形；第一物料入口管道、第二物料入口管道分別與第一微通道球相通連接，物料出口管道與第二微通道球相通連接。采用微反應器縮短制備時間，提高安全性能。但該微反應器所適用的反應具有局限性且管道與通道球的類型較多，增加加工難度；同時存在多種連接，對加工精度要求高，工藝繁瑣。

發明內容

針對于上述現有技術的不足，本實用新型的目的在于提供一種碳纖維復合材料微反應器，以解決現有技術中微反應器材料存在抗腐蝕性能較差、加工難度大、價格昂貴等問題。

為達到上述目的，本實用新型的一種碳纖維復合材料微反應器，該微反應器的基體選用樹脂材料，基體內設有碳纖維布，每2-5層碳纖維布之間設有一層微管道，該微管道包括輸入管道、反應管道和輸出管道，三者依次連接；微反應器的上述各管道直徑為10μm-1000μm，相鄰兩根輸入管道之間的距離為1mm-10mm；微反應器由微管道層次堆疊而成；采用縱向Y型混合方式，每個Y型結構為一組，其中，微反應器的長為500-600mm，寬為300-400mm，高為90-100mm；輸入管道包含第一輸入管道和第二輸入管道。

優選地，所述的微反應器包含有1-3層微管道，每層有10-50組。

優選地，所述的第一輸入管道和第二輸入管道的長分別為150-180mm。

本實用新型的有益效果：

采用石墨烯和碳纖維增強復合材料，提高了散熱性能、比強度、比模量和疲勞強度，且熱膨脹系數小，管道結構耐腐蝕、結構尺寸穩定、兼容性良好，材料性能可設計，性價比高；碳纖維復合材料微反應器相對于常規規模的反應器在能源效率、反應速率和產率、安全性、可靠性、可擴展性和過程控制的精細程度等方面有較大的優勢；與金屬微反應器相比，可以避免難加工和金屬“中毒”的問題；

本實用新型的微結構將流體切割成微米級的薄層相互接觸，混合瞬間完成，反應體積為幾納升到幾微升，流動特性以層流擴散為主，使用縱向Y型混合方式，從而形成微反應器。結構簡單，制造方便，提高加工效率和加工質量。

附圖說明

圖1為微反應器管道設計圖。