[发明专利]一种撞击流微通道反应器及应用

说明书

技术领域

本发明微通道反应器，具体地说是一种撞击流微通道反应器，适用于瞬 间完成的反应过程或反应沉淀过程。

背景技术

撞击流(Impinging Streams，简记为IS)的概念由Elperin首先提出。撞 击流是强化相间传递尤其是外扩散控制的化工过程最为有效的方法之一， 在制备超细粉体、燃料燃烧、干燥以及粉碎研磨固体颗粒等领域最有可能 得到应用。利用撞击流原理开发的反应器，国内以伍沅(CN1463789A、 CN2455353Y、CN2696710Y、CN200948420Y)的浸没循环撞击流反应器 (SCISR)和气-液撞击流反应器为代表，国外有Brauer Heinz的“静态射流 混合器”(DE2900083)，MahajanA J和Kinvan D J.(AICHE J，42(7)：1801-14， 1996)在撞击流反应器中制备超细粉体等。浸没循环式撞击流反应器主要 为一个下部装工艺介质、上部保持为气相空间的圆筒型容器，在下部工艺 介质内两端处安装有两个导流筒和两个安装在导流筒内的螺旋浆，循环式 设计解决了停留时间过短的问题；气液撞击流反应器也为一个筒形构型， 包括吸收室，加速管以及压力雾化喷嘴三个基本部件组成。这些撞击流反 应器的一个共同特征是，一般为单级两流对撞结构，在两流传递相界面(或 称驻面)形成一个良好混合，但并不算均一的流场，而是在中心区流体密 度较大，而在界面周边流体密度稀疏；这些撞击流反应器在安排多级系统 时，每对撞击流间产生相互干扰。

发明内容

为了解决现有撞击流反应器中撞击区流场分布不均的问题，本发明提 供一种若干对撞击流以阵列形式安排的多级反应器，撞击流的两股流体可 于微通道撞击区良好混合，微通道阵列形式实现了反应高度均匀性，解决 了以往认为撞击流反应器难以安排多级系统(多对撞击流间的相互干扰) 的问题；而工艺流体介质(两股流体)最多只安排四个进料口。

为此，本发明采用下述技术方案：

制备一种撞击流微通道反应器芯片，在芯片上的中部竖向刻制有条形 用于物料对撞的微通道或微孔式通道，即撞击区，撞击区设置有流体出口； 在条形撞击区的左右两侧分别对称刻有一条或一条以上的横向微通道，横 向微通道与撞击区相连通，于芯片的左右两端分别设置有与横向微通道相 连通的流体入口。

左右两侧对称的横向微通道同轴共线或以30-180°角于撞击区相向对 撞；共线对撞的微通道水力直径为0.1-2.0mm，长度为1.0-20.0mm；左右 两侧微通道间撞击区的宽度，即撞击距离为0.5-10mm。

所述芯片上的对称微通道为一条以上，分别采用平行阵列分布；且左 右两侧的纵向微通道分别具有梯级分支构型，微通道作为分支逐级汇合， 分别连通至各自的流体入口；所述微通道从流体入口开始以一分二形式逐 级设2ⁿ个分支通道，0≤n<10，分支通道的水力直径以0-80％递减，直至 撞击区；所述左右两侧微通道上的流体入口分别为1-2个，即撞击流微通道 反应器具有2或4个进料口；所述分支通道构型为半圆弧或鞍形，通道截 面为倒梯形或矩形；所述芯片上的对称微通道为一条以上，撞击区一侧相 邻两条平行通道间的棱壁宽度为0.2-5.0mm。

由如上所述芯片构成的撞击流微通道反应器，至少包括两块封接平板， 在封接平板上对应于芯片撞击区的位置处设置有流体出口；所述组装成撞 击流微通道反应器的芯片为一片或一片以上，芯片交互堆叠地设置于两块 封接平板之间，芯片为一片的为单片反应器，芯片为一片以上的为多片反 应器；

或者将一块封接平板作为芯片，于其平面底板上刻制横向微通道和纵 向撞击区及流体出口，形成由两块封接平板直接压合的撞击流微通道反应 器。

所述芯片和封接平板采取金属材料钛或不锈钢、或高分子材料聚四氟 乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯制备而成；反应器的压合方式可采取真空扩散焊 接、热压或螺栓连接密封。

本发明具有如下优点：

1.撞击区域为微通道(或微孔)结构，被限阈在阵列式微通道中心 位置，两对撞击流所形成的混合流场高度均匀；

2.撞击区域为微通道(或微孔)结构，尺度较现有撞击流反应器小 得多，两对撞击流体的输送动能需求减少；