[实用新型]一种超重力微管道反应器

说明书

技术领域

本实用新型属于流体混合反应设备技术领域，涉及一种微管道反应器，尤其涉及一种用于液液两相强放热反应的超重力微管道反应器。

背景技术

硝化、磺化、卤化等强放热反应是工业生产中常见的反应过程，广泛应用于药物中间体、含能化合物、染料、杀虫剂等的制备和生产中（Albright L F,Carr R V C,Schmitt R J.Nitration:Recent laboratory and industrial developments [M].Washington:American Chemical Society,1996.）。强放热反应的特点是反应速率快、放热量大，一旦温度控制不好，就会在短时间内释放大量的热，导致反应失控，引起冒料等一系列严重后果（Chen C Y,Wu C W.Thermal hazard assessment and macrokinetics analysis of toluene mononitration in a batch reactor [J].Journal of Loss Prevention in the Process Industries,1996,9(5):309-316.）。在强放热反应中，有相当部分是涉及液液两相的反应（如用混酸硝化单芳烃的反应），由于反应速率快，相间传质往往成为控制步骤，两相的混合和传质情况对产品的产量和质量有着决定性的影响（Schofield K.Aromatic Nitration [M].Cambridge:Cambridge University Press,1980.）。针对液液两相强放热反应具有强放热和相间传质控制的特点，开发能强化传热和相间传质的新型反应器，对于提高对反应过程的安全性、选择性和产率具有重要意义。

微通道反应器（microchannel reactor）也称为微管道反应器（microtube reactor），是一种流动通道的特征尺度在数百微米内的化学反应器（KobayashiJ,MorY,Kobayashi S.Multiphase organic synthesis in microchannel reactors [J].Chemistry-An Asian Journal,2006,1(1&2):22-35.）。它的主要特点是特征尺寸小、比表面积大、扩散距离小，从而强化传热和传质过程，因此适用于强放热和传质控制的液液两相硝化反应（宋红燕,王鹏,孟文君,韩骏奇,孟子晖,周智明.微反应器在强放热反应中的应用[J].含能材料,2008,16(6):762-765.）。微通道内液液两相的流型主要有以下三种形式（骆广生,徐建鸿,李少伟,王玉军,汪家鼎.微结构设备内液-液两相流行为研究及其进展[J].现代化工,2006,26(3):19-23.）：1、液液无相分散微接触流动和混合，即平行流（parallel flow）；2、液柱分散流动和混合，即柱状流（slug flow）；3、液滴分散流动和混合，即滴状流（droplet flow）。微通道中液液两相流流型的形成：在设备上，取决于进口混合器、管径、管材，不同类型的进口混合器适用的管径范围不同，且加工精度要求高；在操作条件上，主要受两相流速（切应力）的影响；在体系物性上，主要受界面力和黏度的影响，而密度差所起的作用较小。在传统液液两相混合设备（如填料萃取塔）中密度差对混合所起作用较大，因此强化密度差的作用或许是进一步提高微通道中液液两相混合和传质的有效方法。超重力（high gravity）是强化密度差作用的常用方法。