[发明专利]一种新型高通量多层螺旋绕管微通道反应器

说明书

技术领域

本发明涉及化工反应器设计技术领域，特别是用于进行化工中间体合成、生物医学材料制备等的微通道反应器，尤其涉及一种新型高通量多层螺旋绕管微通道反应器，用于一些快速放热反应。

背景技术

反应器是实现反应过程的设备，广泛应用于化工、炼油、冶金、轻工等行业。常用的反应设备有混料釜、萃取塔、静态混合器等，它们处理量大，能够满足大规模生产的需要。然而，总体来说，这些混合设备为流体提供的是宏观尺度的混合，存在混合不均匀、动力消耗大、设备体积大、连续化生产困难等缺点。

随着科学的进步，人们对反应要求的提升和微加工技术的不断发展，微反应技术及其设备成为人们关注和研究的热点。微通道反应器是指特征尺度在数百微米以下，可将样品约束在其中，进行工艺过程的微型设备，其具有传质传热效率高、返混几率小及能更好地控制反应温度和停留时间等优点。微通道反应器运用连续操作的模式，微通道反应器内的流体流动状态比较接近平推流，这样就极大地削弱了反应器内的轴向扩散作用，从而可以很精确地控制反应时间。此外，由于微通道反应器拥有很大的比表面积，使其在传质与传热方面有着极大的优势，可以有效地控制反应的温度，从而提高化学反应的选择性，提高产品的品质。因此，微通道反应器展现了许多优于常规反应器的优点，包括大大提高反应速度、反应产率、安全性、可靠性和可量测性等。

然而，现有的微通道反应器主要存在以下问题：1、现有的微通道反应器一般采用光刻、激光化学三维写入等方法制造，这些微通道反应器结构复杂，加工成本高，不利于工业生产的放大，缺点明显；2、一些微通道反应器的处理能力可以通过并行放大的方法来实现，即增加微通道反应器的数量和扩大微通道反应器的外尺寸，这些方法在工业运行中系统控制点多，精度要求高，生产成本高，流体性能不均等，影响整体混合和反应效果。

发明内容

本发明旨在克服传统反应器混合不均匀、动力消耗大、设备体积大、连续化生产困难等缺点，克服一般微通道反应器结构复杂，加工成本高，不利于工业放大等缺点，提供一种高通量、移热能力高、合成率高、安全高效、加工成本低、连续化的新型高通量多层螺旋绕管微通道反应器。

为了实现上述目的，本发明提供的一种新型高通量多层螺旋绕管微通道反应器，主要包括反应物进、出口段，进、出口处封头，法兰，进、出口管板，不锈钢毛细管，固定垫条，筒体，绕筒，恒温介质进、出口段，挡板，左、右支座，中心支撑管、支撑件。其中：

所述中心支撑管两端通过焊接方式连接所述进、出口管板，所述中心支撑管外设有绕筒，所述绕筒与所述中心支撑管在同一轴线上，所述绕筒与所述中心支撑管之间通过支撑件进行焊接连接，所述进、出口管板、中心支撑管、绕筒和支撑件构成螺旋绕管微通道反应器的支撑构架；

不锈钢毛细管沿绕筒呈螺旋形多层缠绕布置，相邻的缠绕层螺旋方向相反，形成多个以绕筒为圆心、不同圈径的反应管束，不锈钢毛细管两端分别连接在进、出口管板上，所述不锈钢毛细管管不仅是反应管，也是传热管。

如上所述的新型高通量多层螺旋绕管微通道反应器，优选的是，所述不锈钢毛细管各层间均设有固定垫条，以保证纵向、横向间距，不锈钢毛细管的纵向间距不小于1mm，横向间距不小于1mm。

如上所述的新型高通量多层螺旋绕管微通道反应器，优选的是，所述不锈钢毛细管规格为1mm/0.15mm(外径/壁厚)，材质为304不锈钢；所述不锈钢毛细管总数量为50～200根，单管长度为100～300米。

如上所述的新型高通量多层螺旋绕管微通道反应器，优选的是，所述不锈钢毛细管的螺旋角度可有变化，角度变化范围为3°～10°。

如上所述的新型高通量多层螺旋绕管微通道反应器，优选的是，所述进出口管板与不锈钢毛细管之间采用钎焊方式连接，以保证焊接质量，确保不泄漏。

如上所述的新型高通量多层螺旋绕管微通道反应器，优选的是，所述中心支撑管的截面可以是圆形或者正多边形。

如上所述的新型高通量多层螺旋绕管微通道反应器，优选的是，进、出口管板上不同直径的圆周处均匀地设有与不锈钢毛细管直径相同的小孔以保证所述不锈钢毛细管与进、出口管板的钎焊连接；所述进、出口管板外圈均布有16个螺栓孔，以保证进、出口封头和法兰的连接。

如上所述的新型高通量多层螺旋绕管微通道反应器，优选的是，恒温介质进、出口段分别位于所述筒体的左下端和右上端，恒温介质进、出口段与所述筒体的内部连接处设有挡板，以防止恒温介质的短路，影响反应物的适当反应温度。