[发明专利]多尺度微结构反应器

说明书

一种多尺度微结构反应器，包括：下流体入口管、从上而下依次连通的上流体入口管、混合室、毛细管、收集腔盖板、收集腔和出口管，其中：上流体入口管和下流体入口管同轴设置，并分别从混合室的上方和下方与混合室相通；毛细管以环形阵列径向环绕下流体入口管设置，并紧贴混合室的内壁；本发明操作灵活，混合良好，通过调节毛细管的数量和尺寸可实现化学品大通量规模化生产，在化学、化工、石化和医药领域有重要的应用潜力。

技术领域

本发明涉及的是一种化工快速混合与反应设备领域的技术，具体是一种多尺度微结构反应器。

背景技术

在化学、化工、石化和医药等众多领域中，特别是化学化工的反应与分离(如气体吸收和液-液萃取)过程，都需要进行两股或多股物料间的混合与反应，混合性能的好坏对反应过程能否顺利进行以及总的过程效率有着至关重要的关系。传统混合、反应设备如全混釜、塔式反应器等，处理量大，能够满足大规模工业生产要求，但因设备内的混合尺度或反应尺度在毫米级甚至更大的尺度，所以存在混合效率较低，停留时间较长，反应条件不易控制等缺点。同时，这些设备采用尺寸放大的方式，存在放大周期长、实现较为困难等问题。近年来，特征尺寸在1mm以下的微通道反应器具有混合效果好、传质效率高、停留时间短、选择性好、能耗低和安全性高等优点。但是由于特征尺寸的限制，处理量往往较小，与工业要求之间存在较大差距，且设备加工和维护成本高，限制了它们应用于大规模工业生产过程。

现阶段，利用微化工技术进行规模化生产主要依赖于微通道的数增放大，放大周期较短，并实现了初步的工业应用。然而流体在各通道中的分配较为复杂，操作稳定性低，特别是对于伴有副反应的反应过程，流体不均匀的分布会导致反应的选择性低，甚至影响反应过程的顺利进行，基础研究和工业应用亟需一种能够满足物料快速、高效混合，混合物料能在并行反应通道中达到均匀分布要求的微结构反应器。因此，开发一种流体混合性能优异且处理量大的高性能微反应器对化学化工的反应与分离过程有着重要的意义。

发明内容

本发明针对现有技术结构复杂、混合时间较长，且对于多相反应体系，筒体与多层螺旋绕管微通道反应器之间的管道区域容易出现液滴和气泡的凝并甚至流体分层的现象，大幅降低传质传热速率等缺陷，提出一种多尺度微结构反应器，在混合室内进行两股流体的对撞混合，流入毛细管内进行反应后流入收集腔收集，实现高通量下的快速高效混合与反应，并且内部结构简单，便于加工制造。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：下流体入口管、从上而下依次连通的上流体入口管、混合室、毛细管、收集腔盖板、收集腔和出口管，其中：上流体入口管和下流体入口管同轴设置，并分别从混合室的上方和下方与混合室相通；毛细管以单层或多层环形阵列径向环绕下流体入口管设置，并紧贴混合室的内壁。

所述的上流体入口管与混合室之间设有上流体入口法兰，下流体入口管与混合室之间设有下流体入口法兰。

所述的上流体入口法兰、混合室和下流体入口法兰依次通过压力紧固密封，并且三者的外径相同。

所述的下流体入口法兰上设有与毛细管相配合的环形阵列孔。

所述的混合室为环状薄法兰盘。

所述的毛细管的一端与下流体入口法兰固定连接，另一端与收集腔盖板固定连接。

所述的毛细管的材质为不锈钢、铜、铝、锌、碳化硅、PEA、PFA、FEP、PTFE、PVC或者PP。

所述的收集腔为环形中空结构。

所述的上流体入口管、上流体入口法兰、混合室、下流体入口法兰、下流体入口管、收集腔盖板、收集腔和出口管的材质为不锈钢、铜、铝、锌、碳化硅、PMMA或者PDMS。