[发明专利]具有微孔喷嘴结构的非均相反应器

说明书

具有微孔喷嘴结构的非均相反应器，涉及流体微分散技术和设备。本发明包括微孔喷嘴、混合通道、反应器套管，利用位于喷嘴侧面的锥形微孔结构将一种流体以微米级气泡或液滴的形式分散于另一种流体中，同时在微米级的环隙混合通道内利用其微尺度效应下强化的传质性能迅速完成混合与反应过程，是一种专门针对非均相反应过程尤其是涉及固体颗粒使用或固体颗粒生成的新型微尺度反应器。本发明具有装配简单、操作便捷、空间利用率高等特点，可广泛用于化学、化工、石化、医药、食品等众多技术领域。

技术领域

本发明涉及一种反应器，具体涉及一种具有微孔喷嘴结构的非均相反应器，并将其用于非均相流体间的混合与化学反应过程，属于化学化工设备技术领域。

背景技术

由于在微尺度受限空间内可以实现极快的传热传质过程，化工设备为了不断增强自身的能效而逐步趋向于微结构化。近年来在微加工与测试技术不断进步的条件下，可以实现有各种精细结构的微尺度构件的加工，从而为微尺度下混合换热等科学技术的发展和相关设备的研发奠定了基础。具有微尺度结构的化工器件改变了传统的搅拌式的混合模式，使得流体间的混合和化学反应过程在微米级尺度下进行，通过极短的传递距离、极大的传递面积有效的强化了化学工业中最为重要传热传质过程。同时，微反应器在实现大规模工业化生产时采用数量放大的模式，有效的避免了尺度放大对传热传质行为带来的负面影响，从而有效的缩短了生产工艺的研发周期。目前，微反应器技术在产能需求总量较小但附加值较高的化学品生产如医药中间体中具有广泛的应用，其相对较短的研发周期可以有效规避产品价格波动所带来的风险。

微反应器在处理非均相流体间的混合和化学反应过程时仍具有一定的难度，主要是因为微反应器本身混合或反应通道的尺寸较小，而非均相体系中常见的气泡聚并或固体颗粒团聚现象使得分散相的尺度很容易与通道尺寸接近，从而导致压降迅速升高甚至堵塞。为了避免上述情况，通常采用施加外场的方式对非均相流体实现持续的干扰，形成足够的紊流来保持其内部良好的分散性。超声是目前最为常用的一种外场强化避免微尺度内气泡聚并或颗粒团聚行为发生的一种方式，但是这种方法使得反应器本身置于运动中，长时间的超声不仅使得反应器材质磨损从而影响其寿命也意味着大幅度的额外能量消耗，使得过程的能量效应与环境友好度都明显下降。因此开发一种新型的微反应器用于非均相体系的混合和化学反应过程是十分必要的。

中国专利101433815公开了一种膜分散式微通道反应器，利用金属膜管材料组装形成了具有微尺度环隙结构的套管反应器，利用逆流进料形式有效地限制了高效混合后的流体尺度，实现了纳米颗粒的连续制备和高效的气体吸收过程。但是对于有固体催化剂参与的液固反应体系，在此种结构与流动方式容易造成固体颗粒团聚堵塞。同时少量微小的固体颗粒也有可能进入内管的金属膜管层中使得膜孔堵塞导致压降不断增大从而影响反应器的效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种带有微孔喷嘴结构的微反应器，可以实现非均相流体的快速混合，形成稳定的分散体系，提高混合与反应效率。

本发明的技术方案如下：

一种具有微孔喷嘴结构的非均相反应器，该反应器由微孔喷嘴、第一种流体入口管、套管、第二种流体入口管、混合通道、延时通道、换热通道与换热管壁组成；所述的第一种流体入口管和第二种流体入口管分别与微孔喷嘴和套管相连，所述混合通道为微孔喷嘴与套管之间形成的微米级环隙空间。

上述技术方案中，优选地，所述反应器还设有延时通道和换热管壁，所述延时通道为换热管壁与套管之间形成的环隙空间。所述延时通道用于延长传递过程或反应过程时间。

上述技术方案中，优选地，所述的微反应器的延时通道的环隙间距为20～2000微米，其内流体流动方向与混合通道内流体流动方向垂直。

上述技术方案中，优选地，所述反应器还设有换热通道，用于供给或移出传递过程或反应过程能量。所述换热通道与其他通道均不连通，流经换热流体通过换热管壁移除或供给反应热量并控制反应温度。