[发明专利]一种实现规模化生产的微通道反应器

说明书

技术领域

一种实现规模化生产的微通道反应器，属于化学化工微观结构反应装置技术领域。

背景技术

20世纪90年代初，可持续与高新技术发展的需要促进了微化工技术的研究，其主要研究对象为特征尺度在微米级的微通道，由于尺度的微细化使得微通道中化工流体的传热、传质性能与常规系统相比有较大程度的提高，即系统微型化可实现化工过程强化这一目标。

从本质上说， 微通道反应器是一种连续流动的管式反应器，目前的微通道反应器大多为实验室实验级别的小型反应器。传统的微通道反应器基本为“平板”式结构，微通道反应器的通道一般设在两夹板之间，通道尺寸在 10um ~ 3mm 的范围，通过多层夹板叠加作为一个功能单元。这种结构很难将反应通道增加到一定数量从而实现量产，同时平板和平板之间的“贴合”往往需要真空扩散焊等昂贵的加工手段，这极大的限制了它的工业化应用和增加了加工成本。这种小型管式反应器由于诸多原因不能工业化放大生产，而且一旦堵塞很难处理。虽然微通道反应器的处理能力可通过增加通道数目这一容易想到的方向来提高，但却无法真正实现。 传统设想中通道数目的放大有两种方法： 方法一是通过增加微通道反应器的数量来实现 ；方法二是将增加的功能单元放在单个微通道反应器，使单个微通道反应器外尺寸扩大。 方法一在工业运行中会造成系统控制点多，精度要求高，生产成本高的问题，得不偿失。方法二存在 “放大效应”的问题，即每个功能单元的位置与进料处距离不等， 进入每个功能单元的流体性能不均等，影响整体混合和反应效果。在微通道反应器的高效率反应下，尤其在强放热反应和快速反应时放出的大量热量难以及时脱离反应体系，造成较大的安全隐患，无法正常投入生产。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种实现工业化放大生产、反应效果好且容易拆卸，生产安全的一种实现规模化生产的微通道反应器，特别适用于强放热、快速等危险化学反应的工业化安全生产。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该实现规模化生产的微通道反应器，包括反应器主体，其特征在于：反应器主体包括套筒状外壳体和过盈插入外壳体内腔的内壳体，外壳体和内壳体均为回转体圆柱面，内壳体和外壳体之间设有至少四条等距排布的微通道反应线，反应器主体的顶部设内外两层密室分别为内原料聚集仓和外原料聚集仓，内原料聚集仓顶面中央位置开设第一原料入口；反应器主体的底部设成品聚集仓；微通道反应线上下连通两原料聚集仓和成品聚集仓并通过通孔连接内原料聚集仓，反应器主体内外均设有冷却系统。

本发明的反应器主体以外壳体和内壳体过盈配合形成，使外壳体和内壳体间保持一个较大的相互压力，使外壳体和内壳体间自然贴合紧密，无需真空扩散焊等昂贵的加工手段加工。成功解决传统的微通道反应器制备成本昂贵的问题。微通道反应线在两层外壳体和内壳体间，外壳体和内壳体的内外表面形成足够大的散热面积，保持了微通道反应线比表面积大的优势，同时在反应器主体内外的冷却系统冷却下得到更好的散热，使本发明的微通道反应器尤其适用于强放热快速等危险化学反应的工业化安全生产。本发明的原料聚集仓在反应器主体顶部，能够利用重力自动向微通道反应线内加料。内原料聚集仓中央位置开设第一原料入口，结合回转体圆柱面结构，各微通道反应线到第一原料入口的距离都相等，即每个功能单元的位置与进料处距离相同， 保证进入每个功能单元的流体性能相同，消除了整体混合和反应效果的差异。在微通道反应器的高效率反应下，尤其在强放热反应和快速反应时放出的大量热量能够及时的同步处理，消除安全隐患。

反应器的内外原料聚集仓和内外冷却系统处设立压力、流量或者温度测量仪表。

所述的外壳体和内壳体的材质为不锈钢，实现良好的导热能力，及时将热量导出，对反应温度能够精密控制，同时耐腐蚀。具有足够的韧性，在过盈配合后保持长期稳定的相互压力。

所述的微通道反应线为内壳体的外表面上纵向开设的凹槽。本发明在内壳体的外表面上开设微通道反应线，保证外壳体的完整，相处外壳体的集中应力，保证外壳体的耐久度。

所述的微通道反应线在内壳体的水平横截面圆周上相间隔的弧度为2o~90o。

由于本发明具有更好的冷却散热能力，本发明反应器微通道反应线能够在内壳体的外表面上以相对较大的密度开设，仍能够得到较好的控制。本发明同时增加了功能单元的数量和尺寸，并消除了放大效应。