[发明专利]一种金属与透明塑料复合结构的微反应器及其应用

说明书

技术领域

本发明属于微化工技术领域，具体涉及一种金属与透明塑料复合结构的微反应器及其应用。

背景技术

微化工技术作为一门新兴化工过程强化技术，受到普遍关注，微混合器、微反应器等微化工设备为其核心设备，其通道特征尺寸多在几十至几百微米范围，并与其他配套设备组成连续化生产工艺。

微通道反应器，由于其通道特征尺寸在微米到毫米级的尺度，具有很高的传质传热特性，液体的传热系数高达10³～10⁵W·m^-2·K^-1。与常规换热器相比，微通道换热器具有设备体积小，传热系数大，传热效率高。酸性气体(如CO₂)的脱除工艺是工业过程中非常重要的一个技术。目前，许多研究者对其过程进行研究，从而获得该过程基本的过程特性。吕等(DOI:10.1021/ef400976j)采用双搅拌釜吸收装置研究MEA/离子液体混合液吸收CO₂过程动力学特性，由于双搅拌釜设备体积大，传质传热系数低，导致局部温度差异大，影响分析结果；叶等(DOI:10.1016/j.cej.2013.03.053)采用不锈钢微反应器研究MEA吸收CO₂过程性质，通过将其装置浸没在水浴中实现均匀温度场，由于采用浸没水浴和不锈钢微反应器，从而无法获知其反应器内部流体的真实情况。在实验室研究过程中，特别是精细化工、纳米材料、酸性气体脱除实验室研究过程中，需要观测流体的行为并对其流体温度精确控制，需要具有可视化功能的微反应器,并具有非常均匀的温度场条件。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种金属与透明塑料复合结构的微反应器，该微反应器的结构可以实时观察与研究微反应器内流动行为及流动、反应与换热能力之间的内在关系,并且实现均匀的温度场条件，该微反应器结构简单，易于封装，密封性好，可以实现微反应器内部流体流动与反应状况的实时观察。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种金属与透明塑料复合结构的微反应器，包括透明板作为微反应器的视窗，所述透明板使用透明塑料制备而成；微反应器还包括反应微通道板和换热通道板，透明板设置在反应微通道板之上，换热通道板设置在反应微通道板之下；

透明板设有至少两个进料孔和一个出料孔；反应微通道板上设有吸收-反应微通道以及与透明板进料孔和出料孔相对应的吸收-反应流体入口及吸收-反应流体出口，沿吸收-反应微通道周边刻有凹槽，凹槽用密封垫嵌入进行密封，防止透明板和反应微通道板间漏液；换热通道板上设有换热微通道以及 换热微通道的进出口；

微反应器设置或不设置下封板，所述下封板设置于换热通道板之下。

透明板为透明塑料，所述透明塑料包括聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚芳砜(PASF)或聚二甲基硅氧烷(PDMS)中一种或两种以上的材料。

反应微通道板和换热通道板均为导热金属材料，所述导热金属材料选自铜、不锈钢、铝或哈氏合金中的一种或两种以上；所述密封垫的材质为氟橡胶、全氟橡胶、聚四氟乙烯或与透明板相同的透明塑料。

所述透明板采用的透明塑料的透光率不小于88％，所述透明板采用的透明塑料的厚度为5～15mm。

所述反应微通道板材料的导热系数为10～200W/(m²·K)，所述反应微通道板的厚度为0.1～1cm。

所述透明板、反应微通道板和换热通道板之间用螺栓固定。

所述吸收-反应微通道周边凹槽与反应微通道平行设置，凹槽形状根据吸收-反应微通道的形状进行改变；

吸收-反应微通道包括T型微通道、Y型微通道、S型微通道、Z型微通道；

凹槽形状包括直通道型，90度弯折型，半圆弯折型，矩形弯折型。

一种上述微反应器于实时观察微反应器内部流体流动或反应状况中的应用。

该微反应器用于精细化工、纳米材料、酸性气体脱除过程中的流动行为或反应与传热的可视化研究；具体应用在有机胺溶液吸收CO₂过程，CO₂有机胺溶液解吸过程，纳米粒子合成过程，芳烃或醇类硝化反应、磺化反应过程等一系列的吸收或反应过程中。

使用时可于微反应器正上方设置高速相机用于捕捉记录吸收-反应微通道内的流体情况。