[发明专利]一种具有脉冲变径微结构的微反应器系统

说明书

技术领域

本发明涉及微反应器技术领域，尤其涉及一种用于硝化、皂化、氧化、加氢反应的具有脉冲变径微结构的微反应器系统。

背景技术

微通道反应器是指特征尺度在数百微米以下的微型设备，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。然而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，往往存在结构复杂，加工成本高的缺点。金属材质连续流微通道反应器（IFR反应器）系统突破了传统釜式反应器的传热、传质障碍，可使化学反应在严格控制的条件下以连续流方式进行。金属材质的高强度、高耐温特性，使得IFR反应器系统具有广阔的反应温度、压力操作范围；IFR微通道的特征混合传质结构设计，赋予IFR反应器系统卓越的传质性能；金属材质的高导热特性和IFR反应器微通道的换热结构设计，赋予IFR反应器系统卓越的换热性能；微通道材质的多品种和复合金属设计，赋予IFR反应器系统广泛的兼容性和良好的耐腐蚀性能；微通道模块的先进制造工艺和金属材料精密加工技术，赋予IFR反应器系统卓越的性价比，装备价格远低于进口产品。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明专利提供一种能提高收率、减少副产、缩短周期的用来进行硝化、皂化、氧化、加氢反应的微反应器装置，本装置结构简单，使用方便，以实现化学反应的高效、安全、连续化生产。本发明专利可显著提高化学反应的工艺操作稳定性、产品质量稳定性、装备运行效率、工艺放大稳定性，显著提升生产过程的安全性，并大幅度降低工艺“三废”的产生，减少生产过程对环境影响。可实现原料转化率、产品选择性等工艺技术指标的提升，降低生产成本。可通过标准连接轻松整合并入工业生产系统，减少或消除故障停车时间，可以轻易实现产量升级。反应器的模块化设计，可以根据市场情况，更加迅速、灵活和便捷的调整产量，同时保障性能和操作的稳定性。具体技术方案如下。

本发明专利提供一种具有脉冲变径微结构的微反应器系统，其特征在于所述微反应器系统流程包括原料储罐、计量泵、压力表、微反应器、换热器和产品收集罐；所述储罐、计量泵、压力表、微反应器、换热器和产品收集罐串联连接而成。

所述微反应器是具有变径微结构的模块组合而成，其中模块可以是单模块或双模块或多模块组成，模块与模块平行叠放排列，模块与模块之间由膜块连接管连接而成。

所述微通道模块是由金属材料构成的夹心结构，外层由换热器用于热传导液的循环流动，内层用于反应流体的混合和化学反应，从而实现了混合和传热的集成。其中换热器是热传导液经换热器进口流进，由换热器出口流出，实现热传导液的闭路循环流动。

所述微反应器有两个进料口和一个出料口，进料口经由Y型管路进入具有连续脉冲变径微结构的反应微通道。

所述微反应器是具有变径微结构的通道组成，其中内部通道直径Φ=4~10mn，Φa=0.5~2mn（30），Φb=0.5~2mn（20），L=10~20mn。

所述的微通道反应器材质由多种金属材料方案组成，包括单一金属材料材质：316L不锈钢（SS316L）、哈氏合金（HC22或HG35），以及复合金属材质-不锈钢复合薄层钛（Ti）、金（Au）、铂（Pt）等，能够适合不同的反应工况，具有强耐腐蚀性和高耐温耐压性能。

所述的操作温度区间为-100~350℃，所述压力范围在0~10Mpa。

有益效果：本发明专利所提供系统的核心单元为微反应器内部微通道结构，这种结构能更好的强化物料的混合效果，这是常规搅拌无法比拟的，即有2个进料口同时进入微通道，微通道为具有交错脉冲变径微结构的通道，这种结构将使流体间高速交叉撞击后使体系处于均匀分散状态，然后再进入反应通道具有连续变径的微通道，实现分离再结合的混合效果；反应器的通道热量交换能力强，使体系温度更准确停留在有利于反应的温度，大大提高产品收率、缩短反应周期、提高安全可控性、减少副产物。原料在微通道中混合极佳，温度精确控制，所用连续流微通道反应器材质为特种金属合金，计量泵的材质为聚四氟乙烯和钛，耐腐蚀性优良，避免了在常规反应器中腐蚀设备严重的问题。在微通道反应器中，从进料、预热、混合以及反应过程全程为连续流反应，避免了常规间歇反应中需要额外配置和转移中出现的泄露，环保安全，生产效率高。

附图说明

图1为微反应器系统流程图：1、2-原料罐，3、4-原料计量泵，5、6-压力表，7-反应区，8-换热区，9-产物淬灭收集区。

图2为微反应器单个框架轴测图：10-框架。

图3为微反应器框架组合图：10-框架。