[发明专利]一种层状膜分散式微通道换热混合装置及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及化工行业中的高效传质、传热装置，具体地说是一种层状膜分散式微通道换热混合装置及其应用。

背景技术

在化工领域，传质、传热效果严重制约着反应的选择性、收率以及生产安全性和产能，尤其是对反应较剧烈、放热强的硝化、氧化、聚合反应等单元反应。微尺度下，相应流体的面积体积比可得到显著提高，有助于强化传热和传质。近年来，国内外对微通道反应的研究逐渐深入。

公开号为US4735359的美国专利介绍一种液体混合装置,该物料混合形式为层状混合,利用离心装置将物料呈薄层状态送出,薄层厚度约为0.1毫米,最短在0.1毫秒即可完成充分混合。这种装置是固定的，单位时间的混合量是一定的，因此应用上有一定限制；同时机械加工较复杂，设备维护要求高。

于2009年5月20日公开的、公开号为CN101433815中国发明专利介绍了一种套管结构的膜分散式微通道反应器，在内外管之间形成环形的微通道，较普通的微通道反应截面积增大，处理量增大。但该微反应器难以实现叠加组合，物料的处理量增加有限。

于2010年6月16日公开的、公开号为CN101733056中国发明专利中介绍了一种微阵列结构的微通道反应器，该反应装置通过微通道阵列形式，实现了反应流体微流单元的交错撞击，提高了传质效果。但该反应器不能采用带颗粒流体的进料，不能实现内部换热，应用上受到制约。

于2014年8月13日公开的、公开号为CN103977720中国发明专利中介绍了一种组合式层状配分混合装置，该装置通过面—面接触的形式，降低了微通道反应器堵塞的几率，可适用于带固体颗粒的流体进料反应，但同样没有解决反应器内部换热的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种同时具有强化传质、传热功能的层状膜分散式微通道换热混合装置及其应用。该混合装置以流体空腔配分的形式，实现各种流体交叉排列，在传热上，大大扩大了单位体积流体的传热面积；在传质上，缩短了流体的扩散距离，从而同时实现快速传质、传热，可达到物料的快速混合、稳定反应温度、提高化学单元反应安全性和可控性等目的。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明的换热混合装置为多层板依次密封连接而成的层状结构，其内部分为流体进料配分区、流体混合换热区及流体汇合区；位于首层的盖板处于流体进料配分区的一侧分别开有换热流体进口及多个供不同流体进入的流体进口，所述盖板处于流体汇合区的另一侧分别开有换热流体出料口及供混合后流体流出的出料口；所述流体混合换热区内设有多个上下布置、相互独立的混合腔，每个独立的混合腔的上下两侧均设有隔板，相邻两混合腔相对侧的两隔板之间形成换热流体腔，各所述换热流体腔由流体进料配分区延伸至流体混合换热区，各所述换热流体腔的一端分别与所述换热流体进口相连通，另一端分别与所述换热流体出料口相连通；所述流体进料配分区内相邻两换热流体腔之间均设有与流体进口数量相等、相互独立的混合流体腔，每个独立的所述混合流体腔的一端分别与一个流体进口相连通，另一端与同层的所述混合腔的一端相连通，各所述混合腔的另一端分别与出料口相连通；各流体经不同的流体进口进入到各自的混合流体腔中，换热流体经所述换热流体进口进入到各换热流体腔中，各所述混合流体腔中的流体在混合腔中混合，并在混合过程中与所述换热流体腔中的换热流体进行热量交换，完成热量交换的混合流体由所述出料口流出，完成热量交换的换热流体由所述流体汇合区流出。

其中：所述位于首层的盖板与位于底层的底板之间的各层板的一侧分别开有换热流体进口及多个供不同流体进入的流体进口，另一侧分别开有换热流体出料口及供混合后流体流出的出料口；