[发明专利]具有堆叠式结构的气液固三相膜式微反应器

说明书

本发明公开了具有堆叠式结构的气液固三相膜式微反应器，包括上盖板和下盖板；上盖板上设置有液相入口和气相入口；下盖板设置有液相入出口和气相出口；其特征在于：在上盖板和下盖板之间按上下堆叠方式设置有若干个三相微反应单元；每个三相微反应单元由液相微通道层、第一透气膜、气相微腔室层和第二透气膜按从上往下顺序堆叠构成；第一透气膜和第二透气膜均具有疏水透气性；液相反应物和气相反应物分别从液相入口和气相入口进入，并按从上往下顺序流过所有的三相微反应单元后，分别从液相出口和气相出口流出；所述液相微通道层上设置有通气孔和供液相流通的微通道；该微通道为上下贯通结构；本发明可广泛应用在化工、能源、环保等领域。

技术领域

本发明涉及微流体反应器领域，具体涉及一种具有堆叠式结构的气液固三相膜式微反应器。

背景技术

微反应器是新型的反应装置，具有比表面积大，安全性能好，传质效率高等突出优势，在化工领域应用的十分广泛。对于化工反应中最常见的气-液-固三相反应，相关学者也研发了各种不同结构的微反应器类型。常见的有管式微反应器、填充床式微反应器以及膜式微反应器等。其中膜式微反应器由于功能性膜结构的加入可以有效增加气液接触面积，提高传质效率，保护固体催化层而被人们重点关注。近年来，Park等人制备了一个具有双层通道结构的膜式微反应器用以提升赫克反应的效率；Mukhlis等人研制了中空纤维膜式微反应器作为乙醇重整产氢的工具；Sylwia等人研究将聚醚砜超滤膜应用于光催化微反应器中可以提高反应稳定性。然而这些处理气-液-固三相反应的膜式微反应器仍然存在一定的局限性，比如气体利用率差、对反应物处理能力较小、无法进行系统的有效放大化生产，其次制备工艺复杂，增大经济成本，还有就是无法解决通道尺寸小，一旦生成产物无法及时排出会出现微反应器堵塞的现象。因此，构建一种新型结构的膜式微反应器，用以实现提高气体利用率、完成放大化生产、简化制备方式、清除堵塞通道等就成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提出了一种具有堆叠式结构的气液固三相膜式微反应器。

本发明的技术方案是：一种具有堆叠式结构的气液固三相膜式微反应器，包括上盖板和下盖板；上盖板上设置有液相入口和气相入口；下盖板设置有液相出口和气相出口；其特征在于：在上盖板和下盖板之间按上下堆叠方式设置有若干个三相微反应单元；每个三相微反应单元由液相微通道层、第一透气膜、气相微腔室层和第二透气膜按从上往下顺序堆叠构成；第一透气膜和第二透气膜均具有疏水透气性；

液相反应物和气相反应物分别从液相入口和气相入口进入，并按从上往下顺序流过所有的三相微反应单元后，分别从液相出口和气相出口流出；

所述液相微通道层上设置有通气孔和供液相流通的微通道；该微通道为上下贯通结构，该微通道的首、尾端分别设置有进液端和出液端；所述气相微腔室层上设置有透液孔和气相微腔室，该气相微腔室为上下贯通的长方形腔室；该气相微腔室包含进气端和出气端；所述第一透气膜和第二透气膜均设置有过液孔和过气孔；并且，在所述第一透气膜和第二透气膜上负载有固体催化剂；

液相反应物在每个三相微反应单元中，均从液相微通道层的进液端流入，液相反应物在微通道内，在所述第一透气膜和第二透气膜上负载的固体催化剂的催化作用下，与从所述第一透气膜和第二透气膜渗透进入的气相反应物发生反应，反应后再经过出液端、第一透气膜的第一过液孔、气相微腔室层上的透液孔以及第二透气膜上的第二过液孔流出；

气相反应物在每个三相微反应单元中，均经过液相微通道层的通气孔、第一透气膜的第一过气孔和气相微腔室层的进气端进入气相微腔室，在气相微腔室内，部分气相反应物由所述第一透气膜和第二透气膜渗透进入液相微通道层，剩余的气相反应物从气相微腔室层的出气端、以及第二透气膜上的第二过气孔流出。

根据本发明所述的具有堆叠式结构的气液固三相膜式微反应器的优选方案,所述固体催化剂通过浸渍或者喷涂的方法负载在所述第一透气膜和第二透气膜上。