反应器单元及双面型微反应器系统技术方案

本发明专利技术提供了一种反应器单元及双面型微反应器系统，该反应器单元包括混合通道，混合通道两端分别设有至少两个入口通道和至少两个出口通道；至少两个入口通道与混合通道连通处形成第一汇集处，第一汇集处为反应物撞击区；至少两个出口通道与混合通道连通处形成第二汇集处，第二汇集处为反应物涡街区；形成涡街所需的绕流柱设置在靠近第二汇集处一侧的混合通道内。该双面型微反应器系统，包括反应板，反应板上设有若干个前述的反应器单元。本发明专利技术能够解决微反应器在使用过程中，流体“滞点”造成的反应物停滞、积累和阻塞流道等问题，还能解决在加工过程中，由于多个反应器单元设置不对称所造成的变形问题，以及在使用过程中两侧温度不均所产生的变形问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微反应器领域，尤其通过介观尺度撞击流及绕柱流动，强化混合，优化控制化学反应过程的反应器单元及双面型微反应器系统。
技术介绍
微反应器是通过精密加工技术制造的小型反应系统，内部的流道尺寸在微米至几毫米量级。微反应器的主要作用是对质量和热量传递过程的强化及流体流动方式的改进，其主要强化的是传递特性。在微反应器内，随着线尺度减小，一些物理量的梯度很快增加，从而导致传质、传热推动力的增加，扩大了单位体积或单位面积的扩散通量，这对于化学反应十分重要。由于流体厚度的减小，相应的面积体积比会显著提高，也强化了反应过程。微反应器的体积急剧减小，原先大规模的间歇反应过程可以用连续反应过程来替代，提高了设备的安全性和反应过程的选择性。微反应器的一个重要特征是由多个基本单元进行串联或并联操作，即微反应器单元的大量重复，组成的系统可以灵活地满足生产量变化的需求和快速地工程放大。现有的微反应器，如，专利200880107030.5公开了过程加强的微流体装置，流体在该装置中流动，通过“改向壁”产生反向流动的两股流体，可以在保持装置引起的压降在相同的水平或设置降低压降的基础上，提高混合性能和产量，但仍存在以下问题：1、流体“滞点”，造成反应物料停滞，不断积累，阻塞通道问题出现；2、在基板的一侧加工流体通道，由于基板材料内受应力作用，使得反应板在加工过程中，产生变形。同时在使用过程中，反应板两侧温度不均，产生变形，影响使用效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种反应器单元，能够解决微反应器在使用过程中，流体“滞点”造成的反应物停滞、积累和阻塞流道问题。本专利技术的另一目的是提供一种双面型微反应器系统，能够解决在加工过程中，由于多个反应器单元设置不对称所造成的变形问题，以及在使用过程中两侧温度不均所产生的变形问题。本专利技术提供的技术方案如下：一种反应器单元，包括：一混合通道，所述混合通道两端分别设有至少两个用于反应物流入的入口通道和至少两个用于反应物流出的出口通道；至少两个所述入口通道与所述混合通道连通处形成第一汇集处，所述第一汇集处为反应物撞击区；至少两个所述出口通道与所述混合通道连通处形成第二汇集处，所述第二汇集处为反应物涡街区；一绕流柱，所述绕流柱设置在靠近所述第二汇集处一侧的所述混合通道内；反应物在所述撞击区撞击混合后流入所述混合通道内，经所述绕流柱绕流后，形成涡街，即所述涡街区，并从所述出口通道流出。优选地，所述入口通道的数量为两个，分别为第一入口通道和第二入口通道，所述第一入口通道和所述第二入口通道分设在所述混合通道两侧，且均与所述混合通道垂直连通。优选地，所述出口通道的数量为两个，分别为第一出口通道和第二出口通道，所述第一出口通道和所述第二出口通道分设在所述混合通道两侧，且均与所述混合通道垂直连通。优选地，所述绕流柱为圆柱形结构，所述圆柱形结构垂直设置在所述混合通道内，使流入所述混合通道内的反应物从所述绕流柱的前部经两侧流过，到达所述绕流柱的后部形成的所述涡街区内。本专利技术还提供了一种双面型微反应器系统，包括：反应板，以及设置在所述反应板的正反两侧的第一换热板和第二换热板；所述反应板的正面设有若干个第一反应器单元，反面设有若干个第二反应器单元，所述第一反应器单元和所述第二反应器单元均为前述的反应器单元；所述第一反应器单元和所述第二反应器单元交错排列，每个所述第二反应器单元的出口通道与所述每个所述第一反应器单元的入口通道连通；所述反应板的表面上设有进料口和出料口；反应物从所述进料口进入所述反应板的反面的某一个所述第二反应器单元的入口通道，并经所述第二反应器单元后从所述第二反应器单元的出口通道进入所述反应板的正面某一个所述第一反应器单元的入口通道，依次经过若干个所述第二反应器单元和所述第一反应器单元后，到达所述出料口。优选地，所述第一换热板和所述第二换热板与所述反应板之间均设有隔层，所述隔层用于密封所述反应板上设置的所述第一反应器单元和所述第二反应器单元并用于传热。优选地，若干个所述第一反应器单元排列成若干排第一反应通道，相邻所述第一反应通道起始端的所述第一反应器单元之间通过第一改变通道进行连通；所述第一改变通道设置在所述反应板的反面表面上，且所述第一改变通道的两端分别与相邻所述第一反应通道起始端的所述第一反应器单元的入口通道连通。优选地，若干个所述第二反应器单元排列成若干排第二反应通道，相邻所述第二反应通道尾端的所述第二反应器单元之间通过第二改变通道进行连通；所述第二改变通道设置在所述反应板的正面表面上，且所述第二改变通道的两端分别与相邻所述第二反应通道尾端的所述第二反应器单元的出口通道连通。优选地，所述第一改变通道和所述第二改变通道均为弧形状结构，所述弧形状结构的两端均设有用于反应物流入或流出的通孔。进一步优选地，所述第一反应器单元和所述第二反应器单元均沿所述反应板的表面朝相对的方向凹陷。通过本专利技术提供的一种反应器单元及双面型微反应器系统，能够带来以下至少一种有益效果：1、本专利技术反应器单元利用了撞击流理论和介观尺度及低雷诺数圆柱绕流理论，实现微反应器单元内的过程强化。2、本专利技术通过设置的两个用于反应物流入的入口通道，使两股等量流体同轴相向流动，并在两加速入口通道的中间相互撞击，形成一个湍流、浓度最高的撞击区，为强化热质传递提供了极好的条件。在两相密度有差别的体系中，因惯性可从一股流体渗入另一股反向流体中，并在开始渗入反向流的瞬间，相间相对速度达到最大值。渗入反向流后，又因反向流体的摩擦阻力而减速达到零速度后又被该流体反向加速向撞击面运动，随后渗入原来的流体中。如此减幅振荡往复运动若干次后，轴向速度逐渐消失，最后被撞击后转为径向流动，带出撞击区。这种传递方式的优点在于:(1)相间传递可以通过流体与反向流体间的相对速度大幅度增加；(2)流体在相向流体间往复渗透延长了它们在传递活性区中的停留时间，使得强化传递的条件在一定程度上得以延续。导致在撞击区强烈混合，造成温度和组成均化，有利于提高平均推动力，促进传递过程。3、本专利技术通过在一定范围之间的雷诺数判别流体流动的状态，区分流体经过在混合通道内设置的绕流柱后的流动是层流或湍流，实现对绕流柱阻力的计算，进而通过实际需求确定绕流柱的直径大小。目的是使得反应物经过绕流柱后，形成涡街，进一步混合，并且不会产生“滞点”，有效地避免反应物停滞积累，阻塞流道。4、本专利技术的双面型微反应器系统，在反应板的正反两侧表面上均设置若干个反应器单元，通过对称交叉设置的反应器单元，使得反应物在正反两侧的反应器单元中反复运动若干次后从出料口流出，增加了混合反应次数，延长了反应路径。在反应板正反两侧交叉流过，一方面可以达到过程强化，另一方面，可以避免反应板受应力不均发生变形。5、本专利技术的双面型微反应器系统，由于是在反应板的正反两侧表面上设置反应器单元，不仅简化加工程序，还可以增加对反应板材料的选择，满足材料的选择不仅仅局限于现有的玻璃、陶瓷等材料，有效地降低生产成本，提高适用范围。6、本专利技术通过反应板两侧设置的隔层来实现反应物在反应器中的流动，还可以将热量传递至连接的换热板，进而实现热量交换。附图说明下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种反应器单元及双面型微反应器系统的上述特本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种反应器单元，其特征在于，包括：一混合通道，所述混合通道两端分别设有至少两个用于反应物流入的入口通道和至少两个用于反应物流出的出口通道；至少两个所述入口通道与所述混合通道连通处形成第一汇集处，所述第一汇集处为反应物撞击区；至少两个所述出口通道与所述混合通道连通处形成第二汇集处，所述第二汇集处为反应物涡街区；一绕流柱，所述绕流柱设置在靠近所述第二汇集处一侧的所述混合通道内；反应物在所述撞击区撞击混合后流入所述混合通道内，经所述绕流柱绕流后流入所述涡街区内，并从所述出口通道流出。

【技术特征摘要】
1.一种反应器单元，其特征在于，包括：一混合通道，所述混合通道两端分别设有至少两个用于反应物流入的入口通道和至少两个用于反应物流出的出口通道；至少两个所述入口通道与所述混合通道连通处形成第一汇集处，所述第一汇集处为反应物撞击区；至少两个所述出口通道与所述混合通道连通处形成第二汇集处，所述第二汇集处为反应物涡街区；一绕流柱，所述绕流柱设置在靠近所述第二汇集处一侧的所述混合通道内；反应物在所述撞击区撞击混合后流入所述混合通道内，经所述绕流柱绕流后流入所述涡街区内，并从所述出口通道流出。2.根据权利要求1所述的反应器单元，其特征在于：所述入口通道的数量为两个，分别为第一入口通道和第二入口通道，所述第一入口通道和所述第二入口通道分设在所述混合通道两侧，且均与所述混合通道垂直连通。3.根据权利要求1或2所述的反应器单元，其特征在于：所述出口通道的数量为两个，分别为第一出口通道和第二出口通道，所述第一出口通道和所述第二出口通道分设在所述混合通道两侧，且均与所述混合通道垂直连通。4.根据权利要求1所述的反应器单元，其特征在于：所述绕流柱为圆柱形结构，所述圆柱形结构垂直设置在所述混合通道内，使流入所述混合通道内的反应物从所述绕流柱的前部经两侧流过，到达所述绕流柱的后部形成的所述涡街区内。5.一种双面型微反应器系统，其特征在于，包括：反应板，以及设置在所述反应板的正反两侧的第一换热板和第二换热板；所述反应板的正面设有若干个第一反应器单元，反面设有若干个第二反应器单元，所述第一反应器单元和所述第二反应器单元均为权利要求1-4任一项所述的反应器单元；所述第一反应器单元和所述第二反应器单元交错排列，每个所述第二反应器单元的出口通道与所述每个第一反应器...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓炜，姜标，黄伟光，党治国，詹乐武，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31