一种微通道组件、微通道混合设备和混合系统及应用技术方案

本发明专利技术公开了一种微通道组件、微通道混合设备和混合系统及应用。该微通道组件包含多个堆叠的薄片以及相邻薄片夹缝间填充的亲油性和/或亲水性纤维丝，纤维丝与纤维丝间构成若干微通道，纤维丝通过薄片夹紧固定。本发明专利技术包含微通道组件的微通道混合设备及系统，可以使一种或多种分散相在连续相中形成相态均一且稳定的微米尺寸的粒子，改善了物料间的混合效率，提高了反应速率和转化深度，在气

【技术实现步骤摘要】
一种微通道组件、微通道混合设备和混合系统及应用


[0001]本专利技术属于传质反应领域，具体地涉及一种微通道组件、微通道混合设备和混合系统，可广泛应用于石油、化工、轻工、医药、环保等领域的传质反应过程。

技术介绍

[0002]在石油、化工、轻工、医药、环保等领域，均涉及到较多的气-液、液-液、气-液-固、液-液-固等传质反应过程，除固体外（固体一般为催化剂），每个反应过程都涉及到分散相和连续相以及将分散相分散到连续相中的过程，其中分散相是指一种或几种物质高度分散在某种介质中所形成的体系中，被分散的物质称为分散相，而连续的介质称为连续相。
[0003]对于上述的气-液、液-液、气-液-固、液-液-固等传质反应过程来说，绝大多数反应中的传质过程为速率控制步骤，因此气-液、液-液的传质过程也就是分散相分散到连续相中的过程对于反应速率具有重要影响。对于气-液反应过程来说，一般情况下为了加强气液两相的传质力度，在气液混合设备效率有限的情况下，系统提供的气体量要远远大于反应消耗的气体量，不但造成反应速率低、反应热不均匀，且存在装置投资高、能耗高的问题，而若将气液混合设备的效率大幅度提高，将气相高效分散在液相中，大幅度改善气液两相的传质效率，则可以大幅度提高反应速率、减少气体供给量，从而使反应体系进一步缩小，反应热也更加均匀，投资和运行成本大幅度降低，因而具有较多的优点。
[0004]例如在油品加氢过程中，CN103965959A提出了一种多级溶氢的液相加氢反应方法，首先循环液体物料与原料油混合，进入加热器加热；氢气分为n路进入加热炉加热；一路氢气和液相物料在混合器中混合，进行第一级溶氢，其余（n-1）路氢气通过反应器床层的入口进入器内氢油混合构件与上一床层反应后的混合物进行混合，进行第二级溶氢，最终的反应产物进入汽提塔，汽提塔底油一部分进入产品罐，一部分再循环。该方法将氢气分散n路的目的是增加油品中的溶解量和和均匀性，以提高加氢反应速率，但是由于氢油混合过程常用常规的混合器，一方面氢气分多次引入的工艺流程较为复杂，另一方面为了满足反应过程的氢气溶解量，同样需要大量的循环油，投资和能耗仍然较高。
[0005]而对于液-液传质过程来说，较为典型的为液液萃取过程，是利用系统中组分在溶剂中有不同的溶解度来分离混合物的单元操作，即利用物质在两种互不相溶（或微溶）的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使溶质物质从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中的方法，该过程中液-液传质速率是影响萃取效率的关键因素，因此将其中的分散相分散到连续相中的过程对于反应速率具有重要影响。如专利CN105112658A提出了一种微通道萃取稀土元素的方法中，是液-液萃取过程，首先将P507或P204按照体积比为3∶10～10∶3加入260#溶剂油稀释剂得到有机相；将稀土盐溶液作为水相，将有机相与水相按照相比为5:1～1:5，以5.55
×
10-10
～4.17
×
10-8
m3/s的体积流速经过微反应器的微通道中进行常温萃取，最终获得含稀土元素萃取相和萃余液。该方法主要是为了结合微通道比界面积高、传质速率快、响应时间短等优点，通过微通道中两相界面的接触，将分散相与连续相在微通道中高效接触而实现高效萃取稀土的目标。但是，由于该专利技术方法使用的是微通道反应器，只适用于处理
量较小的领域，对于高处理量需要的微通道反应器非常庞大，不经济从而不适用。
[0006]综上所述，无论是气-液、液-液、气-液-固、液-液-固等传质反应过程来说，两相混合或两种物料混合过程为现有技术进步的关键步骤，是一种能够有效解决传质过程速率低而导致的反应速率低、停留时间长、转化率不足等问题的工艺路线。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种微通道组件、微通道混合设备和混合系统及应用。本专利技术微通道组件、设备及系统可以使一种或多种分散相在连续相中形成相态均一且稳定的微米尺寸粒子，改善了物料间的混合效率，提高了反应速率和转化深度，在气-液、液-液、气-液-固和液-液-固等需要接触传质过程中有广泛的应用前景。
[0008]本专利技术的微通道组件包含多个堆叠的薄片以及相邻薄片夹缝间填充的若干层亲油性和/或亲水性纤维丝，纤维丝与纤维丝间构成若干微通道，纤维丝通过薄片夹紧固定；所述纤维丝可以单层或多层排布，优选1~50层，更优选为1~5层；当为多层排布时，优选相邻两层纤维丝沿薄片垂直方向的投影为网状结构；网状结构中的网格形状可以为任意形状，如多边形、圆形、椭圆形等中的一种或多种组合；每层纤维丝中，相邻纤维丝的间距一般为0.5μm～50μm，优选等间距排布，纤维丝沿薄片表面横向、纵向或斜向等任意一种方向排布；所述的纤维丝可以为任意曲线形状，优选周期性变化的曲线形状，如波浪形、锯齿形等，优选同一层的纤维丝的形状相同，更优选所有层的纤维丝的形状都相同。
[0009]所述的纤维丝的直径一般为0.5~50μm，优选为0.5~5μm，更优选为0.5~1μm。所述的亲油性纤维丝一般选自聚酯纤维丝、尼龙纤维丝、聚氨酯纤维丝、聚丙烯纤维丝、聚丙烯腈纤维丝和聚氯乙烯纤维丝中的至少一种，或选自表面经过亲油处理的纤维丝材料；所述的亲水性纤维丝一般选自主链或侧链含有羧基（-COOH）、酰胺基（-CONH-）、氨基（-NH
2-）、或羟基（-OH）等亲水性基团的高分子聚合物，且含有的亲水性基团数目越多，亲水性越好，常用的如丙纶纤维、聚酰胺纤维、丙烯酸纤维，或选自材料经过物理或化学方法亲水处理的纤维丝。选择亲油性还是亲水性纤维丝，主要与分散相的性质有关。一般情况下，当分散相为亲油性时，选择亲油性超细纤维丝，当分散相为亲水性时，选择亲水性超细纤维丝，这样有利于分散相在微通道内超细纤维丝表面的粘附和铺展，并分散为尺寸更小且均一的液滴，提高分散相在连续相中的分散均匀度。当分散相为气相时，采用亲油型或亲水型任意一种或两种组合皆可。
[0010]所述的薄片厚度一般为0.05mm~5mm，优选0.1～1.5mm。薄片的材质一般根据过流物料性质、操作条件而定，可以为金属、陶瓷、有机玻璃或聚酯等材料中的任意一种或多种，优选金属中的不锈钢（如SS30403、SS30408、SS32168、SS31603等型号）材料。薄片的形状没有限制，可以为长方形、正方形、多边形、圆形、椭圆形、扇形等任意一种，优选长方形或正方形。
[0011]本专利技术的微通道组件中，所述的薄片的尺寸和数量可以根据反应实际需要进行设计调整。一般微通道组件中采用形状和大小都相同的薄片。本专利技术的微通道混合组件可以直接设置于反应器内用于物料混合。
[0012]本专利技术同时提供一种微通道混合设备，该设备包括上述的微通道组件和壳体，微通道组件固定于壳体内，壳体一端设置入口，用于分散相物料和连续相物料进料，另一端设
置出口，用于混合物料的流出；壳体内微通道组件沿夹缝方向，分为进料端和出料端，壳体入口与进料端之间设置进料分布空间，壳体出口与出料端之间设置出料分布空间，为防止物料短路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微通道组件，其特征在于：包含多个堆叠的薄片以及相邻薄片夹缝间填充的若干层亲油性和/或亲水性纤维丝，纤维丝与纤维丝间构成若干微通道，纤维丝通过薄片夹紧固定。2.根据权利要求1所述的微通道组件，其特征在于：所述纤维丝层数为1~50层，更优选为1~5层。3.根据权利要求1所述的微通道组件，其特征在于：当为多层排布时，相邻两层纤维丝沿薄片垂直方向的投影为网状结构。4.根据权利要求1所述的微通道组件，其特征在于：每层纤维丝中，相邻纤维丝的间距一般为0.5μm～50μm，优选等间距排布。5.根据权利要求1所述的微通道组件，其特征在于：每层纤维丝沿薄片表面横向、纵向或斜向任意一种方向排布。6.根据权利要求1所述的微通道组件，其特征在于：所述的纤维丝为任意曲线形状。7.根据权利要求1或6所述的微通道组件，其特征在于：所述的纤维丝为周期性变化的曲线形状。8.根据权利要求1或6所述的微通道组件，其特征在于：同一层的纤维丝的形状相同。9.根据权利要求1或6所述的微通道组件，其特征在于：所有层的纤维丝的形状相同。10.根据权利要求1所述的微通道组件，其特征在于：所述的纤维丝的直径一般为0.5~50μm，优选为0.5~5μm，更优选为0.5~1μm。11.根据权利要求1所述的微通道组件，其特征在于：所述的亲油性纤维丝选自聚酯纤维丝、尼龙纤维丝、聚氨酯纤维丝、聚丙烯纤维丝、聚丙烯腈纤维丝、聚氯乙烯纤维丝或表面经过亲油处理的纤维丝材料中的至少一种。12.根据权利要求1所述的微通道组件，其特征在于：所述的亲水纤维丝选自主链或侧链含有亲水基团的天然高分子聚合物或表面经过亲水疏油处理的纤维丝材料中的一种或多种。13.根据权利要求1所述的微通道组件，其特征在于：所述的薄片厚度为0.05mm~5mm，优选0.1～1.5mm。14.根据权利要求1所述的微通道组件，其特征在于：薄片的材质为金属、陶瓷、有机玻璃或聚酯材料中的任意一种。15.根据权利要求1所述的微通道组件，其特征在于：薄片的形状为长方形、正方形、多边形、圆形、椭圆形或扇形任意一种。16.一种权利要求1所述的微通道组件在液、液-液、气-液-固和液-液-固接触传质反应过程中的应用。17.一种权利要求1所述的微通道组件在反应器内的应用，其特征在于：微通道组件直接设置于反应器内用于物料混合。18.一种微通道混合设备，其特征在于：该设备包括权利要求1~6任一所述的微通道组件和壳体。19.根据权利要求18所述的设备，其特征在于：微通道组件固定于壳体内，壳体一端设置入口，用于分散相物料和连续相物料进料，另一端设置出口，用于混合物料的流出；壳体内微通道组件沿夹缝方向，分为进料端和出料端，壳体入口与进料端之间设置进料分布空
间，壳体出口与出料端之间设置出料分布空间，为防止物料短路，保证物料在微通道组件内由进料端流至出料端，除进料端...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔凯，杨秀娜，周峰，金平，马会霞，彭绍忠，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：