微通道中的原位混合制造技术

本发明专利技术涉及一种微通道中的原位混合。本发明专利技术提供使一种流体通过一个或多个孔并使该流体在流经一个微通道时与另一种流体混合的方法、系统和设备。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在微通道中的混合。
技术介绍
一种流体混合到另一种流体中对各种化学过程都是极其重要的。因为它的重要性，很久以来人们付出很大的努力来提高混合质量和速度。对需要爆炸性反应物组合的过程，安全性是另一个极为重要的考虑因素。美国专利第6，471，937号中揭示了混合两种流体的一个例子。在该专利中，Anderson等描述了以高速率(较好大于300m/s)和短接触时间(较好小于0.5毫秒)混合第一反应物与第二反应物，然后将该混合物通入包含固体催化剂的反应室。Anderson等提供了混合甲烷与氧的例子。虽然这些例子允许估算第一反应物的动量通量，但是没有提供对第二反应物的注射方法的细节(如，孔的数量和尺寸)。因此，由这些例子不能计算出第二反应物的动量通量，不能推断出良好混合的最佳动量通量的比值范围。在另一个例子中，Hamada等在美国专利第5，609，834中描述了通过多孔板将燃料混入一种氧化剂并混入燃烧室，在燃烧室内，燃料和氧燃烧产生热量，所产生的热量被用来驱动在相邻反应室内的吸热反应。近年来，一直在设计内部具有极小尺寸(即，微通道尺寸)的反应器和其它化学处理设备，以利用可以在微通道设备中达到的很短的质量传递和热量传递距离的优点。微通道的另一个优点是微通道的尺寸可以小于一种爆炸混合物的淬灭直径，因此，其安全性明显高于常规的设备。在微通道设备中混合流体的某些例子由Tonkovich等在WO 01/12312中描述。在另一个例子中，参见WO 02/064248 A2，Tonkovich等描述了在独立的平行物流中流动的反应物并在T-接头中合并这些物流，然后立刻通入微通道设备的反应室中。尽管许多年来做出这些和其它的努力，但仍需要快速和更有效的混合技术，尤其是在微通道设备中的新的混合技术。
技术实现思路
第一方面，本专利技术提供一种在微通道装置中进行反应的方法，该方法包括:使第一流体在微通道中流动，并使第二流体流经至少一个孔进入该微通道，与第一流体混合。所述微通道包含沉积在微通道的至少一部分上的固体催化剂。微通道由一个或多个微通道壁限定，在微通道的壁中有至少一个孔。至少一个孔设置在微通道中不含催化剂的部分。本专利技术还提供一种微通道反应系统，该系统包括:包含第一流体的微通道；其中的微通道包含沉积在微通道的至少一部分上的固体催化剂；微通道由一个或多个微通道壁限定，在微通道的壁中有至少一个孔；至少一个孔设置在微通道中不含催化剂的混合部分，其中第二流体流动通过至少一个孔并且在混合部分基本上没有发生反应。另一方面，本专利技术提供一种使用微通道装置进行反应的方法，该方法包括:使第一流体在微通道中流动；微通道由一个或多个微通道壁限定，在微通道的壁中有至少一个孔；微通道的第一部分由第一水力直径限定，第二部分由大于第一部分的水力直径的第二水力直径限定；第一部分设置在第二部分的上游；至少一个孔设置在第二部分的上游；使第二反应物流动通过至少一个孔进入微通道。在又一方面，本专利技术提供一种在微通道中混合流体的方法，该方法包括:使第一流体通过一个具有至少两个孔的微通道；使第二流体通过这至少两个孔。第二流体以在10-400范围内，较好在40-200内的动量通量比值流入第一流体。在另一方面，本专利技术提供一种在微通道中混合流体的方法，该方法包括:使第一流体沿第一方向流动通过微通道，使第二流体沿第二方向流动通过第一通道。第二方向相对于第一方向成45° — 135°的角。微通道由至少一个通道壁限定，通道壁上有至少一个孔。第一通道的一部分与微通道相邻。在第一通道与微通道相邻的位点，第二流体的一部分流经至少一个孔并与第一流体混合。第三流体沿第三方向流经第二通道。第三方向相对于第一方向成45° -135°的角。第二通道的一部分与微通道相邻。在这一方面，通道享有共用的壁。在又一方面，本专利技术提供微通道设备，该设备包括:具有沿第一方向延伸的中心轴(由穿过横截面中心的线限定)的微通道；具有沿第二方向延伸的中心轴(由穿过横截面中心的线限定)的第一通道；其中所述第二方向相对于第一方向成45° -135°角；其中微通道由至少一个通道的壁限定，并且该通道壁具有至少一个孔；其中第一通道的一部分与微通道相邻；其中在第一通道与微通道相邻的位点，至少一个孔将微通道与第一通道相连；具有沿第三方向上延伸的中心轴(由穿过横截面中心的线限定)的第二通道；其中所述第三方向相对于第一方向成45° -135°角；第二通道的一部分与微通道相邻。在又一方面，本专利技术提供一种在微通道混合流体的系统，该系统包括:在微通道中流动的第一流体；在与微通道相邻的管道中以一定方向流动的第二流体；其中，第二流体以等于或大于0.05的动量数值流入管道；第二流体通过将管道与微通道相连的至少两个孔，流入在微通道中的第一流体；至少两个孔包括第一孔和第二孔，并且沿着所述方向，第二孔在比第一孔更远的位置；第一孔包含第一横截面，第二孔包含第二横截面；其中，第二横截面小于第一横截面。在一个优选实施方式中，第一孔的第一横截面与管道相邻；第二孔的第二横截面与管道相邻；第一孔包含与微通道相邻的第三横截面；第二孔包含与微通道相邻的第四横截面；第三和第四横截面基本上相同。在另一个优选实施方式中，孔是曲折的(这是针对在此所述的所有方面的一个优选实施方式)。由下面公式定义歧管头与其摩擦损失的比值，即动量数值(Mo):_6]本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用微通道装置进行反应的方法，该方法包括：使第一反应物在微通道中流动；微通道由一个或多个微通道壁限定，在微通道的壁中有至少一个孔；微通道的第一部分由第一水力直径限定，第二部分由大于第一部分的水力直径的第二水力直径限定；第一部分设置在第二部分的上游；至少一个孔设置在第二部分的上游；使第二反应物流经至少一个孔进入微通道。

【技术特征摘要】
2003.12.18 US 60/531,006;2004.05.17 US 10/848,5591.种使用微通道装置进行反应的方法，该方法包括: 使第一反应物在微通道中流动； 微通道由一个或多个微通道壁限定，在微通道的壁中有至少一个孔； 微通道的第一部分由第一水力直径限定，第二部分由大于第一部分的水力直径的第二水力直径限定； 第一部分设置在第二部分的上游； 至少一个孔设置在第二部分的上游； 使第二反应物流经至少一个孔进入微通道。2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，微通道包含设置在该微通道的至少一个部分中的固体催化剂，第一反应物与第二反应物在固体催化剂存在下反应。3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，至少一个孔设置在第二部分的I厘米之内。4.按权利要求1所述的方法，其特征在于，第一部分包含减小了水力直径的多孔结构。5.按权利要求1所述的方法，其特征在于，第一反应物和第二反应物如果在未限定的空间会爆炸。6.按权利要求1所述的方法，其特征在于，第一部分部分由层叠装置中的插入板形成。7.按权利要求2所述的方法，其特征在于，至少一个孔与第二部分由热交换部分隔开，第一反应物和第二反应物在该热交换部分被加热。8.按权利要求1所述的方法，其特征在于，第二部分包含尺寸大于2毫米的小通道。9.按权利要求8所述的方法，其特征在于，微通道包含电阻元件。10.按权利要求8所述的方法，其特征在于，第一反应物和第二反应物形成可燃性混合物，并还包括在所述可燃性混合物位于微通道中时向所述可燃性混合物中加入稀释剂的步骤。11.按权利要求2所述的方法，其特征在于，固体催化剂限定了反应区，该方法还包括在反应区下游且在从微通道排出之前加入稀释剂的步骤。12.一种在微通道内混合流体的方法，该方法包括: 使第一流体通过微通道； 所述微通道具有至少两个孔； 使第二流体通过这至少两个孔； 第二流体以在40-200范围内的动量通量比值流入第一流体。13.按权利要求12所述的方法，其特征在于，至少两个孔包含三角形排布的喷嘴或长方形排布的喷嘴，其中所有喷嘴孔都相同。14.按权利要求12所述的方法，其特征在于，第二流体以在60-155范围内的动量通量流入第一流体。15.按权利要求12所述的方法，其特征在于，至少两个孔包括等边三角形排布的阵列，其中，喷嘴之间切线至切线的间隔为6.7-10.2Dh。16.按权利要求12所述的方法，其特征在于，至少两个孔包括正方形排布的阵列，其中，喷嘴之间切线至切线的间隔为5.7-8.6Dh。17.一种在微通道中混合流体的方法，该方法包括: 使第一流体沿第一方向流经微通道；使第二流体沿第二方向流经第一通道； 第二方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·L·同克维齐，K·加罗斯克，D·J·赫斯，S·P·费茨杰拉尔德，
申请(专利权)人：维罗西股份有限公司，
类型：发明
国别省市：