一种分流对冲微反应通道及微反应器的制作方法

本实用新型涉及一种化工机械技术领域，特别是涉及一种分流对冲微反应通道及微反应器。

背景技术：

微反应器是一种建立在连续流动基础上的微管道式反应器，用以替代传统反应器，如玻璃烧瓶、漏斗，以及工业有机合成中常用的反应釜等传统间歇反应器。在微反应器中有大量的以精密加工技术制作的微型反应通道，它可以提供极大的表面积，传热效率极高。另外，微反应器以连续流动代替间歇操作，使准确控制反应物的停留时间成为可能。这些特点使有机合成反应在微观尺度上得到精确控制，为提高反应选择性和操作安全性提供了可能。

目前所使用的大多数微反应器反应通道结构简单，由于其混合效果一般，不能充分混合反应，因此反应产物的收率不高。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种分流对冲微反应通道及微反应器，主要目的在于提高流体的混合效果，使反应物充分混合反应。

为达到上述目的，本实用新型主要提供如下技术方案：

一方面，本实用新型的实施例提供一种分流对冲微反应通道，包括一端具有第一进口、另一端具有第二进口、位于二者之间还具有流体出口的反应本体；

其中，所述第一进口与所述出口之间为第一流体段，所述第二进口与所述出口之间为第二流体段，且所述第一流体段和/或所述第二流体段中还设置有用于对流体进行分流的分流结构，所述分流结构将所述第一流体段和/或所述第二流体段分隔成允许反应流体通过的至少两个分流通道；

所述反应本体还包括处于第一流体段和第二流体段之间并与所述出口连通的混合区域，所述混合区域用于将所述第一流体段和所述第二流体段的流体进行混合。

本实用新型的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

优选地，所述分流结构包括设置在所述第一流体段中的沿流体流动方向延伸的至少一个第一分流挡板，所述第一流体段在所述第一分流挡板段形成第一二次分流区，所述分流通道包括第一分流通道，所述第一分流挡板将所述第一二次分流区分成至少两个所述第一分流通道；

和/或，所述分流结构还包括设置在所述第二流体段中的沿流体流动方向延伸的至少一个第二分流挡板，所述第二流体段在所述第二分流挡板段形成第二二次分流区，所述分流通道包括第二分流通道，所述第二分流挡板将所述第二二次分流区分成至少两个所述第二分流通道。

优选地，所述第一分流挡板为多个、且彼此之间平行且相间隔地设置，相邻所述第一分流挡板之间间隔相等的第一预设距离；

和/或，所述第二分流挡板为多个、且彼此之间平行且相间隔地设置，相邻所述第二分流挡板之间间隔相等的第二预设距离。

优选地，所述第一分流挡板和所述第二分流挡板个数相同，且多个所述第一分流挡板与多个所述第二分流挡板相对于所述出口处反应本体的横截面呈对称地设置。

优选地，所述分流结构还包括设置在所述第一流体段中、位于所述第一进口和第一二次分流区之间的至少一个第一分流柱，所述第一分流柱沿着与反应流体流向相垂直的方向延伸设置，使得所述第一流体段在所述第一分流柱段形成第一一次分流区；

和/或，所述分流结构还包括设置在所述第二流体段中、位于所述第二进口和第二二次分流区之间的至少一个第二分流柱，所述第二分流柱沿着与反应流体流向相垂直的方向延伸设置，使得所述第二流体段在所述第二分流柱段形成第二一次分流区。

优选地，所述第一分流柱为多个、且彼此之间平行且相间隔地设置，沿流体流动方向多个所述第一分流柱间呈交错地设置；

和/或，所述第二分流柱为多个、且彼此之间平行且相间隔地设置，沿流体流动方向多个所述第二分流柱间呈交错地设置。

优选地，沿流体流动方向、每个所述第一分流柱位于一个所述第一分流通道的上游端；

和/或，沿流体流动方向、每个所述第二分流柱位于一个所述第二分流通道的上游端。

优选地，沿流体流动方向，所述第一一次分流区段的反应本体沿垂直于流体流动方向的横截面积逐渐地减小；

和/或，沿流体流动方向，所述第二一次分流区段的反应本体沿垂直于流体流动方向的横截面积逐渐地减小。

优选地，当包括第一分流挡板和第二分流挡板时，所述混合区域为处于所述第一分流挡板和所述第二分流挡板之间的区域，且在所述反应本体上设有至少一个所述出口，且所述混合区域至所述出口之间的流通面积沿流动方向逐渐增大。

另一方面，本实用新型的实施例提供一种微反应器，包括上述的分流对冲微反应通道。

借由上述技术方案，本实用新型一种分流对冲微反应通道及微反应器至少具有下列优点：

本实用新型的技术方案通过在所述第一流体段和/或所述第二流体段中设置所述分流结构，将所述第一流体段和/或所述第二流体段分隔成至少两个分流通道。进入所述第一流体段和/或所述第二流体段的流体经至少两个所述分流通道分流后，两种流体中至少有一种被分流成两支以上，然后两种流体分别流向所述混合区域，在混合区域，被分流的一种流体和未分流的另一种流体之间或者两种都被分流的流体之间进行混合，由于所述流体被分流后增大了反应接触面积，从而使其混合更加均匀充分。因此能够使两种流体中的两种反应物充分混合反应，提高了反应速度和反应物生成效率。

同时，由于所述分流结构使流体在流动中进行混合和化学反应的特点，因此在反应本体中停留的化学品数量总是很少的，即使万一失控，危害程度也非常有限。而且，由于反应通道换热效率极高，即使反应突然释放大量热量，也可以被迅速导出，从而保证反应温度的稳定，减少了发生安全事故和质量事故的可能性。因此本实用新型的技术方案提升了反应的安全可靠性。

当第一流体段包括第一一次分流区和第一二次分流区，和/或第二流体段包括第二一次分流区和第二二次分流区时，流体首先流经各自的一次分流区，然后流过各自的二次分流区，由于所述第一一次分流区的第一分流柱和/或所述第二一次分流区的第二分流柱的分流作用，因此流体流过所述第一一次分流区和/或第二一次分流区时，可以通过多个所述第一分流柱/ 第二分流柱对其进行初步分流；然后经所述第一二次分流区的第一分流通道和/或第二二次分流区的第二分流通道进一步分流，从而使流体实现更加均匀的分流。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本实用新型的一个实施例提供的一种分流对冲微反应通道的一种结构的纵向剖面示意图；

图2是本实用新型的一个实施例提供的一种分流对冲微反应通道的另一种结构的纵向剖面示意图；

图3是本实用新型的一个实施例提供的一种分流对冲微反应通道的出口为两个时的横截面图；

图4是本实用新型的一个实施例提供的一种分流对冲微反应通道的出口为三个以上时的一种情况分布示意图；

图5是本实用新型的一个实施例提供的一种分流对冲微反应通道的出口为三个以上的另一种情况分布示意图；

图6是本实用新型的一个实施例提供的一种分流对冲微反应通道的第一二次分流区(第二二次分流区)的横截面图；

图7是本实用新型的另一个实施例提供的一种微反应器的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

如图1和图2所示，本实用新型的一个实施例提出的一种分流对冲微反应通道，包括一端具有第一进口101、另一端具有第二进口102、位于二者之间还具有流体出口103的反应本体100。

其中，所述第一进口101与所述出口103之间为第一流体段110，所述第二进口102与所述出口103之间为第二流体段120，且所述第一流体段 110和/或所述第二流体段120中还设置有用于对流体进行分流的分流结构 130，所述分流结构130将所述第一流体段110和/或所述第二流体段120 分隔成允许反应流体通过的至少两个分流通道。

所述反应本体100还包括与所述出口103连通的混合区域140，所述混合区域140处于所述第一流体段110和所述第二流体段120之间，用于将所述第一流体段110和所述第二流体段120的流体进行混合，然后经过混合后的流体从所述出口103流出。

本实用新型的技术方案通过在所述第一流体段和/或所述第二流体段中设置所述分流结构，将所述第一流体段和/或所述第二流体段分隔成至少两个分流通道。进入所述第一流体段和/或所述第二流体段的流体经至少两个所述分流通道分流后，两种流体中至少有一种被分流成两支以上，然后两种流体分别流向所述混合区域，在混合区域，被分流的一种流体和未分流的另一种流体之间或者两种都被分流的流体之间进行混合，由于所述流体被分流后增大了反应接触面积，从而使其混合更加均匀充分。因此能够使两种流体中的两种反应物充分混合反应，提高了反应速度和反应物生成效率。

同时，由于所述分流结构使流体在流动中进行混合和化学反应的特点，因此在反应本体中停留的化学品数量总是很少的，即使万一失控，危害程度也非常有限。而且，由于反应通道换热效率极高，即使反应突然释放大量热量，也可以被迅速导出，从而保证反应温度的稳定，减少了发生安全事故和质量事故的可能性。因此本实用新型的技术方案提升了反应的安全可靠性。

优选地，如图1和图2所示，所述分流结构130可以包括设置在所述第一流体段110中的沿流体流动方向延伸的至少一个第一分流挡板131，所述第一流体段110在所述第一分流挡板131所在的区域形成第一二次分流区111。所述分流通道包括第一分流通道1111，所述第一分流挡板131将所述第一二次分流区111分成至少两个所述第一分流通道1111。

和/或，所述分流结构130还可以包括设置在所述第二流体段120中的沿流体流动方向延伸的至少一个第二分流挡板132，所述第二流体段120在所述第二分流挡板132所在的区域形成第二二次分流区121，所述分流通道还包括第二分流通道1211，所述第二分流挡板132将所述第二二次分流区 121分成至少两个所述第二分流通道1211。

优选地，如图1和图2所示，所述第一分流挡板131可以为多个、且彼此之间平行且相间隔地设置，相邻所述第一分流挡板131之间间隔相等的第一预设距离；

和/或，所述第二分流挡板132为多个、且彼此之间平行且相间隔地设置，相邻所述第二分流挡板132之间间隔相等的第二预设距离。所述第一预设距离和所述第二预设距离可以相等。

优选地，如图1和图2所示，所述第一分流挡板131和所述第二分流挡板132个数相同，且多个所述第一分流挡板131与多个所述第二分流挡板132相对于所述出口103处反应本体的横截面呈对称地设置。即所述第一分流挡板和所述第二分流挡板的间距分别相同，且一一对应。具体的，当需要混合的两种流体配比相同时，例如参加化学反应的两种反应物需要相同的组分混合，此时可以使所述第一流体段110和所述第二流体段120 对称设置，并且使所述第一流体段110的第一分流通道1111和所述第二流体段120的第二分流通道1211分别一一对应，多个所述第一分流通道1111 之间的间距均匀相等，多个所述第二分流通道1211之间的间距均匀相等，以获得最佳混合效果。

优选地，如图1和图2所示，所述分流结构130还包括设置在所述第一流体段110中、位于所述第一进口101和第一二次分流区111之间的至少一个第一分流柱133，所述第一分流柱133沿着与反应流体流向大致垂直的方向延伸设置，使得所述第一流体段110在所述第一分流柱133所在的区域形成第一一次分流区112；

和/或，所述分流结构130还可以包括设置在所述第二流体段120中、位于所述第二进口102和第二二次分流区121之间的至少一个第二分流柱 134，所述第二分流柱134沿着与反应流体流向大致垂直的方向延伸设置，使得所述第二流体段120在所述第二分流柱134段形成第二一次分流区122。

具体工作过程可以为，从反应本体100两端的第一进口101和第二进口102分别流入的两种流体首先流经各自的一次分流区(第一一次分流区和第二一次分流区)，然后流过各自的二次分流区(第一二次分流区和第二二次分流区)，由于所述第一一次分流区的第一分流柱和/或所述第二一次分流区的第二分流柱的分流作用，因此流体流过所述第一一次分流区和/或第二一次分流区时，可以通过多个所述第一分流柱/第二分流柱对其进行初步分流；然后经所述第一二次分流区的第一分流通道和/或第二二次分流区的第二分流通道进一步分流，经过两级分流后，可以使流体实现更加均匀的分流，从而使分流后的两种流体能够快速充分地混合。

具体的，如图1和图2所示，所述第一分流柱133可以与流体流过方向垂直的同时并与所述第一分流挡板131平行设置，和/或所述第二分流柱 134可以与流体流过的方向垂直的同时并与所述第二分流挡板132平行设置。这样，可以在第一一次分流区或者第二一次分流区将流体首先分流分层，为下一个环节在所述第一二次分流区或者所述第二二次分流区进行进一步分流分层做准备，使二次分流时更加均匀。所述第一分流柱和所述第二分流柱最好两端抵达所述反应本体的内壁，以使分流效果更佳。

优选地，如图1和图2所示，为了进一步提高分流效果，所述第一分流柱133可以为多个、且彼此之间平行且相间隔地设置，沿流体流动方向多个所述第一分流柱133间呈交错地设置；和/或，所述第二分流柱134可以为多个、且彼此之间平行且相间隔地设置，沿流体流动方向多个所述第二分流柱134间呈交错地设置。具体的，所述第一分流柱和所述第二分流柱可以分别均匀交错布置，以实现多次分流。所述第一分流通道1111与所述第一分流柱133个数相同时可以分别一一对应，和/或，所述第二分流通道1211与所述第二分流柱134个数相同时可以分别一一对应。当所述第一分流柱133与所述第一分流挡板131平行设置，和/或所述第二分流柱134 与所述第二分流挡板132平行设置时，由于所述第一分流通道1111与所述第一分流柱133和/或所述第二分流通道1211与所述第二分流柱134分别一一对应，因此交错布置是指与所述第一分流通道1111依次对应的多个所述第一分流柱133或与所述第二分流通道1211依次对应的多个所述第二分流柱134中的相邻两个不在同一个垂直于流体流过方向的平面上排列，即相邻两个所述第一分流柱或第二分流柱可以按一定的规律错开排列。如图1 和图2所示为所述第一分流柱和所述第二分流柱交错布置的一种形式，这种形式既能达到很好的分流效果，同时又能节约空间。实践证明，当所述第一分流柱131和与之对应的所述第一分流通道1111在同一平面时，即每一个第一分流通道1111的前方都有一个第一分流柱131，或者当所述第二分流柱132和与之对应的所述第二分流通道1211在同一平面时，即每一个第二分流通道1211的前方都有一个第二分流柱132时，分流效果更好。这里需要说明的是，“前方”是指流体较先流过的一端，即流体的上游端。

优选地，如图1和图2所示，沿流体流动方向、每个所述第一分流柱 133位于一个所述第一分流通道1111的上游端；

和/或，沿流体流动方向、每个所述第二分流柱134位于一个所述第二分流通道1211的上游端。上游端，即流体较先流过的一端。

优选地，如图1和图2所示，根据流体流动的特点，沿流体流动方向，所述第一一次分流区112段的反应本体100沿垂直于流体流动方向的横截面积逐渐地减小；和/或，沿流体流动方向，所述第二一次分流区122段的反应本体100沿垂直于流体流动方向的横截面积逐渐地减小。也就是说，所述第一一次分流区的靠近第一进口端的口径较大，而处于远离第一进口端的所述第一一次分流区的口径较小；处于靠近第二进口端的所述第二一次分流区的口径较大，而处于远离第二进口端的所述第二一次分流区的口径较小。由于该管段管径逐渐缩小、使得流体的压力逐渐减小、流速逐渐增大，压力减小使得上游的压力大于下游的压力，这样有利于流体的进入；流速增大有利于增进流体之间的混合充分程度，提高混合反应程度，进一步提高反应的发生率。如图1和图2所示，所述第一一次分流区和第二一次分流区可以为锥形，其大口端分别与所述第一进口和第二进口连接，其小口端分别与各自的二次分流区(第一二次分流区和第二二次分流区)连接，使流体迅速流入。

优选地，如图1和图2所示，当所述反应本体100同时包括第一分流挡板131和第二分流挡板132时，所述混合区域140可以为处于所述第一分流挡板131和所述第二分流挡板132之间的区域，即所述第一分流挡板 131和所述第二分流挡板132的边缘连接形成所述混合区域140的轮廓。同时，在所述反应本体100上设有至少一个所述出口103，所述出口103与所述混合区域140连通，经过在所述混合区域140混合后的两种流体从所述出口103流出所述反应本体100。例如所述出口103可以设置在所述混合区域140的一侧，并使所述混合区域140至所述出口103之间的流通面积沿流动方向逐渐增大。

如图1和图2所示，所述出口103的第一种情况为，所述出口103可以为一个，且出口朝向为沿垂直于所述第一分流挡板和所述第二分流挡板的方向。此时，多个所述第一分流挡板和所述第二分流挡板的靠近所述混合区域的一端沿着朝向出口的方向逐渐缩短，从而使所述混合区域140至所述出口103之间的流通面积逐渐增大，即所述混合区域沿流体的流出方向的截面呈喇叭口形，由于流体从上往下流动，上述设计是基于流体流量的分布情况不同而决定的，上端流体的流量较小、下端流量逐渐增大、最下端的最大，这样能够便于流体从底端流出，防止流体回流至分隔板中或堵塞分流通道。

如图3所示，所述出口103的第二种情况为，所述出口103可以为两个，且出口朝向为沿垂直于所述第一分流挡板和所述第二分流挡板的方向。两个所述出口103沿所述反应本体100的纵向中心线对称布置。此时，多个所述第一分流挡板和所述第二分流挡板的靠近所述混合区域的一端为处于中间的伸出长度最长，并沿着朝向出口的方向伸出长度逐渐缩短，从而使所述混合区域140至所述出口103之间的流通面积逐渐增大，即所述混合区域沿流体的流出方向的截面呈喇叭口形，这样也是为了防止流体回流至分隔板中或堵塞分流通道，原理同上；与图2中的方案不同的是图3中方案的中部的流量最小、两端为出口且流量最大。并且设置两个所述出口 103时，混合后的流体可以从两个方向分别流出，使之更加快速地流出反应本体100。

如图4和图5所示，所述出口103的第三种情况为，所述出口103为三个以上，且三个以上的所述出口103沿所述反应本体100的外壁周向均布。例如，图4为当所述出口103所在的管段的截面为圆形时设置6个出口103的情况，当然也可以是其它数量，这里仅仅是举例；图5为所述出口103所在的管段的截面为方形时设置4个出口103的情况，当然也可以使其它数量，这里仅仅是举例。此时，所述混合区域140至所述出口103 之间的流通面积沿流动方向可以逐渐增大，也可以是流通面积变化不大。当然，在能实现的情况下，使所述混合区域140至所述出口103之间的流通面积沿流动方向逐渐增大则效果会更好些。

优选地，如图1和图2所示，所述反应本体100可以为管状。

一种情况是，如图1所示，所述反应本体100可以为一段直管，所述第一进口101的中心在所述第一流体段110的中心轴线上，同时，所述第二进口102的中心在所述第二流体段120的中心轴线上；另一种情况是，如图2所示，所述反应本体100还可以为折弯管，所述第一进口101的中心不在所述第一流体段110的中心轴线上，和/或，所述第二进口102的中心不在所述第二流体段120的中心轴线上，即所述第一进口101所在的管段与所述第一流体段110所在的管段成倾斜角度，和/或，所述第二进口102 所在的管段与所述第二流体段120所在的管段成倾斜角度。如图2所示为所述第一进口所在管段与所述第一流体段成直角，并且所述第二进口所在管段与第二流体段成直角的情况。

管状所述反应本体100的横截面可以为圆形、椭圆形或四边以上的正多边形。如图6所示为所述第一二次分流区/第二二次分流区的所处的反应本体的横截面为正方形时的情况，如图4和图5所示分别为混合区域140 所处的反应本体的横截面为圆形和正方形时的情况。当然，所述反应本体 100的各流体段如第一一次分流区、第二一次分流区、第一二次分流区、第二二次分流区以及所述第一进口和第二进口所在的反应本体的管段的横截面形状可以相同，也可以不同，即可以混合使用。这里不作特别限定。

如图7所示，本实用新型的另一个实施例提供的一种微反应器2，包括上述的分流对冲微反应通道1。

其中，一种分流对冲微反应通道1，包括一端具有第一进口、另一端具有第二进口、位于二者之间还具有流体出口的反应本体；

其中，所述第一进口与所述出口之间为第一流体段，所述第二进口与所述出口之间为第二流体段，且所述第一流体段和/或所述第二流体段中还设置有用于对流体进行分流的分流结构，所述分流结构将所述第一流体段和/或所述第二流体段分隔成允许反应流体通过的至少两个分流通道；

所述反应本体还包括处于第一流体段和第二流体段之间并与所述出口连通的混合区域，所述混合区域用于将所述第一流体段和所述第二流体段的流体进行混合。

所述分流对冲微反应通道的具体实施方式详见上一个实施例中的具体实施方式，这里不再赘述。

本实用新型的技术方案通过在所述第一流体段和/或所述第二流体段中设置所述分流结构，将所述第一流体段和/或所述第二流体段分隔成至少两个分流通道。进入所述第一流体段和/或所述第二流体段的流体经至少两个所述分流通道分流后，两种流体中至少有一种被分流成两支以上，然后两种流体分别流向所述混合区域，在混合区域，被分流的一种流体和未分流的另一种流体之间或者两种都被分流的流体之间进行混合，由于所述流体被分流后增大了反应接触面积，从而使其混合更加均匀充分。因此能够使两种流体中的两种反应物充分混合反应，提高了反应速度和反应物生成效率。

同时，由于所述分流结构使流体在流动中进行混合和化学反应的特点，因此在反应本体中停留的化学品数量总是很少的，即使万一失控，危害程度也非常有限。而且，由于反应通道换热效率极高，即使反应突然释放大量热量，也可以被迅速导出，从而保证反应温度的稳定，减少了发生安全事故和质量事故的可能性。因此本实用新型的技术方案提升了反应的安全可靠性。

综上所述，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。