微反应通道系统的制作方法

本实用新型涉及化学领域，具体的，涉及一种微反应通道系统。

背景技术：

微流体装置是微反应器、微混合器、微换热器、微控制器、微萃取器、微化学分析等一系列微型化工设备的统称，而微反应器(亦称为微通道反应器)作为微流体装置的重要组成部分，相较于传统反应器，结构特征尺寸缩小至微米到数毫米，从而可以通过安全、高效,且环保的方式来实现危险、困难、甚至不可能进行的化学反应和过程，具有极大的过程强化优势，满足绿色化学可持续发展的时代需求。而反应器的通道是影响其效能发挥的关键因素。

目前，微反应通道系统仍有待进一步改进。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少在一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此本实用新型的一个目的在于提出一种微反应通道系统，该微反应通道系统可以显著强化反应过程，传质传热效率高，安全性好，适于固-液反应、气-液反应、气-固-液多相反应等多种类型的化学反应，且十分有利于有气体参加的反应，或有固体参加或生成固体的反应，适应性强，结构简便，性价比高，且富含中华传统文化底蕴，适于在工业上推广普及。

为此，在本实用新型的一方面，提出了一种微反应通道系统，根据本实用新型的一个实施例，该系统包括：底板，所述底板上设置有微反应通道；所述微反应通道进一步包括：

至少一个物料入口，所述物料入口处于位置相对的第一直线反应壁和第二直线反应壁之间；

位置相对的至少两个曲线反应壁，所述第一曲线反应壁的一端与所述第一直线反应壁相连，所述第二曲线反应壁的一端与所述第二直线反应壁相连；

位置相对称的至少两个腔室，所述第一腔室由所述第一曲线反应壁限定得到，所述第二腔室由所述第二曲线反应壁限定得到；所述第一腔室与所述第二腔室相连通，并且所述连通的两个腔室中部设置有曲线形状的阻隔部件，所述阻隔部件的两端部位横截面为S形状，中间部位横截面为直线形状；所述阻隔部件两端部位与所述两个曲线反应壁不接触；

至少一个物料出口，所述物料出口处于位置相对的第三直线反应壁和第四直线反应壁之间，所述第一曲线反应壁的另一端与所述第三直线反应壁相连，所述第二曲线反应壁的另一端与所述第四直线反应壁相连。

由此，利用该微反应通道系统，可以使流体先被分隔，再被合并，流向多次发生改变，产生高效率的混合反应，使得多相化学反应过程被强化，从而实现极高的传质和传热效率。发明人综合采用多种混合原理，集成多种混合手段，使本实用新型的微反应通道系统的腔室容积更大，适应各种混合流体，从而实现更优的传质传热效果与产品适应性。

另外，根据本实用新型上述实施例的微反应通道系统还可以具有如下附加的技术特征：

在本实用新型中，所述阻隔部件将所述第一腔室和所述第二腔室空间分隔成太极形状。由此使微反应通道系统圆滑无死容积，腔室内具有更好的混合空间，该系统结构简洁，保证了产品具有更高的性价比，另一方面通过赋予本实用新型的产品更为深厚的中华文化底蕴，有利于国产化品牌的推广。发明人意外发现本实用新型的阻隔部件可以使微反应通道系统适用于有固体参加或有固体生产的反应或者是有气体参加的反应，并且阻隔部件可以使微反应通道系统具有高传质传热效率。

在本实用新型中，所述阻隔部件的宽度为1-4毫米，优选为1.5-3毫米，最优选为2毫米。由此保证腔室容积更大，适合固-液，气-液及气-固-液等多相反应。

在本实用新型中，所述阻隔部件的高度为0.1-5毫米，优选为1-3毫米，最优选为1.5-2毫米。

在本实用新型中，第一直线反应壁和第二直线反应壁之间，以及第三直线反应壁和第四直线反应壁之间共同形成第一槽道；所述第一腔室与所述第二腔室沿中心轴线对称设置，通过连接第一槽道相对称连接成为一个腔室组合。

在本实用新型中，所述第一槽道被所述阻隔部件分为上部、中部、下部三个部分。

在本实用新型中，所述第一槽道的宽度为1-8毫米，优选为2-5毫米，最优选为3-4毫米。

在本实用新型中，所述腔室组合为两个以上，所述腔室组合之间以第二槽道相连接。

在本实用新型中，所述相邻的腔室组合之间，在上下方向以及左右方向相邻的腔室最窄位置的宽度为0.5-5毫米，优选为1-3毫米，最优选为2毫米。从而降低不同腔室间的热串扰，使本实用新型的系统更加适用于热敏反应。

在本实用新型中，所述第二槽道的宽度为1-7毫米，优选为1.5-5毫米，最优选为2-3毫米。进一步的，第二槽道的宽度窄于第一槽道，由此可以在第二槽道部位形成喷射区域。

在本实用新型中，选择多个腔室组合形成微反应通道系统。系统可以通过迂回的方式进行精密布局。由此进一步节约微反应通道系统的外部整体体积。

在本实用新型中，所述第一曲线反应壁的一端通过第一喷射通道与第一直线反应壁相连，所述第二曲线反应壁的一端通过第二喷射通道与第二直线反应壁相连。由此，流体从物料入口进入第一槽道上部后，被分成两部分。其中一部分流体在经由第一喷射通道进入第一腔室时，形成第一喷射区域，产生射流混合，流体在经过第一喷射通道的流向，相对于在第一槽道上部里面的流向，改变约90度；另一部分流体在经由第二喷射通道进入第二腔室时，形成第二喷射区域，产生射流混合，流体在经过第二喷射通道的流向，相对于在第一槽道上部里面的流向，改变约90度。

在本实用新型中，所述第一喷射通道和第二喷射通道的宽度为0.1-5毫米，优选为1-3毫米，最优选为1.5-2毫米。由此传质效率更好。

在本实用新型中，所述阻隔部件的一端与所述第一曲线反应壁相间隔形成第三喷射通道，所述阻隔部件的另一端与所述第二曲线反应壁相间隔形成第四喷射通道。由此，一部分流体通过第三喷射通道后，形成第三喷射区域，产生射流混合，流体在经过第三喷射通道的流向，相对于在第一喷射通道当中的流向，改变大于90度，小于150度。同样的，另一部分流体通过第四喷射通道后，形成第四喷射区域，产生射流混合，流体在经过第四喷射通道的流向，相对于在第二喷射通道当中的流向，改变大于90度，小于150度。

在本实用新型中，所述第三喷射通道和所述第四喷射通道的宽度为0.1-5毫米，优选为1-3毫米，最优选为1.5-2毫米。由此传质效率更好。

在本实用新型中，所述第一曲线反应壁的另一端通过第五喷射通道与第三直线反应壁相连，所述第二曲线反应壁的另一端通过第六喷射通道与第四直线反应壁相连。由此，一部分流体从第一腔室经由第五喷射通道进入第一槽道中部，而另一部分流体从第二腔室经由第六喷射通道进入第一槽道中部，由此产生相对向撞击，形成撞击区域，产生撞击混合，流体在经过第五喷射通道的流向，相对于在第一喷射通道当中的流向，改变大约180度。同理的，流体在经过第六喷射通道的流向，相对于在第二喷射通道当中的流向，改变大约180度。

在本实用新型中，所述第五喷射通道和第六喷射通道的宽度为0.1-5毫米，优选为1-3毫米，最优选为1.5-2毫米。

在本实用新型中，所述第一喷射通道与所述第二喷射通道相连接，且角度与第一槽道相垂直，宽度均小于第一槽道。

在本实用新型中，所述第五喷射通道与所述第六喷射通道相连接，且角度与第一槽道相垂直，宽度均小于第一槽道。

在本实用新型中，所述第一腔室和所述第二腔室内设置有至少一个扰流部件。从而增加混合效果，增加流体驻留时间，增强腔室的耐压能力。在物料输入流量相同的前提下，因腔室里有环流效应，加上扰流部件的作用，相应延长了流体“路径”，流体流经每块腔室组合的微反应通道系统的时间从2秒到400秒不等，可根据工艺需要调整。也可以通过增减扰流部件的数目和形式，改变腔室容积，调整驻留时间。另一方面，基于扰流部件会将微反应通道分为多个子通道，流体被多次分散与汇合，可以帮助流体之间形成好的乳化分散效果。由此本实用新型产品也可用作微混合器使用。

在本实用新型中，所述扰流部件为圆形或不规则形状。

在本实用新型中，第一直线反应壁、第二直线反应壁、第三直线反应壁、第四直线反应壁、第一曲线反应壁及第二曲线反应壁的高度为0.1-5毫米，优选为1-3毫米，最优选为1.5-2毫米。

在本实用新型中，所述微反应通道系统的材质为选自玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷、碳化硅、不锈钢、钛合金、哈氏合金、碳纤维、石墨、石墨复合物、聚四氟乙烯(PTFE)、聚四氟乙烯复合物和聚醚醚酮(PEEK)树脂中的至少一种。

在本实用新型中，所述微反应通道系统可用作微流体装置的构成部件。进一步的，所述微流体装置由一个或多个平面状的反应层和换热层构成，而本实用新型的微反应通道系统位于平面状的反应层当中。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1显示了本实用新型一个实施例的微反应通道系统中的微反应通道结构示意图；

图2显示了本实用新型一个实施例的由两个腔室组合相连所形成的微反应通道系统的立体示意图；

图3显示了本实用新型一个实施例的由多个腔室组合相连所形成的微反应通道系统的结构示意图；

图4显示了本实用新型一个实施例的流体在微反应通道系统中经过第一和第二喷射通道的射流混合示意图；

图5显示了本实用新型一个实施例的流体在微反应通道系统中经过第三和第四喷射通道的射流混合示意图；

图6显示了本实用新型一个实施例的流体在微反应通道系统中经过第五和第六喷射通道的撞击混合示意图；

图7显示了本实用新型一个实施例的流体从第一槽道进入第二槽道时的喷射示意图；

图8显示了本实用新型一个实施例的流体在增加了扰流部件的微反应通道系统中的环流混合示意图；

图9显示了本实用新型其它一些实施例的流体在增加了不同扰流部件的微

反应通道系

统示意图；

图10显示了本实用新型的一个实施例的具椭圆形腔室的微反应通道的结构示意图；

图11显示了本实用新型的一个实施例的含有微反应通道系统的微反应装置的总体层状结构示意图；

图12显示了本实用新型的一个实施例的具单一太极形状腔室的微反应通道的结构示意图；

图13显示了本实用新型其它一些实施例的具太极形状腔室的微反应通道的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图对本实用新型的微反应通道系统进行详细描述。

根据本实用新型的一个实施例，微反应通道系统10000主要包括：底板1000，微反应通道2000，其中微反应通道2000设置在底板1000上，且进一步包括物料入口100、第一曲线反应壁200、第二曲线反应壁300、第一腔室400、第二腔室500和物料出口600。

物料入口100处于位置相对的第一直线反应壁110和第二直线反应壁120之间。第一曲线反应壁200的一端与第一直线反应壁110相连，第二曲线反应壁300的一端与第二直线反应壁120相连。第一腔室400和第二腔室500位置相对称，第一腔室400由第一曲线反应壁200限定得到，第二腔室500由第二曲线反应壁300限定得到；第一腔室400与第二腔室500相连通，并且所述连通的两个腔室中部设置有曲线形状的阻隔部件700，阻隔部件700的两端部位横截面为S形状，中间部位横截面为直线形状；阻隔部件700两端部位与两个曲线反应壁不接触。物料出口600处于位置相对的第三直线反应壁610和第四直线反应壁620之间，第一曲线反应壁200的另一端与第三直线反应壁610相连，第二曲线反应壁300的另一端与第四直线反应壁620相连。

由此，利用微反应通道系统10000，可以使流体先被分隔，再被合并，流向多次发生改变，产生高效率的混合反应，使得多相化学反应过程被强化，从而实现极高的传质和传热效率。

根据本实用新型的具体实施例，阻隔部件700将第一腔室400和第二腔室500空间分隔成太极形状。由此使微反应通道系统10000圆滑无死容积，腔室内具有更好的混合空间，该系统结构简洁，保证了产品具有更高的性价比，另一方面通过赋予本实用新型的产品更为深厚的中华文化底蕴，有利于国产化品牌的推广。发明人意外发现本实用新型的阻隔部件700可以使微反应通道系统10000适用于有固体参加或有固体生产的反应或者是有气体参加的反应，并且阻隔部件700可以使微反应通道系统10000具有高传质传热效率。

根据本实用新型的一个实施例，阻隔部件700的宽度为1-4毫米，优选为1.5-3毫米，最优选为2毫米。由此保证腔室容积更大，适合固-液，气-液及气-固-液多相反应。

根据本实用新型的一个实施例，阻隔部件700的高度为0.1-5毫米，优选为1-3毫米，最优选为1.5-2毫米。

根据本实用新型的具体实施例，第一直线反应壁110和第二直线反应壁120之间，以及第三直线反应壁610和第四直线反应壁620之间共同形成第一槽道800；第一腔室400与第二腔室500沿中心轴线设置，通过连接第一槽道800相对称连接成为一个腔室组合。

根据本实用新型的一个实施例，第一槽道800被阻隔部件700分为上部、中部、下部三个部分。

根据本实用新型的一个实施例，第一槽道800的宽度为1-8毫米，优选为2-5毫米，最优选为3-4毫米。

根据本实用新型的一个实施例，腔室组合为两个以上，腔室组合之间以第二槽道900相连接。

根据本实用新型的一个实施例，相邻的腔室组合之间，在上下方向及左右方向相邻的腔室最窄位置的宽度为0.5-5毫米，优选为1-3毫米，最优选为2毫米。从而降低不同腔室间的热串扰，使本实用新型的系统更加适用于热敏反应。

根据本实用新型的一个实施例，第二槽道900的宽度为1-7毫米，优选为1.5-5毫米，最优选为2-3毫米。

根据本实用新型的一个实施例，选择多个腔室组合形成微反应通道系统。系统可以通过迂回的方式进行精密布局。由此进一步节约微反应通道系统的外部整体体积。

根据本实用新型的具体实施例(附图3所示)，多腔室组合的微反应通道系统中，A、B均为物料入口，适于投入不同物料，或者选定至少一个入口通入气体物料，另一种为其它物料；C为物料出口。也可以根据需要增加物料进出口。

根据本实用新型的一个实施例，第一曲线反应壁200的一端通过第一喷射通道210与第一直线反应壁110相连，第二曲线反应壁300的一端通过第二喷射通道310与第二直线反应壁120相连。由此，流体从物料入口100进入第一槽道800上部后，被分成两部分：其中一部分流体在经由第一喷射通道210进入第一腔室400时，形成第一喷射区域211，产生射流混合，流体在经过第一喷射通道210的流向，相对于在第一槽道800上部里面的流向，改变约90度；另一部分流体在经由第二喷射通道310进入第二腔室500时，形成第二喷射区域311，产生射流混合，流体在经过第二喷射通道310的流向，相对于在第一槽道800上部里面的流向，改变约90度。

根据本实用新型的一个实施例，第一喷射通道210和第二喷射通道310的宽度为0.1-5毫米，优选为1-3毫米，最优选为1.5-2毫米；由此传质效率更好。

根据本实用新型的一个实施例，阻隔部件700的一端与第一曲线反应壁200相间隔形成第三喷射通道220，阻隔部件700的另一端与第二曲线反应壁300相间隔形成第四喷射通道320。由此，一部分流体通过第三喷射通道220后，形成第三喷射区域221，产生射流混合，流体在经过第三喷射通道220的流向，相对于在第一喷射通道210当中的流向，改变大于90度，小于150度。同样的，另一部分流体通过第四喷射通道320后，形成第四喷射区域321，产生射流混合，流体在经过第四喷射通道320的流向，相对于在第二喷射通道310当中的流向，改变大于90度，小于150度。

根据本实用新型的一个实施例，第三喷射通道220和第四喷射通道320的宽度为0.1-5毫米，优选为1-3毫米，最优选为1.5-2毫米。由此传质效率更好。

根据本实用新型的一个实施例，第一曲线反应壁200的另一端通过第五喷射通道230与第三直线反应壁610相连，第二曲线反应壁300的另一端通过第六喷射通道330与第四直线反应壁620相连。由此，一部分流体从第一腔室200经由第五喷射通道230进入第一槽道800中部，而另一部分流体从第二腔室500经由第六喷射通道330进入第一槽道800中部，由此产生相对向撞击，形成撞击区域231，产生撞击混合，流体在经过第五喷射通道230的流向，相对于在第一喷射通道210当中的流向，改变大约180度。同理的，流体在经过第六喷射通道330的流向，相对于在第二喷射通道310当中的流向，改变大约180度。

根据本实用新型的一个实施例，第五喷射通道和第六喷射通道的宽度为0.1-5毫米，优选为1-3毫米，最优选为1.5-2毫米。

根据本实用新型的具体实施例，第一喷射通道210与所述第二喷射通道310相连通，且角度与第一槽道800相垂直，宽度均小于第一槽道800。

根据本实用新型的具体实施例，第五喷射通道230与第六喷射通道330相连通，且角度与第一槽道800相垂直，宽度均小于第一槽道800。

根据本实用新型的一个实施例，当腔室组合为两个以上时，流体从第一槽道800进入第二槽道900时，当第二槽道900的宽度窄于第一槽道800的宽度时，在此区域形成第五喷射区域910，如附图7所示。

根据本实用新型的一个实施例，第二腔室400和第二腔室500内设置有至少一个扰流

部件710。从而增加混合效果，增加流体驻留时间，增强腔室的耐压能力。根据本实用新型的一个实施例，扰流部件710为圆形或其它不规则形状。

根据本实用新型的具体实施例，在物料输入流量相同的前提下，因腔室里有环流效应(如附图8所示)，加上扰流部件710的作用，相应延长了流体“路径”，流体流经每块腔室组合的微反应通道系统的时间从2秒到400秒不等，可根据工艺需要调整。也可以通过增减扰流部件710的数目和形式，改变腔室容积，调整驻留时间。

发明人发现，本实用新型的微反应通道系统中促进传质的结构环环相扣多次重复，而且整个微反应通道圆滑无死容积，腔室容积可调整，流体物料驻留时间可调整，这些特征的综合叠加，有利于多相反应，特别是十分有利于固-液和气-液二相及气-固-液三相反应。

根据本实用新型的具体实施例，基于扰流部件会将微反应通道分为多个子通道，流体被多次分散与汇合，可以帮助流体之间形成好的乳化分散效果。由此本实用新型产品也可用作微混合器使用。

根据本实用新型的一个实施例，扰流部件710在微反应通道2000中有多种不同的布局形式，如附图9所示。根据本实用新型的具体实施例，同一腔室内可同时存在不同尺寸的扰流部件，由此对流体形成不同的扰流效果。

根据本实用新型的具体实施例，9A为不设置扰流部件710的情形，其具有较大敞开区域或跨度，这样的结构有利于增加腔室的容积。

根据本实用新型的具体实施例，9C中的腔室扰流部件710由圆形变成类似三角形状结构，其圆弧形的角可避免容易引起固体堵塞的死容积的行成。由此更加有利于处理含固体或产生固体沉淀的反应。

根据本实用新型的具体实施例，9D中的扰流部件710为三个，形成三个节段，这样的结构将流体通道分成围绕扰流部件710的多个子通道，小尺寸的子通道可帮助流体之间形成好的乳化效果。

根据本实用新型的具体实施例，9E和9G的腔室中包含三个或多个圆柱状扰流部件710，由此进一步增强腔室的耐压能力。

根据本实用新型的具体实施例，9H和9I中，扰流部件710是不对称的，小的扰流柱711在相继的腔室组合中交替侧偏置，定位于由扰流柱712或扰流壁713形成的两个子通道中较大的那个中，这样的结构起到增强的扰流效果。

根据本实用新型的一个实施例，第一直线反应壁110、第二直线反应壁120、第三直线反应壁610、第四直线反应壁620、第一曲线反应壁200及第二曲线反应壁300的高度为0.1-5毫米，优选为1-3毫米，最优选为1.5-2毫米。

根据本实用新型的一个实施例，微反应通道2000的第一腔室和第二腔室可以为椭圆形，如附图10所示。

根据本实用新型的一个实施例，微反应通道系统10000的材质为选自玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷、碳化硅、不锈钢、钛合金、哈氏合金、碳纤维、石墨、石墨复合物、聚四氟乙烯(PTFE)、聚四氟乙烯复合物和聚醚醚酮(PEEK)树脂中的至少一种。

根据本实用新型的一个实施例，微反应通道系统10000可用作微流体装置的构成部件。进一步的，所述微流体装置由一个或多个平面状的反应层(用R表示)和换热层(用H表示)构成，而本实用新型的微反应通道系统位于平面状的反应层当中，如附图11所示。

发明人根据本实用新型的具体实施例，将微反应通道进一步设计为以单一腔室自有的中心轴对称设计的限定出类似太极形状腔室的样式(如附图12所示)，进一步的，根据扰流部件的不同布局，可产生多种变化方案(如附图13所示)，也应落入本实用新型的保护范围。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。