三维超重力微反应集成塔的制作方法

本发明涉及一种三维超重力微反应集成塔，应用于化工、制药、生物、轻工等领域，属于超重力技术领域。

背景技术：

超重力技术开发研究始于20世纪70年代末，经过大量研究者研究发现超重力环境下流体间的表面张力在高速旋转的填料对流体的剪切力的作用下显得微不足道，原本在微重力场中凝聚在一起的液体迅速被分离，使液体在填料区的存在方式呈现为液滴状、液膜状及液丝状，从而相间接触面积迅速增加，相界面更新速度很快，相间相对运动速度也迅速增加，因此超重力技术自发明以来被应用于化工、制药、生物、轻工等领域，然而存在如下缺点：（1）存在端效应，随着转子半径的增加，传质或反应效率并没有线性增加；（2）随着转子半径的增大，转子外周存在着大量干区，流体在转子外周的相间接触及混合效果不佳；（3）很难大批量生产或大尺寸放大。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种混合效果好，效率高，可实现处理量的低成本快速放大的三维超重力微反应集成塔。

本发明采用以下方案实现：一种三维超重力微反应集成塔，包括一壳体，所述壳体中部设一可绕轴旋转的塔体，所述塔体内布设有用以反应物混合反应的微反应器以及为微反应器提供反应物的料液通道。

进一步的，所述塔体包括位于中心的塔体内层和位于塔体内层外侧的塔体外层；所述微反应器分布在塔体外层上，塔体内层的上端或下端设置有至少一个反应物进口，所述塔体内层上设置有至少一组料液通道，每组料液通道连通至少一个反应物进口；料液通道的出口与微反应器的入口相连通。

进一步的，所述塔体外层沿轴向或周向或同时沿轴向和周向阵列微反应器，所述塔体内层由多组料液通道沿轴向交替阵列而成，一组料液通道流通一种反应物，所述料液通道进口设置在塔体上端或下端，所述料液通道出口与塔体外层的微反应器入口相连通。

进一步的，每组料液通道包括位于塔体内层端部的主流通道、沿轴向层级分布的分布通道和定位通道，每组料液通道的主流通道与对应的反应物进口相连通，并且主流通道经定位通道与同组的各个分布通道串联连通，所述分布通道与微反应器的入口相连通，不同组的分布通道沿轴向交替排列。

进一步的，微反应器沿轴向设置为层状分布，每层的微反应器沿周向设置为轴对称分布，每个微反应器设置有至少一个入口和一个出口，同层的微反应器上通入相同反应物的入口与同一个分布通道连通。

进一步的，所述的塔体内层设置为转轴，转轴两端伸出壳体，塔体外层固套在转轴上。

进一步的，所述塔体由圆柱形塔节分块组装而成，每个圆柱形塔节高度为0.01m~1m。

进一步的，所述塔体采用3d打印技术、板印刷术、化学刻蚀技术、光刻电铸注塑技术、钻石切削技术、线切割技术、激光加工技术和离子束加工技术中的任一种技术加工而成。

进一步的，塔体的材质为高分子轻质材料。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）该利用超重力场和微反应器的协同作用强化传质传热及反应过程，克服传统超重力设备的端效应，随着塔半径的增大，流体的混合效果不会下降，反而更好；

（2）通过塔体转速、通道的角度以及微反应器的位置和角度来精确控制反应物在塔内的流向和速度；

（3）实现多个反应过程在一个塔内的集成；

（4）塔体内层的出液通道设计成层状定向结构，物流可以精准并定向到达塔体外层的指定位置；

（5）通过模块叠加调节塔高，从而可方便地调整微反应群和通道群的数量，从而实现处理量的低成本快速放大；

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明实施例构造示意图；

图2是本发明实施例1中微反应器示例图；

图3是本发明实施例1中塔体内层构造示例图；

图4是本发明实施例2中塔体内层构造示例图；

图5是本发明实施例2中微反应器示例图；

图中标号说明：1-壳体、2-塔体内层、3-塔体外层、4-反应物进口、5-主通道、6-定位通道、7-分布通道、8-料液出口、9-密封环。

具体实施方式

实施例1：如图1~3所示，一种三维超重力微反应集成塔，包括一壳体1，所述壳体1中部设有可绕轴旋转的塔体，所述塔体内布设有用以反应物混合反应的微反应器以及为微反应器提供反应物的料液通道；微反应器可以根据需要设置成不同结构或形状，反应物在微反应器内混合反应，同时由于塔体所构建的微反应器所处的径向位置越大，则所受的离心力越大，因此随着塔半径的增大，流体的混合效果不会下降，反而更好，反应效率高。

在本实施例中，所述塔体包括位于中心的塔体内层2和位于塔体内层2外侧的塔体外层3；所述微反应器分布在塔体外层3上，塔体内层3的上端或下端设置有至少一个反应物进口4，所述塔体内层2上设置有至少一组料液通道，每组料液通道连通一个反应物进口4，微反应器的入口位于塔体外层3内侧壁，微反应器的出口位于塔体外层3外侧壁；料液通道的出口与微反应器的入口相连通。

在本实施例中，所述塔体外层沿轴向或周向或同时沿轴向和周向阵列微反应器，所述塔体内层由多组料液通道沿轴向交替阵列而成，一组料液通道流通一种反应物，所述料液通道进口设置在塔体上端或下端，所述料液通道出口与塔体外层的微反应器入口相连通。

在本实施例中，每组料液通道包括位于塔体内层端部的主流通道5、沿轴向层级分布的分布通道7和定位通道6，每组料液通道的主流通道5与对应的反应物进口4相连通，并且主流通道5经定位通道6与同组的各个分布通道7串联连通，定位通道6与塔体内层2的轴心线平行，所述分布通道7与微反应器的入口相连通，不同组的分布通道沿轴向交替排列。

在本实施例中，微反应器沿轴向设置为层状分布，每层的微反应器沿周向对称分布，每个微反应器设置有至少一个入口，同层的微反应器上通入相同反应物的入口与同一个分布通道连通，同层的微反应器上通入不同反应物的入口在轴向位置错开，以利与不同层的分布通道连通；通过分布通道向微反应器输送所需的反应物，并且反应物可以精准并定向到达塔体外层的指定位置。

在本实施例中，所述壳体1底部设置有料液出口8。

在本实施例中，所述的塔体内层设置为转轴，转轴两端伸出壳体，，塔体内层通过驱动装置驱动旋转，塔体外层随塔体内层同步转动，塔体内层2两端部套设有与壳体两端密封配合的密封环9。

在本实施例中，所述塔体由圆柱形塔节分块组装而成，每个圆柱形塔节高度为0.01m~1m；分块式结构可实现塔体模块化，通过调整塔高可方便地调整通道群和微反应器群的数量，从而实现处理量的低成本快速放大，通过塔体转速、通道的角度以及微反应器的位置和角度来精确控制物流在塔内的流向和速度。

在本实施例中，所述塔体采用3d打印技术、板印刷术、化学刻蚀技术、光刻电铸注塑技术、钻石切削技术、线切割技术、激光加工技术和离子束加工技术中的任一种技术加工而成。

在本实施例中，塔体的材质可以是金属材料，也可以是非金属材料，可以根据不同物系及工况采用不同材料，优选高分子轻质材料。

在本实施例中，塔体内层两端各一个反应物进口4，两个反应物进口分别通入反应物a和反应物b，每个微反应器具有两个入口，并且微反应器为y型结构，在离心力的作用下，反应物以一定的流向及流速向塔外周运动，并在塔体外层的微反应器内完成反应，反应物c进入壳体，收集后从料液出口离开。

实施例2：如图4~5所示，在本实施例中，塔体内层上端具有两个反应物进口，塔体内层下端具有一个反应物进口，三个反应物进口分别通入反应物a、反应物b和反应物c，塔体外层上的微反应器则具有三个入口，反应物a和反应物b在微反应器内先混合反应，得到的反应物d再和反应物c混合反应产生反应物e进入壳体，收集后从料液出口离开。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。