一种高通量反应器及系统的制作方法

本发明涉及高通量平行反应实验，具体涉及一种高通量反应器及系统。

背景技术：

1、随着工业4.0时代的到来，智能高通量检测技术的发展方兴未艾。催化作为化学工业的基石，具有举足轻重的地位，业界始终进行着新型催化剂的研发，以便更好的满足工业应用需求。催化剂研发通常试验量大、周期长、影响因素多，常规单通道反应器已无法满足催化剂快速筛选的要求。为了提高研发效率，研究人员将高通量检测技术引入催化反应评价中，将多个单通道反应器平行放置，从而同时进行多个催化反应的平行测试。此外，出于研发效率、试验安全、降低成本和节省空间等因素考虑，利用少许试剂及样品在较小反应器中进行小规模实验，这种小型化/微型化的实验对所使用的反应器系统有着特殊的要求。

2、目前国内外的反应器系统大多仍采用传统的单管反应器平行放置的方式，样品装卸复杂繁琐。其温度通常采用加热炉、油浴、沙浴等外部加热方式来控制，升/降温速率较慢，各通道达到稳定所需的时间较长，温度偏差较大。传统反应器仍通过单个或多个质量流量控制器来控制对应单个反应通道的流量，并在每个反应通道出口各配置一个对应的背压阀。而这种传统的流量与压力控制方式所需的质量、流量控制器和背压阀数量较多，使得设备空间与成本都大幅增加。为了更好地对比在不同反应通道所执行的实验结果，需要开发全新的技术手段来精确控制高通量平行反应系统的空速、温度及压力等工艺条件。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种实现对反应温度精确控制、流体均匀分配的集成式高通量反应器及系统。

2、为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

3、提供一种高通量反应器，其包括：

4、反应器主体，其设有温控通道，温控通道四周设有若干反应通道，每个反应通道内均设有催化剂衬管；反应器主体的侧面开设有第一流体入口，反应器主体的上端开设有第二流体入口，第二流体入口上设置有第五密封圈；

5、流体分流板，其底面开设有第三流体入口；流体分流板的上端开设有用于安装微流体芯片的腔体，腔体外围设有密封圈槽位；腔体内开设有第四流体入口及对应的密封圈槽位；第四流体入口四周设有若干流体出口及对应的密封圈槽位，流体出口贯穿流体分流板并与对应的反应通道上端连通；

6、反应器封盖，通过与腔体外围的密封圈的紧密结合来对腔体进行密封。

7、进一步地，反应器主体内部开设有将第一流体入口和第二流体入口贯通的流体通道；流体分流板内部开设有将第三流体入口和第四流体入口贯通的流体通道；第二流体入口与第三流体入口的位置对应；

8、进一步地，微流体芯片包括：

9、芯片主板，其中心设有芯片进口，芯片进口四周开设有若干芯片出口；芯片进口与芯片出口之间通过流体限制通道连接，流体限制通道刻蚀在芯片主板中；芯片进口与第四流体入口对应，芯片出口与流体出口对应；

10、芯片副板，其中心与芯片主板中心同轴。

11、进一步地，流体限制通道包括第一限制通道、第二限制通道和第三限制通道的至少一种；

12、第一限制通道，其设有若干交替的宽通道和窄通道，通过将反应流体不断的拆分与汇合，使得从芯片进口进入的两种及两种以上反应流体充分混合；

13、第二限制通道，其为直通通道、混合通道和单向通道中的一种或若干种通道的组合；

14、第三限制通道，其均匀设有若干回旋腔，回旋腔包括两个首尾相连的漏斗状结构，回旋腔的单向流通功能可防止流体回流。

15、进一步地，反应器封盖上开设有第一螺栓沉孔和第二螺栓沉孔，第一螺栓沉孔和第二螺栓沉孔均匀交叉分布在反应器封盖的边沿，且第一螺栓沉孔和第二螺栓沉孔均贯穿反应器封盖；

16、流体分流板上开设有第一螺纹孔和螺栓通孔，第一螺纹孔未贯穿流体分流板，螺栓通孔贯穿流体分流板；第一螺纹孔与第一螺栓沉孔位置对应，螺栓通孔与第二螺栓沉孔位置对应；

17、反应器主体的上端开设有第二螺纹孔，第二螺纹孔与螺栓通孔位置对应；

18、利用螺栓经过第二螺栓沉孔、螺栓通孔和第二螺纹孔将反应器封盖、安装有微流体芯片的流体分流板和反应器主体集成为高通量反应器。

19、进一步地，腔体的外围设有第一密封圈，利用第一密封圈对安装微流体芯片的腔体进行密封；反应通道的上端设有第二密封圈，安装于反应通道内的催化剂衬管与流体出口连通并通过第二密封圈密封；第四流体入口外围设有第三密封圈，第四流体入口与芯片进口连通并通过第三密封圈密封；流体出口外围设有第四密封圈，流体出口与对应的芯片出口连通并通过第四密封圈密封。

20、进一步地，腔体的深度不低于微流体芯片的厚度，腔体的形状与微流体芯片的形状适配。

21、进一步地，反应器封盖的中心可设有漏气检测孔，漏气检测孔通过检测通道连接检测系统。

22、提供一种高通量反应系统，其包括至少一个上述高通量反应器，还包括：

23、反应流体源，用以提供反应流体；

24、平衡流体源，用以提供平衡流体；

25、压力控制器，其通过平衡共用通道与平衡流体源连接，压力控制器通过第二流体通道与高通量反应器出口连接；

26、切换阀，从压力控制器流出的反应流体，经由第三流体通道进入切换阀；切换阀将反应流体切换进入收集装置或分析系统。

27、本发明的有益效果为：本发明相比于装卸繁琐、单管单用的传统单反应器，本发明的技术方案采用模块化设计，将具有多个平行通道的反应器通过密封圈和法兰固定的方式集成到一个模块中；采用内衬管的形式将催化剂填装至反应器主体内，使得催化剂的装卸更为便捷，仅需取出相应催化剂衬管即可完成多个反应通道的拆卸；采用内外相结合的温控模式，使得反应通道内部温度一致。

28、本发明利用微流体芯片实现对流体的均匀分配，采用内外相结合的温控模式实现对反应温度的精准控制，单个压力控制器就可实现对多路反应通道压力的同时控制，这些全新的技术手段将利于精准控制高通量平行反应系统的空速、温度及压力等工艺条件。

技术特征：

1.一种高通量反应器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的高通量反应器，其特征在于，所述反应器主体内部开设有将第一流体入口和第二流体入口贯通的流体通道；所述流体分流板内部开设有将第三流体入口和第四流体入口贯通的流体通道；所述第二流体入口与第三流体入口的位置对应。

3.根据权利要求1所述的高通量反应器，其特征在于，所述微流体芯片包括：

4.根据权利要求3所述的高通量反应器，其特征在于，所述流体限制通道包括第一限制通道、第二限制通道和第三限制通道的至少一种；

5.根据权利要求1所述的高通量反应器，其特征在于，所述反应器封盖上开设有第一螺栓沉孔和第二螺栓沉孔，所述第一螺栓沉孔和第二螺栓沉孔均匀交叉分布在反应器封盖的边沿，且第一螺栓沉孔和第二螺栓沉孔均贯穿反应器封盖；

6.根据权利要求1所述的高通量反应器，其特征在于，所述腔体的外围设有第一密封圈，利用第一密封圈对安装微流体芯片的腔体进行密封；所述反应通道的上端设有第二密封圈，安装于反应通道内的催化剂衬管与流体出口连通并通过第二密封圈密封；所述第四流体入口外围设有第三密封圈，第四流体入口与芯片进口连通并通过第三密封圈密封；所述流体出口外围设有第四密封圈，流体出口与对应的芯片出口连通并通过第四密封圈密封。

7.根据权利要求1所述的高通量反应器，其特征在于，所述腔体的深度不低于微流体芯片的厚度，所述腔体的形状与微流体芯片的形状适配。

8.根据权利要求1所述的高通量反应器，其特征在于，所述反应器封盖的中心可设有漏气检测孔，所述漏气检测孔通过检测通道连接检测系统。

9.一种高通量反应系统，其特征在于，包括至少一个权利要求1-8所述的高通量反应器，还包括：

技术总结
本发明公开了一种高通量反应器，其包括反应器主体、流体分流板和反应器封盖。其中，反应器主体设有温控通道，温控通道四周设有若干反应通道，每个反应通道内均设有可快速拆卸的催化剂衬管；流体分流板内设有可安装微流体芯片的腔体，微流体芯片包括一个芯片进口和若干芯片出口及其之间的流体限制通道，微流体芯片用于流体的均匀分配。本发明将反应器主体、安装有微流体芯片的流体分流板和反应器封盖集成为一个高通量反应器，并应用于高通量反应器系统中，对于空速、温度及压力等工艺条件的控制更为精准，并使得催化剂的装卸更为便捷。

技术研发人员：雷军虎
受保护的技术使用者：汉德精工（厦门）科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12