本發(fā)明涉及反應(yīng)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種應(yīng)用在化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域使用的微反應(yīng)器，使反應(yīng)介質(zhì)可在微反應(yīng)器的反應(yīng)通道內(nèi)充分混合并進(jìn)行物理反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)。

背景技術(shù)：

微反應(yīng)器，是利用精密加工技術(shù)制造的特征尺寸在10到3000μm之間的微型反應(yīng)器。反應(yīng)介質(zhì)可以是氣體的、液體的或者彌散物，用于反應(yīng)物在該通道內(nèi)進(jìn)行物理反應(yīng)，如混合、彌散、乳化、懸浮等；或者化學(xué)反應(yīng)，如氧化、還原、取代、消除、加成、配體交換、及離子交換，或者更具體的說(shuō)聚合、烷基化、脫烷基化、硝化、過(guò)氧化、磺化氧化、環(huán)氧化、氨氧化、氫化、脫氫、有機(jī)金屬反應(yīng)、貴金屬反應(yīng)/均相催化劑反應(yīng)、羰基化、硫羰基化、烷氧基化、鹵化、脫鹵化氫、脫鹵化、加氫甲酰化、羧化、脫羧、胺化、芳基化、肽偶聯(lián)、醇醛縮合、環(huán)化縮合、脫氫環(huán)化、酯化、酰胺化、雜環(huán)合成、脫水、醇解、水解、氨解、醚化、酶合成、酮化、皂化、異構(gòu)化、季胺化、甲酰化、相轉(zhuǎn)移反應(yīng)、甲硅烷化、腈合成、磷酸化、臭氧分解、疊氮化學(xué)反應(yīng)、復(fù)分解、氫化硅烷化、偶聯(lián)反應(yīng)或酶反應(yīng)等。

微反應(yīng)器的“微”不是特指微反應(yīng)器設(shè)備的外形尺寸大小；也不是指微反應(yīng)器設(shè)備產(chǎn)品的產(chǎn)量小；而是表示工藝流體的通道在微米級(jí)別；微反應(yīng)器中可以包含有成百萬(wàn)上千萬(wàn)的微型通道，因此也能實(shí)現(xiàn)很高的產(chǎn)量。

微反應(yīng)器比常規(guī)的通道式反應(yīng)器的尺寸要小得多，但微反應(yīng)器從本質(zhì)上來(lái)講仍是一種連續(xù)流動(dòng)的通道式反應(yīng)器。微反應(yīng)系統(tǒng)通常包括換熱、混合、分離、分析和控制等高度集成單元。因具備大比表面積、微小反應(yīng)體積和獨(dú)特的層流傳質(zhì)等特性，決定其擁有常規(guī)反應(yīng)器所不可比擬的優(yōu)良傳熱、傳質(zhì)和混合性能。良好的傳質(zhì)性能保證了物料的快速混合，傳熱效率的提高使得反應(yīng)能在等溫條件下快速反應(yīng)。

微反應(yīng)器相比于傳統(tǒng)釜式反應(yīng)器優(yōu)勢(shì)：

1.高的熱傳導(dǎo)系數(shù)，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)條件精確控制；

2.毫秒或納微秒混合時(shí)間縮小了反應(yīng)器體積；

3.高比表面積增大強(qiáng)化反應(yīng)過(guò)程

4.提高產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)收率；

5.無(wú)放大效應(yīng)，減少中試環(huán)節(jié)，縮短工藝開發(fā)周期；

6.良好的安全性能；

7.大量減少有毒、有污染溶劑的使用；

8.連續(xù)化生產(chǎn)。

現(xiàn)有技術(shù)的微反應(yīng)器，其主要有以下幾個(gè)問(wèn)題：

1.微反應(yīng)器上非反應(yīng)通道部分多，單個(gè)反應(yīng)片的有效利用率低，反應(yīng)片上的微反通道距離短，通道持液量小，處理量??；

2.每個(gè)相鄰?fù)ǖ郎隙夹枰瓿?80°轉(zhuǎn)向，壓力損失大，能耗高；

3.換熱通道與反應(yīng)通道相隔至少一個(gè)片的厚度，換熱效率低；

4.微反應(yīng)器上非反應(yīng)通道部分多，單個(gè)反應(yīng)片的有效利用率低，反應(yīng)片上的微反通道距離短，完成一定的混合和/或反應(yīng)需要的片數(shù)多，成本高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供了一種微反應(yīng)單元及微反應(yīng)器。

本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)具體實(shí)現(xiàn)：

一方面，本發(fā)明提供一種微反應(yīng)單元，包括本體，所述本體為板狀結(jié)構(gòu)，本體上設(shè)有反應(yīng)物進(jìn)口和反應(yīng)物出口，反應(yīng)物進(jìn)口和反應(yīng)物出口之間通過(guò)反應(yīng)通道相連通，所述反應(yīng)通道圍繞所述反應(yīng)物進(jìn)口或反應(yīng)物出口呈螺旋形盤繞。

優(yōu)選地，板狀結(jié)構(gòu)的所述本體包括相背的第一端面和第二端面，且所述反應(yīng)物進(jìn)口或反應(yīng)物出口具有中心線，在所述第一端面和/或所述第二端面上沿所述中心線方向、且圍繞所述中心線地開設(shè)有至少一條第一螺旋形槽，形成所述的反應(yīng)通道。

優(yōu)選地，還包括與具有所述第一螺旋形槽的所述本體的端面相接的封板。

優(yōu)選地，在所述反應(yīng)通道上的任意位置還設(shè)置有用于對(duì)流經(jīng)該位置的流體起到擾流作用的擾流結(jié)構(gòu)；和/或，在所述反應(yīng)通道上的任意位置還設(shè)置有用于對(duì)流經(jīng)該位置的流體起到分流作用的分流結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述擾流結(jié)構(gòu)包括在所述反應(yīng)通道中的任意位置處設(shè)置用以阻擋反應(yīng)流體流動(dòng)的阻擋結(jié)構(gòu)，和/或，所述擾流結(jié)構(gòu)包括在所述反應(yīng)通道中的任意位置將該處通道進(jìn)行擴(kuò)張而形成的擴(kuò)張結(jié)構(gòu)；

優(yōu)選地，所述阻擋結(jié)構(gòu)和所述擴(kuò)張結(jié)構(gòu)在所述中心線的垂直平面上的截面形狀均為圓形或方形；

優(yōu)選地，所述分流結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在所述反應(yīng)通道中的任意位置處的“V”字型結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，在所述本體上還設(shè)有換熱介質(zhì)進(jìn)口和換熱介質(zhì)出口，以及圍繞所述換熱介質(zhì)進(jìn)口或所述換熱介質(zhì)出口設(shè)置在所述本體上的呈螺旋形盤繞的換熱通道；

優(yōu)選地，所述本體上在所述第一端面和/或所述第二端面上沿所述中心線方向、且圍繞所述中心線還開設(shè)有至少一條第二螺旋形槽，形成用于換熱的換熱通道，且所述第二螺旋形槽的兩端分別形成換熱介質(zhì)進(jìn)口和換熱介質(zhì)出口。

優(yōu)選地，所述換熱通道與所述反應(yīng)通道形成于所述本體的相同端面或不同端面上，且所述換熱通道與反應(yīng)通道不相交。

優(yōu)選地，所述本體為圓形板狀結(jié)構(gòu)，所述反應(yīng)通道為圓形螺旋線結(jié)構(gòu)；或者，所述本體為多邊形板狀結(jié)構(gòu)，所述反應(yīng)通道為多邊形螺旋線結(jié)構(gòu)。

另一方面，本發(fā)明還提供一種微反應(yīng)器，包括至少兩個(gè)以上所述的微反應(yīng)單元，相鄰的所述微反應(yīng)單元通過(guò)端面相貼合的方式相接，并且一微反應(yīng)單元的反應(yīng)物出口與另一微反應(yīng)單元的反應(yīng)物進(jìn)口相連通。

優(yōu)選地，當(dāng)相鄰的兩個(gè)所述微反應(yīng)單元均包括換熱通道時(shí)，其中一微反應(yīng)單元的換熱介質(zhì)出口與另一微反應(yīng)單元的換熱介質(zhì)進(jìn)口相連通；或者，其中一微反應(yīng)單元的換熱介質(zhì)進(jìn)口與另一微反應(yīng)單元的換熱介質(zhì)進(jìn)口相連通，所述一微反應(yīng)單元的換熱介質(zhì)出口與所述另一微反應(yīng)單元的換熱介質(zhì)出口相連通。

本發(fā)明有益效果：

本發(fā)明對(duì)微反應(yīng)器的反應(yīng)通道進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，采用螺旋形結(jié)構(gòu)，使微反應(yīng)流體形成螺旋形，有利于反應(yīng)流體的充分混合。同時(shí)，有效的減小反應(yīng)壓降。進(jìn)一步的，本發(fā)明在此基礎(chǔ)上，采用螺旋形結(jié)構(gòu)的換熱通道，強(qiáng)化流體換熱，提高微反應(yīng)換熱的可控性(換熱通道的換熱效率高，并且和反應(yīng)通道可以設(shè)計(jì)的相鄰，能夠迅速帶走反應(yīng)熱度，因此可以通過(guò)控制換熱介質(zhì)的流量來(lái)控制換熱的熱量)。本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是，便于多級(jí)微反應(yīng)器組合使用，可以根據(jù)需求自由組合，靈活應(yīng)用，形成微反應(yīng)系統(tǒng)。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

附圖說(shuō)明

附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是一種微反應(yīng)單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是一種微反應(yīng)單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是一種微反應(yīng)單元示意圖；

圖4是一種微反應(yīng)單元示意圖；

圖5是一種微反應(yīng)單元示意圖；

圖6是一種多級(jí)組合的微反應(yīng)單元示意圖；

圖7是帶換熱通道的微反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是多級(jí)組合的帶換熱通道的微反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是一種微反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1-本體，12-封板，2-反應(yīng)通道，21-擾流結(jié)構(gòu)，211-擴(kuò)張結(jié)構(gòu)，212-阻擋結(jié)構(gòu)，22、分流結(jié)構(gòu)，3-反應(yīng)物進(jìn)口，4-反應(yīng)物出口，5-反應(yīng)通道間的連接通道，6-換熱通道，7-換熱介質(zhì)進(jìn)口，8-換熱介質(zhì)出口，9-換熱通道間的連熱門通道。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明具體實(shí)施例及相應(yīng)的附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

首先需要指出，本發(fā)明的實(shí)施例僅僅公開幾個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，不應(yīng)該理解成對(duì)本發(fā)明實(shí)施的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍仍以權(quán)利要求書所公開的內(nèi)容為準(zhǔn)。

實(shí)施例1：

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種微反應(yīng)單元，包括本體1，所述本體1為板狀結(jié)構(gòu)，本體1上設(shè)有反應(yīng)物進(jìn)口3和反應(yīng)物出口4，反應(yīng)物進(jìn)口3和反應(yīng)物出口4之間通過(guò)反應(yīng)通道2相連通，所述反應(yīng)通道2圍繞所述反應(yīng)物進(jìn)口3呈螺旋形盤繞?？商娲?，所述反應(yīng)通道2也可圍繞所述反應(yīng)物出口4呈螺旋形盤繞。

本實(shí)施例對(duì)微反應(yīng)器的反應(yīng)通道進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)，采用螺旋形的反應(yīng)通道結(jié)構(gòu)，使微反應(yīng)流體形成螺旋形，有利于反應(yīng)流體的充分混合。

優(yōu)選地，板狀結(jié)構(gòu)的所述本體1包括相背的第一端面和第二端面，且所述反應(yīng)物進(jìn)口3或反應(yīng)物出口4具有中心線，在所述第一端面或所述第二端面上沿所述中心線方向、且圍繞所述中心線地開設(shè)有至少一條第一螺旋形槽，形成所述的反應(yīng)通道2。

采用板狀結(jié)構(gòu)的本體1的端面為平面，在該端面上設(shè)置第一螺旋形槽形成所述反應(yīng)通道2。

實(shí)施例2

優(yōu)選地，還包括與具有所述第一螺旋形槽的所述本體1的端面相接的封板12。通過(guò)所述封板12將所述本體1上的第一螺旋形槽封蓋，形成所述反應(yīng)通道2。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使本體1的端面與封板12貼合連接。

優(yōu)選地，在所述反應(yīng)通道上的任意位置還設(shè)置有用于對(duì)流經(jīng)該位置的流體起到擾流作用的擾流結(jié)構(gòu)21；所述擾流結(jié)構(gòu)21對(duì)流經(jīng)的流體起到擾流作用，使流體進(jìn)行混合，從而促使流體發(fā)生反應(yīng)。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述擾流結(jié)構(gòu)21包括在所述反應(yīng)通道中的任意位置處設(shè)置用以阻擋反應(yīng)流體流動(dòng)的阻擋結(jié)構(gòu)212，或者所述擾流結(jié)構(gòu)21包括在所述反應(yīng)通道中的任意位置將該處通道進(jìn)行擴(kuò)張而形成的擴(kuò)張結(jié)構(gòu)211；

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述阻擋結(jié)構(gòu)212和所述擴(kuò)張結(jié)構(gòu)211在所述中心線的垂直平面上的截面形狀均為圓形或方形；

優(yōu)選地，在所述反應(yīng)通道2上的任意位置還設(shè)置有用于對(duì)流經(jīng)該位置的流體起到分流作用的分流結(jié)構(gòu)22，所述分流結(jié)構(gòu)22用于對(duì)流經(jīng)的流體起到分流作用，通常是將流體分流成為兩個(gè)甚至更多的支流，在分流的過(guò)程促進(jìn)流體混合充分。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述分流結(jié)構(gòu)22包括設(shè)置在所述反應(yīng)通道中的任意位置處的“V”字型結(jié)構(gòu)。

在實(shí)施的過(guò)程中，可以根據(jù)反應(yīng)的需要而單獨(dú)設(shè)計(jì)擾流結(jié)構(gòu)21，也可以單獨(dú)設(shè)計(jì)分流結(jié)構(gòu)22，或者同時(shí)在反應(yīng)通道2上設(shè)計(jì)擾流結(jié)構(gòu)21和分流結(jié)構(gòu)22，從而使反應(yīng)效果更好。

優(yōu)選地，在所述本體1上還設(shè)有換熱介質(zhì)進(jìn)口7和換熱介質(zhì)出口8，以及圍繞所述換熱介質(zhì)進(jìn)口7設(shè)置在所述本體1上的呈螺旋形盤繞的換熱通道6；可替代地，所述換熱通道6也可以是圍繞所述換熱介質(zhì)出口呈螺旋形盤繞。

優(yōu)選地，所述本體1上在所述第一端面和/或所述第二端面上沿所述中心線方向、且圍繞所述中心線還開設(shè)有至少一條第二螺旋形槽，形成用于換熱的換熱通道6，且所述第二螺旋形槽的兩端分別形成換熱介質(zhì)進(jìn)口7和換熱介質(zhì)出口8。

所述換熱通道6中的換熱介質(zhì)的流向，應(yīng)根據(jù)反應(yīng)通道2中的流體的流向進(jìn)行選擇，例如當(dāng)所述反應(yīng)通道2是圍繞反應(yīng)物進(jìn)口3呈螺旋形盤繞，那么所述換熱通道6也就對(duì)應(yīng)地圍繞換熱介質(zhì)進(jìn)口7呈螺旋形盤繞，這樣設(shè)置的目的是使換熱通道的換熱效果更好，及時(shí)地把反應(yīng)通道2中的熱量帶走。

優(yōu)選地，所述換熱通道6與所述反應(yīng)通道2形成于所述本體的相同端面或不同端面上，且所述換熱通道6與反應(yīng)通道2不相交。

優(yōu)選地，所述本體1為圓形板狀結(jié)構(gòu)，所述反應(yīng)通道2為圓形螺旋線結(jié)構(gòu)；或者，所述本體為多邊形板狀結(jié)構(gòu)，所述反應(yīng)通道為多邊形螺旋線結(jié)構(gòu)。

另一方面，本發(fā)明還提供一種微反應(yīng)器，包括至少兩個(gè)以上所述的微反應(yīng)單元，相鄰的所述微反應(yīng)單元通過(guò)端面相貼合的方式相接，并且一微反應(yīng)單元的反應(yīng)物出口與另一微反應(yīng)單元的反應(yīng)物進(jìn)口相連通。

優(yōu)選地，當(dāng)相鄰的兩個(gè)所述微反應(yīng)單元均包括換熱通道時(shí)，其中一微反應(yīng)單元的換熱介質(zhì)出口與另一微反應(yīng)單元的換熱介質(zhì)進(jìn)口相連通，從而形成兩個(gè)微反應(yīng)單元之間相互串聯(lián)的結(jié)構(gòu)；或者，其中一微反應(yīng)單元的換熱介質(zhì)進(jìn)口與另一微反應(yīng)單元的換熱介質(zhì)進(jìn)口相連通，所述一微反應(yīng)單元的換熱介質(zhì)出口與所述另一微反應(yīng)單元的換熱介質(zhì)出口相連通，從而形成兩個(gè)微反應(yīng)單元之間相互并聯(lián)的結(jié)構(gòu)。以滿足不同的實(shí)際情況下各種不同需求的目的。

本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，在不沖突的前提下，上述各有利方式可以自由地組合、疊加。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。