一种用于硝化反应的微通道反应器[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 209451808 U(45)授权公告日 2019.10.01

(21)申请号 201822088232.3(22)申请日 2018.12.13

(66)本国优先权数据

201821860578.4 2018.11.13 CN(73)专利权人 河南师范大学

地址 453007 河南省新乡市建设东路46号(72)发明人 朱荣荣　周应杰　王家豪　(74)专利代理机构 北京和信华成知识产权代理

事务所(普通合伙) 11390

代理人 胡剑辉(51)Int.Cl.

B01J 19/00(2006.01)

权利要求书1页 说明书4页 附图2页

(54)实用新型名称

一种用于硝化反应的微通道反应器

(57)摘要

本实用新型公开了一种用于硝化反应的微通道反应器，中空的壳体，所述壳体内设置有用于液体混合并发生反应的反应通道，所述反应通道内设置有降速装置，所述降速装置包括依次交错设置在反应通道内壁两侧的导流板，所述导流板的末端连接有圆弧状的扰流板，所述反应通道的两端分别设置有进液管道和出液管道，所述进液管道连接有进液支管，所述进液支管和出液管道延伸至壳体的边沿，所述壳体内设置有温控管道，所述温控管道螺旋缠绕在反应通道的外部，所述温控管道的两端延伸至壳体的边沿，能够快速有效地对反应通道进行温度控制调节，且设备成本和运行成本低，延长物料滞留在反应通道内的时间，增强物料的混匀效果和反应效果。

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权　利　要　求　书

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1.一种用于硝化反应的微通道反应器，其特征在于：包括中空的壳体(1)，所述壳体(1)内设置有用于液体混合并发生反应的反应通道(2)，所述反应通道(2)内设置有降速装置(3)，所述降速装置(3)包括依次交错设置在反应通道(2)内壁两侧的导流板(4)，所述导流板(4)的末端连接有圆弧状的扰流板(5)；

所述反应通道(2)的两端分别设置有进液管道(6)和出液管道(7)，所述进液管道(6)连接有进液支管(8)，所述进液支管(8)和出液管道(7)延伸至壳体(1)的边沿，所述壳体(1)内设置有温控管道(9)，所述温控管道(9)螺旋缠绕在反应通道(2)的外部，所述温控管道(9)的两端延伸至壳体(1)的边沿。

2.根据权利要求1所述的一种用于硝化反应的微通道反应器，其特征在于：所述反应通道(2)呈锯齿形布置在壳体(1)内。

3.根据权利要求1所述的一种用于硝化反应的微通道反应器，其特征在于：所述壳体(1)内设置有隔温海绵(10)，所述隔温海绵(10)填充在壳体(1)与反应通道(2)之间。

4.根据权利要求1所述的一种用于硝化反应的微通道反应器，其特征在于：所述进液支管(8)与壳体(1)的交接处为进液口(11)，所述出液管道(7)与壳体(1)的交接处为出液口(12)，所述进液口(11)和出液口(12)位于壳体(1)的同一侧。

5.根据权利要求1所述的一种用于硝化反应的微通道反应器，其特征在于：所述温控管道(9)的两端与壳体(1)的交接处分别为温控进口(13)和温控出口(14)，所述温控进口(13)和温控出口(14)位于壳体(1)的同一侧，同时所述温控进口(13)和进液口(11)位于壳体(1)的同一侧。

6.根据权利要求1所述的一种用于硝化反应的微通道反应器，其特征在于：所述进液支管(8)有若干条，若干条所述的进液支管(8)以对撞形式连接在进液管道(6)的同一位置。

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一种用于硝化反应的微通道反应器

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技术领域

[0001]本实用新型涉及微反应设备技术领域，具体为一种用于硝化反应的微通道反应器。

背景技术[0002]硝化反应是向有机物分子中引入硝基的反应过程。脂肪族化合物硝化时有氧化-断键副反应，工业上很少采用。硝基甲烷、硝基乙烷、1-和2-硝基丙烷四种硝基烷烃气相法生产过程，是30年代美国商品溶剂公司开发的。迄今该法仍是制取硝基烷烃的主要工业方法。此外，硝化也泛指氮的氧化物的形成过程。[0003]在生物工程、化学工程中两种流体的混合是常见的传质过程，常用的反应设备有混料釜、萃取塔、静态混合器等，它们处理量大，能够满足大规模生产的需要。然而，总体来说，这些混合设备为流体提供的是宏观尺度的混合，存在混合不均匀、动力消耗大、设备体积大、不安全等缺点。随着人们对反应要求的提高和微加工技术的不断发展，微反应技术及其设备成为关注和研究的热点。针对不同的应用背景，已派生出具有各种功能的微化工器件，如微全分析系统、微换热器、微混合器、微反应器等。用于硝化反应的微通道反应器是微反应最常见的反应器，用于硝化反应的微通道反应器是指特征尺度在毫米到微米级的微型设备，其具有传质传热效率高、返混几率小及能更好地控制反应温度和停留时间等优点。[0004]例如，申请号为201520772269.1的中国实用新型专利公开了一种用于硝化反应的微通道反应器，其包括上封板、通道板和下加热板。通道板设置有用于液体混合并发生反应的连续S形的微通道；上封板与通道板的上表面密封配合，上封板内部为空心内腔结构；下加热板与通道板的下表面紧密配合，下加热板内设置有加热丝。该方案通过连续S形通道的设计增加了液体的混合效率和流经时间；同时该方案具备加热和冷却温控功能，通过循环水进口向上封板的空心内腔通入冷却水并从循环水出口流出，利用热传递作用通过控制循环水的温度来控制通道板的微通道内液体的温度；下加热板内设置有加热丝，通过加热丝和热传递作用实现对控制通道板的微通道内液体进行温度控制。[0005]但是，该方案存在以下缺陷：[0006](1)该方案中温控功能分为加热和冷却，其中加热功能的实现通过设置在下加热板内设置有加热丝来实现，加热丝和热传递作用实现对控制通道板的微通道内液体进行温度控制，但由于下加热板位于通道板的下方，热量由微通道的下方传递至上方，存在着热量分布不均，热量传递效率低的问题；而温控功能中的冷却通过向上封板的空心内腔通入冷却水，利用热传递作用通过控制循环水的温度来控制通道板的微通道内液体的温度，由于上封板位于通道板的上方，热量由微通道的上方传递至下方，同样存在着热量分布不均，热量传递效率低的问题；[0007](2)该方案中加热和冷却温控功能的实现通过两种不同的装置实现，增加了设备的复杂性，提高了设备的成本，同时使得温控操作的难度增大；[0008](3)该方案中用于液体混合并发生反应的微通道为一条顺畅的通道，物料在为通

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道内可以顺畅的流动，因此物料在较短的时间内就会通过微通道，从而使物料可能为混合均均匀，同时也可能时物料为反应完成就已流出微通道，从而使反应不彻底。发明内容

[0009]为了克服现有技术方案的不足，本实用新型提供一种能够快速有效地对反应通道进行温度控制调节，且设备成本和运行成本低，延长物料滞留在反应通道内的时间，增强物料的混匀效果和反应效果的用于硝化反应的微通道反应器，能有效的解决背景技术提出的问题。

[0010]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：[0011]一种用于硝化反应的微通道反应器，包括中空的壳体，所述壳体内设置有用于液体混合并发生反应的反应通道，所述反应通道内设置有降速装置，所述降速装置包括依次交错设置在反应通道内壁两侧的导流板，所述导流板的末端连接有圆弧状的扰流板；[0012]所述反应通道的两端分别设置有进液管道和出液管道，所述进液管道连接有进液支管，所述进液支管和出液管道延伸至壳体的边沿，所述壳体内设置有温控管道，所述温控管道螺旋缠绕在反应通道的外部，所述温控管道的两端延伸至壳体的边沿。[0013]进一步地，所述反应通道呈锯齿形布置在壳体内。[0014]进一步地，所述壳体内设置有隔温海绵，所述隔温海绵填充在壳体与反应通道之间。

[0015]进一步地，所述进液支管与壳体的交接处为进液口，所述出液管道与壳体的交接处为出液口，所述进液口和出液口位于壳体的同一侧。[0016]进一步地，所述温控管道的两端与壳体的交接处分别为温控进口和温控出口，所述温控进口和温控出口位于壳体的同一侧，同时所述温控进口和进液口位于壳体的同一侧。

[0017]进一步地，所述进液支管有若干条，若干条所述的进液支管以对撞形式连接在进液管道的同一位置。

[0018]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：[0019](1)本实用新型通过设置温控管道，通过向温控管道内注入不同温度的液体，利用热传递作用达到控制调节反应通道内部温度的目的，由于温控管道螺旋缠绕在反应通道的外部，所以在进行热传递时热量传递速率比较快，且热量的分布也会十分均匀，从而使温控管道对反应通道的温控效果较好；[0020](2)本实用新型对反应通道的温度控制调节只需通过温控管道即可实现，避免了现有技术或者能够多套设备控制带来的设备成本高及控制操作复杂等弊端，降低了设备成本和运行成本，且能够精简微反应通道的结构和体积，增强微反应通道的实用性；[0021](3)本实用新型中的反应通道呈锯齿形，一方面通过该种设置可以在有限的空间内加长反应通道的长度，从而使得液体混合和反应的时间变长，另一方面在该种设置下反应通道会存在着一系列尖锐的拐角处，物料在流经拐角时会滞留而与其他的物料发生碰撞，同时通过设置降速装置，降速装置可以使物料在反应通道内的流通线路更加复杂，延长物料滞留在反应通道内的时间，且物料在流经降速装置时会产生旋涡，吸引周围的物料进入，且在旋涡内，物料之间出现激烈的碰撞；通过上述的设置，延长物料滞留在反应通道内

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的时间，增强物料的混匀效果和反应效果。

附图说明

[0022]图1为本实用新型的整体结构示意图；

[0023]图2为本实用新型反应通道的内部结构示意图。[0024]图中标号：[0025]1-壳体；2-反应通道；3-降速装置；4-导流板；5-扰流板；6-进液管道； 7-出液管道；8-进液支管；9-温控管道；10-隔温海绵；11-进液口；12-出液口；13-温控进口；14-温控出口。

具体实施方式

[0026]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。[0027]如图1和图2所示，本实用新型提供了一种用于硝化反应的微通道反应器，中空的壳体1，壳体1内设置有用于液体混合并发生反应的反应通道2，反应通道2呈锯齿形布置在壳体1内，反应通道2内设置有降速装置3，降速装置3包括依次交错设置在反应通道2内壁两侧的导流板4，导流板4的末端连接有圆弧状的扰流板5。[0028]在本实用新型中，反应通道2呈锯齿形，一方面通过该种设置可以在有限的空间内加长反应通道2的长度，从而使得液体混合和反应的时间变长，进而使得混合的更加均匀，同时反应的更加彻底，另一方面在该种设置下，反应通道2会存在一系列尖锐的拐角处，物料在流经拐角时会滞留而与其他的物料发生碰撞，使得物料的混合和反应效果增强。[0029]需要进一步说明的是，由于在反应通道2内设置了降速装置3，降速装置 3可以使物料在反应通道2内的流通线路更加复杂，从而使物料滞留在反应通道2内的时间变长，从而使得物料的流动速率降低，增强物料的混合和反应效果。降速装置3由导流板4和扰流板5构成，其中导流板4安装在反应通道2的内壁上，物料在流经导流板4时会在导流板4的导流作用下进入扰流板5内。由于扰流板5呈圆弧状结构，物料在流经扰流板5时会产生旋涡，吸引周围的物料进入，且在旋涡内，物料之间出现激烈的碰撞，可以增强物料的混匀效果和反应效果。

[0030]值得说明的是，本实用新型中一个导流板4和与其相连的扰流板5构成一个降速区域，由于在本实用新型中各个导流板4依次交错设置在反应通道2 的内壁两侧，物料在流过导流板4和扰流板5之后，会从扰乱板5与反应通道2的内壁之间流过，且流过的物料会落入下一个导流板4所在的区域，也即是说物料在流经一个导流区域后由于进入下一个导流区域，上述说明中已经表述，物料会在导流区域内形成漩涡使物料之间激烈碰撞而加强混合和反应效果，由于各个导流区域依次连接，所以物料在反应通道2内形成一个接一个的漩涡，从而使得整个微反应器的反应效果好。[0031]如图1所示，在本实用新型中，反应通道2的两端分别设置有进液管道6 和出液管道7，进液管道6连接有进液支管8，进液支管8有若干条，若干条的进液支管8以对撞形式连

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接在进液管道6的同一位置，进液支管8和出液管道7延伸至壳体1的边沿，壳体1内设置有温控管道9，温控管道9螺旋缠绕在反应通道2的外部，温控管道9的两端延伸至壳体1的边沿，壳体1内设置有隔温海绵10，隔温海绵10填充在壳体1与反应通道2之间，进液支管 8与壳体1的交接处为进液口11，出液管道7与壳体1的交接处为出液口12，温控管道9的两端与壳体1的交接处分别为温控进口13和温控出口14，为了方便管道中液体的添加，本实用新型中进液口11、出液口12、温控进口13 和温控出口14均位于壳体1的同一侧。[0032]在本实用新型中，通过设置温控管道9来调节反应通道2内部的温度，而使反应通道2内部处于适于反应的温度，从而使其达到最佳的反应环境，加强其反应效率。在对反应通道2进行温控调节时，通过向温控管道9内注入不同温度的液体，若温控管道9内的液体温度比反应通道2内部的温度高，利用热传递作用，热量由温控管道9传递至反应通道2，温控管道9放出热量温度变低，反应通道2吸收热量而内部温度升高，若温控管道9内的液体温度比反应通道2内部的温度低，利用热传递作用，热量由反应通道2传递至温控管道9，温控管道9吸收热量温度升高，反应通道2放出热量而内部降低。[0033]值得说明的是，在上述说明中，由于温控管道9螺旋缠绕在反应通道2 的外部，所以不论是温控管道9上的热量传递至反应通道2，还是反应通道2 中的热量传递至温控管道9中，热量的传递速率比较快，且热量的分布也会十分均匀，从而使温控管道9的温控效果较好。

[0034]值得说明的是，本实用新型中对反应通道2的温度控制调节只需通过温控管道9即可实现，避免了现有技术或者能够多套设备控制带来的设备成本高及控制操作复杂等弊端，降低了设备成本和运行成本，且能够精简微反应通道的结构和体积，增强微反应通道的实用性。

[0035]对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

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图2

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