[发明专利]微通道连续反应器

说明书

技术领域

本发明涉及石油化工、精细化学、制药、塑料、合成橡胶、涂料、食品加工等使用的反应设备技术领域。更具体地说，涉及一种可以部分取代传统间歇生产反应釜和反应器，大幅降低土地、车间使用面积和设备投资，大幅提高安全与环保性能，大幅节能，大幅提高生产效率的微通道连续反应器。

背景技术

在石油化工、精细化工，制药、食品加工等生产领域中，对于液/液、气/液、气/固/液的均相、非均相常压，高压反应，聚合反应，通常要用到传统搅拌和反应釜进行反应。但搅拌器及反应釜由于先天结构原因，其传质阻力大，返混等现象难以克服，有时还需要增加溶剂使用量，造成整体反应时间过长，副产物增加，后处理分离困难及三废处理量加大等弊病；同时，反应釜的反应热能受结构限制传导困难，内部受热不均匀，特别是硝化、加氢、氧化等危险工艺其中孕含的安全隐患更为突出。这是一个长期以来难以解决的重大难题。

为此，长期以来国内外各种科研机构和企业进行了大量的理论探讨和实践研究。除了某些工艺可以用到的固定床、流化床、塔板式反应器之外，近些年来，国外公司逐步又推出了釜式串联、大口径管式静态反应器、回路反应器和高通量-微通道连续流反应器，逐步在将传统间歇反应向连续化生产工艺过渡和发展：

釜式串联，是将两个及两个以上反应釜串联使用，使反应液体在其转移过程中逐级搅拌完成反应，达到连续化生产的目的；此装置易于形成返混和局部放热、反应不全的致命缺陷，工程造价及车间占地面积不菲；

大口径管式静态反应器，是利用固定的，不装或者装填不同物理形态填料的管道，使反应液体在其中流动时产生的不同湍流而进行反应的连续化生产反应器。其优点是基本没有返混现象，而造价与流量、长度、占据空间成正比。为了能够充分反应，最长的管式静态反应器可长达数公里；

回路反应器是将液/液、气/液、气/固/液反应的反应液，通过文丘里喷射器将其吸入混合，再喷射于反应器下部液面下，在液面内充分混合，混合料液随着回路反应器底部循环泵进入外置式列管换热器进行热能交换，再返回到文丘里喷射器的入口端，与初始反应料液混合后进行再循环，形成环路反应。而后一部分做为产物进入后处理工序，另一部分继续参与循环。这样的反应方式目前可适用于硝化等快速化学反应。其优点是外接换热器的换热面积可以任意设置，而它的的缺陷也是显而易见，不能一次性反应完全，而且形成返混。造价昂贵；

康宁公司的高通量-微通道连续流反应器，比以上的反应器有显著的优点：相应流量的反应液进入反应器，在内部的心形通道模块中进行混合反应，流体经历湍流细致混合的过程，几乎没有返混现象发生。反应迅速、彻底，还可以减少甚至不使用溶剂，使产品转化率、纯度、收率大幅提高。由于其“三明治”夹层形态的矩形特殊结构，反应微循环通道两面整体贴合于热载体交换器，反应热会被即时移除。所以，该原理是目前化学反应器中较为先进的。但是，由于它采用特种玻璃、特种陶瓷或不锈钢等材质雕刻完成，加工工艺比较复杂，价格极为昂贵，加之原理所限而难以提高的流量，其连接材料和结构所限还制约了它在高温、高压及中型以上规模工业化生产的普及和应用。

国内外还有其他形式的各种微通道反应器，但是成熟的，可以放大到数千吨/年流量以上的工业化微通道反应器极为罕见。

综上所述，在大型工业化生产中，如何减少化学反应时的传质阻力，及时迅速传导反应热能，缩短反应时间，减少混流与副反应，减少或免除溶剂使用，节能减排，增加收率，提高效率，安全可靠性高，环保清洁，大幅降低投资及运行成本，使用一种效果显著，切实可行，经济实用，易于推广的，能将传统间歇生产反应釜或老式反应器升级为微通道连续反应器，是目前本领域技术和操作人员十分期待的。

发明内容

本发明的目的是通过在反应管内加装三维微通道流体组件，配合高效热能传导装置，以及相应的前置、后置及传感、测量、控制等外围设备，成为一种高效实用的微通道连续反应器。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

微通道连续反应器，包括：具有载热体进口和载热体出口的壳体、原料入口、产物出口、封堵于壳体两端处的封头和用于供反应物料反应的反应管，所述反应管设置于壳体内，所述反应管的内腔为管程，所述壳体与反应管之间的腔体成为壳程，所述原料入口和产物出口与管程相连通，所述载热体进口和载热体出口与壳程相连通，其特征在于：所述反应管中紧密插装有三维微通道组件，所述三维微通道组件的外表面与反应管内壁面之间形成有若干条始终贯通的um/mm级(微米或毫米级)的微形通道。所述微形通道在三维微通道组件的外表面上凹陷地形成。