[发明专利]一种精确放大的微反应器、制备方法及其应用

摘要

本发明涉及一种精确放大的微反应器、制备方法及其应用，属于微化工技术领域。该精确放大的微反应器包括进料口、至少2个通道、出料口和连接管道，连接管道包括进料口与通道之间连接的进料管道、至少2个通道之间的连接管和通道与出料口之间连接的出料管道，进料管道的进料入口到出料入口管道直径从大到小渐变。该精确放大的微反应器采用3D打印技术和流体力学仿真模拟系统结合打印制得。该微反应器能应用在气液反应、液液反应、液固反应、气液液反应和液液固反应中。本发明解决了微反应器这种很有前景的化工设备精确放大的难题，实现了成千上万个微通道的集成，进出口主通道与内部成千上万个通道的连接，确保各个通道的温度、压力、流型高度一致。

主权项

1.一种精确放大微反应器的制备方法，其特征在于包括进料口、不少于100个通道、出料口和连接管道，连接管道包括进料口与通道之间连接的进料管道、不少于100个通道之间的连接管和通道与出料口之间连接的出料管道，进料管道的进料入口到出料口管道直径从大到小渐变；制备方法具体步骤如下：（1）对待放大的单个通道、进料口、出料口和连接管道的反应特性进行研究，确定单个通道的结构、尺寸、压力、流量、流型、温度的最佳值；（2）将步骤（1）得到的单个通道的结构、尺寸、压力、流量、流型、温度的最佳值输入到3D打印模型中，集成不少于100个通道，并添加连接管道，实现各个通道之间以及通道与进料口和出料口之间的衔接，获得精确放大微反应器的3D打印模型；所述步骤（2）的3D打印模型中，进料口为两个胶囊微储液管，胶囊微储液管通过“Y”型结构通进料管道连接通道；出料口为分相管道，在分相管道的顶部和底部设有直径为5mm的出液管；（3）将步骤（2）得到的精确放大微反应器的3D打印模型进行仿真模拟，仿真模拟软件为COMSOL、fluent或MATLAB，优化包括进料口、出料口、各个连接管道、各个通道的结构和尺寸，具体步骤为：设置通道结构尺寸为全局变量，进行物理结构建模，分别添加液液两相萃取体系的粘度、密度参数，添加CFD层流流动和管道流动模块，在计算模块中添加对通道尺寸和结构参数的扫描并加入优化函数，进行模拟计算，得到优化的结构参数；（4）将经步骤（3）优化后的结构和尺寸对步骤（2）得到的精确放大微反应器的3D打印模型进行修改，重复仿真模拟和修改，重复次数根据情况而定，得到最终的3D打印模型；（5）根据精度要求和打印材料选择3D打印设备，将步骤（4）得到最终的3D打印模型输入到所选3D打印设备对应的3D打印软件中，进行二维化切片处理，逐层增材打印，根据所选打印类型的不同进行相应的后处理，得到精确放大的微反应器。