一種微反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及微型化工設(shè)備領(lǐng)域，尤其是一種微反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]20世紀(jì)90年代以來，自然科學(xué)與工程技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢是向微型化邁進(jìn)，微型化工設(shè)備也逐漸發(fā)展起來，如微混合器、微反應(yīng)器、微化學(xué)分析、微換熱器、微萃取器、微型栗和微型閥門等，其中微反應(yīng)器的應(yīng)用前景最為廣泛。微反應(yīng)器具有結(jié)構(gòu)簡單、無放大效應(yīng)、操作條件易于控制、反應(yīng)選擇性好、內(nèi)在安全等優(yōu)點(diǎn)，引起了眾多研究者包括化學(xué)工程及其相關(guān)領(lǐng)域人士的極大關(guān)注。
[0003]目前已經(jīng)開發(fā)出成熟微反應(yīng)器產(chǎn)品的廠家，幾乎被國外幾個(gè)大公司壟斷，材質(zhì)一般采用玻璃、碳化硅及耐腐蝕合金等;但其存在加工精度要求嚴(yán)格、價(jià)格昂貴、密封困難等不足之處。因此，市場上出售的微反應(yīng)器，價(jià)格相當(dāng)昂貴，在很大程度上制約了微反應(yīng)器的推廣應(yīng)用。此外，微反應(yīng)器往往需通過管道連接換熱設(shè)備，熱量損失較大，結(jié)構(gòu)不緊湊。
[0004]因此，研究能夠適應(yīng)大部分強(qiáng)酸腐蝕性物料的低成本微反應(yīng)器的技術(shù)方案意義重大，且要求熱量損失小、結(jié)構(gòu)緊湊、加工難度小、密封簡單、反應(yīng)效率高和能靈活改變參數(shù)符合大部分化學(xué)工程應(yīng)用的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、低成本、防腐效果好、密封簡單、加工難度小、換熱和反應(yīng)效率高、能靈活改變參數(shù)、可移動(dòng)、可實(shí)現(xiàn)成套設(shè)備微型化的微反應(yīng)器。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，所采用的技術(shù)方案是:一種微反應(yīng)器，其包括從前往后依次貼合的前置隔板、第一反應(yīng)板和后置隔板，前置隔板上設(shè)有多個(gè)前置入口，第一反應(yīng)板上設(shè)有第一反應(yīng)通道，后置隔板上設(shè)有后置出口 ；前置入口均與第一反應(yīng)通道入口連通，第一反應(yīng)通道出口與后置出口連通。
[0007]在微反應(yīng)器工作時(shí)，多種介質(zhì)分別通過多個(gè)前置入口進(jìn)入第一反應(yīng)通道中，進(jìn)行混合并反應(yīng)，最終的反應(yīng)生成物通過后置出口排出。因此，本實(shí)用新型可使用于兩種以上介質(zhì)的混合、反應(yīng)。本實(shí)用新型中，前置隔板、第一反應(yīng)板和后置隔板均使用板式零件，隔板的承壓部分可使用普通碳鋼材料，表面可使用常用的防腐材料進(jìn)行復(fù)合，比如搪玻璃或噴涂氟樹脂;反應(yīng)板使用軟質(zhì)的耐腐蝕材質(zhì)，比如氟樹脂，可以很方便的加工出反應(yīng)通道，又可在隔板之間起到密封墊片的作用;這些材料價(jià)格低廉，性能好，采購周期短，應(yīng)用廣泛。板材加工成本低、加工難度小、且密封簡單;在制造上，各塊板可以疊合下料，相應(yīng)進(jìn)、出口通孔可以配鉆，精度提高，工藝簡單。
[0008]第一反應(yīng)板上設(shè)有第一反應(yīng)通道，且前置隔板、第一反應(yīng)板和后置隔板依次貼合，第一反應(yīng)板使用軟質(zhì)的耐腐蝕材質(zhì)，可使得前置隔板和后置隔板之間實(shí)現(xiàn)密封，起到類似密封墊片的作用。同時(shí)，應(yīng)用板式的零件實(shí)現(xiàn)反應(yīng)操作，省去了法蘭閥門連接的管道系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備占用的總體空間小，占地面積小，可將化工裝置進(jìn)一步向微型化發(fā)展。
[0009]進(jìn)一步地，本實(shí)用新型還包括從前往后依次貼合的第一隔板、第一預(yù)熱板、第二隔板和第二預(yù)熱板，第二預(yù)熱板的后面和前置隔板的前面貼合，第一隔板上設(shè)有第一入口和第二入口，第一預(yù)熱板上設(shè)有第一預(yù)熱通道和第一通孔，第二隔板上設(shè)有第二通孔和第三通孔，第二預(yù)熱板上設(shè)有第二預(yù)熱通道和第四通孔;第一入口與第一預(yù)熱通道入口連通，第一預(yù)熱通道出口依次通過第二通孔、第四通孔與一個(gè)前置入口連通;第二入口依次通過第一通孔、第三通孔與第二預(yù)熱通道的入口連通，第二預(yù)熱通道的出口與另一個(gè)前置入口連通;第一隔板和第二隔板內(nèi)均設(shè)有用于介質(zhì)換熱的流道7。
[0010]本實(shí)用新型中，因?yàn)榈谝桓舭搴偷诙舭鍍?nèi)均設(shè)有用于介質(zhì)換熱的流道，所以在反應(yīng)前，應(yīng)用第一隔板、第一預(yù)熱板對進(jìn)入第一預(yù)熱通道中的第一種介質(zhì)進(jìn)行換熱;應(yīng)用第二隔板和第二預(yù)熱板對進(jìn)入第二預(yù)熱通道中的第二種介質(zhì)進(jìn)行換熱;若有其他介質(zhì)參與后續(xù)反應(yīng)，可相應(yīng)地，增加模塊的預(yù)熱結(jié)構(gòu)。第一隔板、第一預(yù)熱板、第二隔板和第二預(yù)熱板組成了預(yù)熱模塊，該結(jié)構(gòu)使得單位體積物料的換熱面積極大，可以在反應(yīng)前，更大程度地達(dá)到化工工藝預(yù)期換熱效果;而傳統(tǒng)的換熱系統(tǒng)，因?yàn)樵O(shè)備結(jié)構(gòu)的限制，單位體積物料的換熱面積往往達(dá)不到換熱工藝的要求，需要增加換熱器的面積，造成前期設(shè)備投資大，占地面積大;大部分傳統(tǒng)的換熱設(shè)備還是特種設(shè)備，危險(xiǎn)系數(shù)大，需要相關(guān)部門進(jìn)行監(jiān)檢，投資大，后期管理煩雜。本實(shí)用新型中的微反應(yīng)器，將預(yù)熱模塊和混合反應(yīng)模塊無縫組合在一起，省去管道系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)緊湊且簡單，占地面積小，投資小;不用納入特種設(shè)備監(jiān)檢系統(tǒng)，協(xié)同下管理簡單，安全系數(shù)高。
[0011]進(jìn)一步地，后置隔板的后面設(shè)有反應(yīng)模塊，反應(yīng)模塊包括從前往后依次貼合的第二反應(yīng)板和第三隔板;第二反應(yīng)板上設(shè)有第二反應(yīng)通道，第三隔板上設(shè)有第一反應(yīng)出口 ；后置出口與第二反應(yīng)通道入口連通，第二反應(yīng)通道出口與第一反應(yīng)出口連通。
[0012]若僅使用前置隔板、第一反應(yīng)板和后置隔板，對于某些介質(zhì)來說，會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)不充分的現(xiàn)象，只起到了混合和部分反應(yīng)的作用;應(yīng)用反應(yīng)模塊，可使進(jìn)入第二反應(yīng)通道中的各種介質(zhì)進(jìn)一步地充分反應(yīng)，達(dá)到預(yù)期效果，降低雜質(zhì)成分含量，滿足化工工藝要求，提高生產(chǎn)質(zhì)量。
[0013]優(yōu)選地，后置隔板后面串聯(lián)有多個(gè)反應(yīng)模塊。進(jìn)一步地充分反應(yīng)，提高了生產(chǎn)質(zhì)量。
[0014]具體地，前置隔板、后置隔板和第三隔板內(nèi)均設(shè)有用于介質(zhì)換熱的流道。這樣第一反應(yīng)板和第二反應(yīng)板中的介質(zhì)也可同時(shí)和兩側(cè)的隔板進(jìn)行換熱，應(yīng)用板材換熱進(jìn)一步增大反應(yīng)物料單位體積的換熱面積，換熱均勻，換熱效率高，可迅速補(bǔ)充反應(yīng)所需熱量或移走反應(yīng)產(chǎn)生的多余熱量，可精確控制反應(yīng)溫度，優(yōu)化反應(yīng)條件，減少反應(yīng)副產(chǎn)物的產(chǎn)生。
[0015]進(jìn)一步地，第一預(yù)熱通道、第二預(yù)熱通道、第一反應(yīng)通道、第二反應(yīng)通道和流道均為蛇形通道或其他類似的形狀。蛇形通道可使流體流通的空間增加，可以起到充分反應(yīng)或換熱的作用;對于第一反應(yīng)通道、第二反應(yīng)通道，在較大流速下，還能起到湍流混合的作用，混合更充分。
[0016]優(yōu)選地，第一預(yù)熱通道、第二預(yù)熱通道、第一反應(yīng)通道和第二反應(yīng)通道的深度與所在板的板厚相等。如果各隔板上開通道，則只能通過銑削等雕刻的方法加工，而各隔板表面復(fù)合有耐腐蝕層，比如搪玻璃，通道加工里難度非常大。而第一預(yù)熱板、第二預(yù)熱板、第一反應(yīng)板和第二反應(yīng)板上開通道，由于選用軟質(zhì)的材料，比如氟樹脂，則可通過切割去除材料方法，輕易地在板面上加工出貫穿的空槽，即第一預(yù)熱通道、第二預(yù)熱通道、第一反應(yīng)通道和第二反應(yīng)通道，減輕了通道加工的難度。第一預(yù)熱通道、第二預(yù)熱通道、第一反應(yīng)通道和第二反應(yīng)通道的深度為50?500μπι、寬度為500?ΙΟΟΟΟμηι。這樣對于本實(shí)用新型，化工工藝效果和制造工藝難度之間可以達(dá)到最佳的平衡。
[0017]進(jìn)一步地，第一隔板、第二隔板、前置隔板、后置隔板和第三隔板材質(zhì)為表面搪玻璃的鋼板。在化工機(jī)械中，搪玻璃設(shè)備對于各種濃度的無機(jī)酸、有機(jī)酸、有機(jī)溶劑及弱堿等介質(zhì)均有極強(qiáng)的防腐性。因此，表面搪玻璃的鋼板具有類似玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和金屬強(qiáng)度的雙重優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型應(yīng)用搪玻璃技術(shù)，相對于一些有色金屬制微反應(yīng)器來說，極大地降低了成本，制造工藝較為簡單。
[0018]進(jìn)一步地，第一預(yù)熱板、第二預(yù)熱板、第一反應(yīng)板和第二反應(yīng)板的材質(zhì)均為纖維多向型結(jié)構(gòu)的膨脹四氟材料。現(xiàn)有技術(shù)中的纖維多向型結(jié)構(gòu)的膨脹四氟材料，是經(jīng)特殊的生產(chǎn)工藝使縱向和橫向的抗拉強(qiáng)度幾乎相同，這使得材料經(jīng)壓縮后寬度沒有變化。在本實(shí)用新型中，使用該材料可極大地增加密封性能，確保無反應(yīng)物向外泄漏，間接地提高了安全性。
[0019]具體地，微反應(yīng)器外側(cè)的兩個(gè)板面上均依次貼合有墊片和壓板，兩塊壓板之間通過緊固件連接。因?yàn)閮蓧K壓板之間可用緊固件對各層板進(jìn)行緊固密封，所以可對本實(shí)用新型作進(jìn)一步地改進(jìn)，如可增減反應(yīng)模塊和預(yù)熱模塊的數(shù)量，便于靈活調(diào)節(jié)本實(shí)用新型的工藝參數(shù)，甚至可增加其他化工工藝操作的模塊;該模塊化的化工工藝，可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，便于設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試、運(yùn)行、管理、改造和檢維修。墊片可用于溫差下，不同壓力下，各層板的伸縮回彈，避免壓板與相貼合的隔板之間進(jìn)行剛性接觸，保護(hù)隔板表面的搪玻璃層。具體地，壓板上可設(shè)有螺紋連接孔型式的介質(zhì)進(jìn)、出口；含有防腐蝕密封面的進(jìn)出料接口，通過螺紋連接壓緊在最外層隔板上，可確保進(jìn)出料無泄漏。
[0020]進(jìn)一步地，墊片材質(zhì)為PTFEITFE可耐250°C的高溫，耐_196°C的低溫;對大多數(shù)化學(xué)藥品和溶劑具有耐蝕性，表現(xiàn)出惰性、能耐強(qiáng)酸強(qiáng)