一種微反應器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及微型化工設備領域，尤其是一種微反應器。
【背景技術】
[0002]20世紀90年代以來，自然科學與工程技術發(fā)展的一個重要趨勢是向微型化邁進，微型化工設備也逐漸發(fā)展起來，如微混合器、微反應器、微化學分析、微換熱器、微萃取器、微型栗和微型閥門等，其中微反應器的應用前景最為廣泛。微反應器具有結構簡單、無放大效應、操作條件易于控制、反應選擇性好、內在安全等優(yōu)點，引起了眾多研究者包括化學工程及其相關領域人士的極大關注。
[0003]目前已經(jīng)開發(fā)出成熟微反應器產(chǎn)品的廠家，幾乎被國外幾個大公司壟斷，材質一般采用玻璃、碳化硅及耐腐蝕合金等;但其存在加工精度要求嚴格、價格昂貴、密封困難等不足之處。因此，市場上出售的微反應器，價格相當昂貴，在很大程度上制約了微反應器的推廣應用。此外，微反應器往往需通過管道連接換熱設備，熱量損失較大，結構不緊湊。
[0004]因此，研究能夠適應大部分強酸腐蝕性物料的低成本微反應器的技術方案意義重大，且要求熱量損失小、結構緊湊、加工難度小、密封簡單、反應效率高和能靈活改變參數(shù)符合大部分化學工程應用的要求。

【發(fā)明內容】

[0005]本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術存在的缺陷，提供一種結構緊湊、低成本、防腐效果好、密封簡單、加工難度小、換熱和反應效率高、能靈活改變參數(shù)、可移動、可實現(xiàn)成套設備微型化的微反應器。
[0006]為了實現(xiàn)本實用新型的目的，所采用的技術方案是:一種微反應器，其包括從前往后依次貼合的前置隔板、第一反應板和后置隔板，前置隔板上設有多個前置入口，第一反應板上設有第一反應通道，后置隔板上設有后置出口 ；前置入口均與第一反應通道入口連通，第一反應通道出口與后置出口連通。
[0007]在微反應器工作時，多種介質分別通過多個前置入口進入第一反應通道中，進行混合并反應，最終的反應生成物通過后置出口排出。因此，本實用新型可使用于兩種以上介質的混合、反應。本實用新型中，前置隔板、第一反應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行復合，比如搪玻璃或噴涂氟樹脂;反應板使用軟質的耐腐蝕材質，比如氟樹脂，可以很方便的加工出反應通道，又可在隔板之間起到密封墊片的作用;這些材料價格低廉，性能好，采購周期短，應用廣泛。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，相應進、出口通孔可以配鉆，精度提高，工藝簡單。
[0008]第一反應板上設有第一反應通道，且前置隔板、第一反應板和后置隔板依次貼合，第一反應板使用軟質的耐腐蝕材質，可使得前置隔板和后置隔板之間實現(xiàn)密封，起到類似密封墊片的作用。同時，應用板式的零件實現(xiàn)反應操作，省去了法蘭閥門連接的管道系統(tǒng)，結構緊湊，可以實現(xiàn)設備占用的總體空間小，占地面積小，可將化工裝置進一步向微型化發(fā)展。
[0009]進一步地，本實用新型還包括從前往后依次貼合的第一隔板、第一預熱板、第二隔板和第二預熱板，第二預熱板的后面和前置隔板的前面貼合，第一隔板上設有第一入口和第二入口，第一預熱板上設有第一預熱通道和第一通孔，第二隔板上設有第二通孔和第三通孔，第二預熱板上設有第二預熱通道和第四通孔;第一入口與第一預熱通道入口連通，第一預熱通道出口依次通過第二通孔、第四通孔與一個前置入口連通;第二入口依次通過第一通孔、第三通孔與第二預熱通道的入口連通，第二預熱通道的出口與另一個前置入口連通;第一隔板和第二隔板內均設有用于介質換熱的流道7。
[0010]本實用新型中，因為第一隔板和第二隔板內均設有用于介質換熱的流道，所以在反應前，應用第一隔板、第一預熱板對進入第一預熱通道中的第一種介質進行換熱;應用第二隔板和第二預熱板對進入第二預熱通道中的第二種介質進行換熱;若有其他介質參與后續(xù)反應，可相應地，增加模塊的預熱結構。第一隔板、第一預熱板、第二隔板和第二預熱板組成了預熱模塊，該結構使得單位體積物料的換熱面積極大，可以在反應前，更大程度地達到化工工藝預期換熱效果;而傳統(tǒng)的換熱系統(tǒng)，因為設備結構的限制，單位體積物料的換熱面積往往達不到換熱工藝的要求，需要增加換熱器的面積，造成前期設備投資大，占地面積大;大部分傳統(tǒng)的換熱設備還是特種設備，危險系數(shù)大，需要相關部門進行監(jiān)檢，投資大，后期管理煩雜。本實用新型中的微反應器，將預熱模塊和混合反應模塊無縫組合在一起，省去管道系統(tǒng)，結構緊湊且簡單，占地面積小，投資小;不用納入特種設備監(jiān)檢系統(tǒng)，協(xié)同下管理簡單，安全系數(shù)高。
[0011]進一步地，后置隔板的后面設有反應模塊，反應模塊包括從前往后依次貼合的第二反應板和第三隔板;第二反應板上設有第二反應通道，第三隔板上設有第一反應出口 ；后置出口與第二反應通道入口連通，第二反應通道出口與第一反應出口連通。
[0012]若僅使用前置隔板、第一反應板和后置隔板，對于某些介質來說，會產(chǎn)生反應不充分的現(xiàn)象，只起到了混合和部分反應的作用;應用反應模塊，可使進入第二反應通道中的各種介質進一步地充分反應，達到預期效果，降低雜質成分含量，滿足化工工藝要求，提高生產(chǎn)質量。
[0013]優(yōu)選地，后置隔板后面串聯(lián)有多個反應模塊。進一步地充分反應，提高了生產(chǎn)質量。
[0014]具體地，前置隔板、后置隔板和第三隔板內均設有用于介質換熱的流道。這樣第一反應板和第二反應板中的介質也可同時和兩側的隔板進行換熱，應用板材換熱進一步增大反應物料單位體積的換熱面積，換熱均勻，換熱效率高，可迅速補充反應所需熱量或移走反應產(chǎn)生的多余熱量，可精確控制反應溫度，優(yōu)化反應條件，減少反應副產(chǎn)物的產(chǎn)生。
[0015]進一步地，第一預熱通道、第二預熱通道、第一反應通道、第二反應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，可以起到充分反應或換熱的作用;對于第一反應通道、第二反應通道，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，第一預熱通道、第二預熱通道、第一反應通道和第二反應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。而第一預熱板、第二預熱板、第一反應板和第二反應板上開通道，由于選用軟質的材料，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，即第一預熱通道、第二預熱通道、第一反應通道和第二反應通道，減輕了通道加工的難度。第一預熱通道、第二預熱通道、第一反應通道和第二反應通道的深度為50?500μπι、寬度為500?ΙΟΟΟΟμηι。這樣對于本實用新型，化工工藝效果和制造工藝難度之間可以達到最佳的平衡。
[0017]進一步地，第一隔板、第二隔板、前置隔板、后置隔板和第三隔板材質為表面搪玻璃的鋼板。在化工機械中，搪玻璃設備對于各種濃度的無機酸、有機酸、有機溶劑及弱堿等介質均有極強的防腐性。因此，表面搪玻璃的鋼板具有類似玻璃的化學穩(wěn)定性和金屬強度的雙重優(yōu)點。本實用新型應用搪玻璃技術，相對于一些有色金屬制微反應器來說，極大地降低了成本，制造工藝較為簡單。
[0018]進一步地，第一預熱板、第二預熱板、第一反應板和第二反應板的材質均為纖維多向型結構的膨脹四氟材料。現(xiàn)有技術中的纖維多向型結構的膨脹四氟材料，是經(jīng)特殊的生產(chǎn)工藝使縱向和橫向的抗拉強度幾乎相同，這使得材料經(jīng)壓縮后寬度沒有變化。在本實用新型中，使用該材料可極大地增加密封性能，確保無反應物向外泄漏，間接地提高了安全性。
[0019]具體地，微反應器外側的兩個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。因為兩塊壓板之間可用緊固件對各層板進行緊固密封，所以可對本實用新型作進一步地改進，如可增減反應模塊和預熱模塊的數(shù)量，便于靈活調節(jié)本實用新型的工藝參數(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，可以實現(xiàn)標準化，便于設計、制造、安裝、調試、運行、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行剛性接觸，保護隔板表面的搪玻璃層。具體地，壓板上可設有螺紋連接孔型式的介質進、出口；含有防腐蝕密封面的進出料接口，通過螺紋連接壓緊在最外層隔板上，可確保進出料無泄漏。
[0020]進一步地，墊片材質為PTFEITFE可耐250°C的高溫，耐_196°C的低溫;對大多數(shù)化學藥品和溶劑具有耐蝕性，表現(xiàn)出惰性、能耐強酸強