CN109569469A - 一种化学微反应装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种化学微反应装置及其使用方法，包括化学微反应器、物料A输送泵、物料B输送泵、物料A储罐、物料B储罐，物料A和物料B分别通过物料A输送泵和物料B输送泵输送进入化学微反应器，压缩风机可以用来调控物料A与物料B的输出量，进而调控控所述物料A与所述物料B的反应速度和反应强度。本发明通过借助极高的膜比表面积、表面及断面介孔尺寸提供液相或气相化学反应的微观通道，从而实现液‑液相或气‑液相化学反应的可控反应、提高液‑液或气‑液传质传热性能，改善产品结构和产品的综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及化工生产设备及化工产品生产技术领域，特别涉及一种化工产品生产过程中离子或分子状态的微观反应器及其使用方法，是一种具有耐温、耐腐蚀可在正压或负压状态下进行化学反应的化工产品生产装置及其使用方法。
背景技术
膜分离技术自20世纪60年代起开始崛起，因其具有分离程度高、高效节能、环保安全以及可集成化等优点，迅速成为了应用最广泛的新一代分离技术。其中，膜生物反应器(MBR)具有出水品质高、结构稳定和操作简便等特征，被广泛应用于市政用水和工业废水的回用领域，是最有市场前景的废水处理技术之一。
化学微反应器(CMR)是在膜生物反应器(MBR)的基础上发展起来的一种新型微反应装置，是将化学反应过程与膜的微观介孔结合起来的新型反应工艺，二者的有效结合使得传统的化学反应效率、产品质量等方面均得以提高。
化学微反应器(CMR)及其使用方法是以膜表面和断面的贯通介孔作为微观反应器，以化学反应动力学和热力学为前提进行的化学反应过程，重点是利用膜具有较高的比表面、特殊孔道结构等实现反应物的控制加入、不同物料的相间传递强化、反应过程分离集成等，从而改善化学反应的选择性、提高反应速率、提高产品质量和化学反应转化率、降低设备投资等目的。
发明内容
本发明的目的在于设计一种新型的化学微反应装置及其使用方法，解决上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种化学微反应装置，包括化学微反应器、物料A输送泵、物料B输送泵、物料A储罐、物料B储罐；
还包括，物料A补料管、物料B补料管、物料A循环管线、物料B循环管线、物料C输送管线和进气管线；
所述化学微反应器包括反应器外管、物料释放毛细管束、毛细管间隙、第一物料B分配盘、第一物料B分配管、第一物料A分配管、第一物料B进出料接口、第一物料A进出料接口、第二物料B分配盘、第二物料B分配管、第二物料A分配管、第二物料B进出料接口、第二物料A进出料接口；
所述物料A补料管连通到所述物料A储罐的进料口，所述物料A储罐的出料口通过所述物料A输送泵后连通到所述第一物料A进出料接口；所述第一物料A进出料接口通过所述第一物料A分配管连通到多个所述物料释放毛细管束，多个所述物料释放毛细管束再通过所述第二物料A分配管连通到所述第二物料A 进出料接口；所述第二物料A进出料接口再通过所述物料A循环管线连通到所述物料A储罐；
所述物料B补料管连通到所述物料B储罐的进料口，所述物料B储罐的出料口通过所述物料B输送泵后连通到所述第一物料B进出料接口；所述第一物料B进出料接口通过所述第一物料B分配管连通到所述第一物料B分配盘，所述第一物料B分配盘连通到所述毛细管间隙，所述毛细管间隙再通过所述第二物料B分配盘连通到第二物料分配管，所述第二物料B分配管连通到所述第二物料 B进出料接口；所述第二物料B进出料接口再通过所述物料B循环管线连通到所述物料B储罐；
所述物料释放毛细管束上设置有介孔与所述毛细管间隙相通，所述物料B 储罐上还设置有所述物料C输送管线。
优选的，还包括压缩风机，所述压缩风机的出风口连通到所述进气管线，所述进气管线分为两路，一路连通到所述物料A输送泵与所述第一物料A进出料接口之间的管路上；另一路连通到所述物料B输送泵与所述第一物料B进出料接口之间的管路上。
优选的，所述反应器外管壁厚为3-6mm；
所述反应器外管采用的有机高分子材料为PP/PE/含氟类聚合物材料 /PET/ABS和/或UPVC，所述含氟类聚合物材料包括但不限于PTFE/PVDF和/或 PFA；
所述物料释放毛细管束的内径0.8-1.0mm、外径1.2-2.0mm、壁厚0.2-0.4mm、表面孔径50-150nm、孔隙率50％-70％；
所述毛细管间隙在所述反应器外管内的排列方式为正三角形排列，所述物料释放毛细管束的心距为所述物料释放毛细管束外径的1.2-1.6倍排列。
优选的，所述反应器外管采用的有机高分子材料为有机高分子材料PP/PVDF 和/或UPVC；
所述物料释放毛细管束的材质为PVC/PVDF/PP和/或PE；
所述第一物料B分配管与所述化学微反应器的端面距离为10-40mm、所述开孔的辐射角度为90-120°、孔径为2-3mm；
所述第一物料A分配管与所述化学微反应器端面距离10-40mm、所述第一物料A分配管开孔的辐射角度为90-120°、孔径为2-3mm。
优选的，所述物料A由所述物料A储罐经所述物料A输送泵送入所述化学微反应器的所述第一物料A进出料接口，经过内置所述第一物料A分配管进入所述物料释放毛细管束；所述物料A经所述物料释放毛细管束部分释放与所述物料B在毛细管外壁发生化学反应，未反应的所述物料A经所述第二物料A分配管及所述第二物料A进出料接口沿所述物料A循环管线返回至所述物料A储罐；或者所述物料A与经所述物料释放毛细管束部分释放的所述物料B在毛细管内壁发生界面化学微反应生成产品C，反应产生的所述产品C在所述物料释放毛细管束的内表面被切向流动的所述物料A带离，经所述第二物料A分配管及所述第二物料A进出料接口沿所述物料A循环管线返回至所述物料A储罐；
所述物料B由所述物料B储罐经所述物料B输送泵送入所述化学微反应器的所述第一物料B进出料接口，经过内置所述第一物料B分配管进入所述物料B 分配盘的空腔，通过将所述物料B释放至毛细管间隙；所述物料B与经所述释放毛细管束部分释放的所述物料A在所述释放毛细管束外壁发生界面化学微反应生成产品C，反应产生的所述产品C在所述物料释放毛细管束的外表面被切向流动的所述物料B带离，经所述第二物料B分配盘和所述第二物料B分配管及所述第二物料B进出料接口沿所述物料B循环管线返回至所述物料B储罐；或者所诉物料B经所述释放毛细管束部分释放与所述物料A在毛细管内壁发生反应，未反应的物料B经所述第二物料B分配盘和所述第二物料B分配管及所述第二物料B进出料接口沿所述物料B循环管线返回至所述物料B储罐。
优选的，其中，通过调节所述第一物料A进出料接口与所述第一物料B进出料口的压力，控制物料的释放方向同时调控所述物料A与所述物料B在毛细管界面的反应速度和反应强度。
优选的，其中，通过调节所述物料A输送泵的流量，调控所述第一物料A 进出料接口的流量，从而调控所述物料A在所述物料释放毛细管束内的流动速度；通过调节所述物料B输送泵的流量，调控所述第一物料B进出料接口的流量，从而控制所述物料B在所述毛细管间隙内的流动速度。
优选的，调节所述第一物料A进出料接口的压力为0.1-2bar；通过调节所述物料A输送泵的流量，使得膜面流速为0.5-3.0m/sec。
优选的，所述物料A和所述物料B发生反应时，可以通过计量控制形成间歇或连续反应分离过程。
本发明的有益效果可以总结如下：
1、本发明通过调节物料A输送泵和物料B输送泵的压力匹配可实现化学反应过程发生在物料释放毛细管束的内表面、外表面或介孔通道中发生化学微反应；
2、本发明可通过调节物料A输送泵和物料B输送泵的流量大小实现物料释放毛细管束内外表面的切向和法向流速控制，调控化学反应过程；
3、本发明可通过压缩风机经进气管线与物料A、物料B或物料AB经管道混合进入化学微反应器参与或保护化学反应；
4、本发明可强化气-液或液-液反应相间传质，即膜可作为反应物的分布器，可以形成两种或多种反应物以微米或纳米级别范围内发生分子或离子间反应，使得气液传质面积增加；
5、本发明通过反应物料侧的压力调控可形成表面反应过程，有效控制反应速度、反应历程和产品结构分布；
6、本发明的物料释放毛细管束在反应器外管内采用正三角形的排列方式，有效的减少了管外流体的阻力；
7、本发明的物料释放毛细管束的管心距为料释放毛细管束外径的 1.2-1.6倍排列，是物料反应充分且不会堆积(大于这个范围A、B 反应接触不充分，小于这个范围管间的流速不够，生成的物料会在管壁间累积)；
8、本发明可提高平行反应的选择性；
9、本发明可提高反应安全性：对于反应物预混会引起燃烧、爆炸等不安全因素的体系，通过膜表面的微观介孔输入，可维持反应物的最佳浓度，同时提高系统的安全性；
10、本发明对于进料计量要求严格、转化率高的快速反应，可将反应物分别从膜两侧向膜孔内扩散，可以在膜结构的介孔内形成一定的化学计量反应面。
附图说明
图1为一种化学微反应装置组合示意图。
图2为化学微反应装置示意图。
图3为化学微反应器示意图。
1、反应器外管；2、物料释放毛细管束；3、毛细管间隙；4、第一物料B分配盘；5、第一物料B分配管；6、第一物料A分配管；7、第一物料B进出料接口；8、第一物料A进出料接口；9、物料A补料管；10、物料B补料管；11、物料A循环管线；12、物料B循环管线；13、物料C输送管线；14、进气管线；
24、第二物料B分配盘；25、第二物料B分配管；26、第二物料A分配管； 27、第二物料B进出料接口；28、第二物料A进出料接口；
31、化学微反应器；32、物料A输送泵；33、物料B输送泵；34、物料A储罐；35、物料B储罐；36、压缩风机。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示的一种化学微反应装置及其使用方法，包括化学微反应器31、物料A输送泵32、物料B输送泵33、物料A储罐34、物料B储罐35；
还包括，物料A补料管9、物料B补料管10、物料A循环管线11、物料B 循环管线12、物料C输送管线13和进气管线14；
所述化学微反应器31包括反应器外管1、物料释放毛细管束2、毛细管间隙3、第一物料B分配盘4、第一物料B分配管5、第一物料A分配管6、第一物料B进出料接口7、第一物料A进出料接口8、第二物料B分配盘24、第二物料B分配管25、第二物料A分配管26、第二物料B进出料接口27、第二物料A 进出料接口28；
所述物料A补料管9连通到所述物料A储罐34的进料口，所述物料A储罐 34的出料口通过所述物料A输送泵32后连通到所述第一物料A进出料接口8；所述第一物料A进出料接口8通过所述第一物料A分配管6连通到多个所述物料释放毛细管束2，多个所述物料释放毛细管束2再通过所述第二物料A分配管 16连通到所述第二物料A进出料接口18；所述第二物料A进出料接口18再通过所述物料A循环管线11连通到所述物料A储罐34；
所述物料B补料管10连通到所述物料B储罐35的进料口，所述物料B储罐35的出料口通过所述物料B输送泵33后连通到所述第一物料B进出料接口7；所述第一物料B进出料接口7通过所述第一物料B分配管5连通到所述第一物料B分配盘4，所述第一物料B分配盘4连通到所述毛细管间隙3，所述毛细管间隙3再通过所述第二物料B分配盘24连通到第二物料分配管25，所述第二物料B分配管25连通到所述第二物料B进出料接口27；所述第二物料B进出料接口27再通过所述物料B循环管线12连通到所述物料B储罐35；
所述物料释放毛细管束2上设置有介孔与所述毛细管间隙3相通，所述物料B储罐35上还设置有所述物料C输送管线13。
在更加优选的实施例中，还包括压缩风机36，所述压缩风机36的出风口连通到所述进气管线14，所述进气管线14分为两路，一路连通到所述物料A输送泵 32与所述第一物料A进出料接口8之间的管路上；另一路连通到所述物料B输送泵 33与所述第一物料B进出料接口7之间的管路上。
在更加优选的实施例中，所述反应器外管1的材质为耐温、耐腐蚀有机高分子材料，壁厚为2-10mm；
所述物料释放毛细管束2为中空纤维毛细管，内径为0.6-1.2mm、外径 0.8-2.4mm、壁厚0.1mm-0.6mm、表面孔径50nm-200nm、孔隙率30％-80％；
所述物料释放毛细管束2的材质为PVC/PVDF/PP/PE/PSF和/或PES；
所述的化学微反应器毛细管间隙3在所述反应器外管1内的排列方式为正三角形或正方形排列，所述物料释放毛细管束2的心距为所述物料释放毛细管束2外径的1.1-2.0倍排列；
所述第一物料B分配盘4与第二物料B分配盘24分别分布在所述化学微反应器31的两端，并分别通过所述第一物料B分配盘4与第二物料B分配盘24 的中心柱连接，并与所述反应器外管1相对固定；
所述第一物料B分配管5和所述第一物料B进出料接口7连接，所述第一物料B分配管5平行于所述化学微反应器31的端面，且与端面距离5-50mm，所述第一物料B分配管5远离端面侧呈辐射状开孔，所述开孔的辐射角度为60-150 °、孔径为1-5mm；
所述第一物料A分配管6和所述第一物料A进出料接口8连接，所述第一物料A 分配管6平行于所述化学微反应器31端面，且与端面距离5-50mm，所述第一物料 A分配管6远离端面侧呈辐射状开孔，所述开孔的辐射角度为60-150°、孔径为1-5mm。
在更加优选的实施例中，所述反应器外管1壁厚为3-6mm；
所述反应器外管1采用的有机高分子材料为PP/PE/含氟类聚合物材料 /PET/ABS和/或UPVC，所述含氟类聚合物材料包括但不限于PTFE/PVDF和/或 PFA；
所述物料释放毛细管束2的内径0.8-1.0mm、外径1.2-2.0mm、壁厚 0.2-0.4mm、表面孔径50-150nm、孔隙率50％-70％；
所述毛细管间隙3在所述反应器外管1内的排列方式为正三角形排列，所述物料释放毛细管束2的心距为所述物料释放毛细管束2外径的1.2-1.6倍排列。
在更加优选的实施例中，所述反应器外管1采用的有机高分子材料为有机高分子材料PP/PVDF和/或UPVC；
所述物料释放毛细管束2的材质为PVC/PVDF/PP和/或PE；
所述第一物料B分配管5与所述化学微反应器31的端面距离为10-40mm、所述开孔的辐射角度为90-120°、孔径为2-3mm；
所述第一物料A分配管6与所述化学微反应器31端面距离10-40mm、所述第一物料A分配管6开孔的辐射角度为90-120°、孔径为2-3mm。
在更加优选的实施例中，所述物料A由所述物料A储罐34经所述物料A输送泵32送入所述化学微反应器31的所述第一物料A进出料接口8，经过内置所述第一物料A分配管6进入所述物料释放毛细管束2；所述物料A经所述物料释放毛细管束2部分释放与所述物料B在毛细管外壁发生化学反应，未反应的所述物料A经所述第二物料A分配管26及所述第二物料A进出料接口28沿所述物料A循环管线11返回至所述物料A储罐34；或者所述物料A与经所述物料释放毛细管束2部分释放的所述物料B在毛细管内壁发生界面化学微反应生成产品C，反应产生的所述产品C在所述物料释放毛细管束2的内表面被切向流动的所述物料A带离，经所述第二物料A分配管及所述第二物料A进出料接口28沿所述物料A循环管线11返回至所述物料A储罐34；
所述物料B由所述物料B储罐35经所述物料B输送泵33送入所述化学微反应器31的所述第一物料B进出料接口7，经过内置所述第一物料B分配管5进入所述物料B分配盘4的空腔，通过将所述物料B释放至毛细管间隙3；所述物料B与经所述释放毛细管束2部分释放的所述物料A在所述释放毛细管束2外壁发生界面化学微反应生成产品C，反应产生的所述产品C在所述物料释放毛细管束2的外表面被切向流动的所述物料B带离，经所述第二物料B分配盘24和所述第二物料B分配管25及所述第二物料B进出料接口27沿所述物料B循环管线12返回至所述物料B 储罐35；或者所诉物料B经所述释放毛细管束2部分释放与所述物料A在毛细管内壁发生反应，未反应的物料B经所述第二物料B分配盘24和所述第二物料B分配管25及所述第二物料B进出料接口27沿所述物料B循环管线12返回至所述物料B储罐35。
在更加优选的实施例中，其中，通过调节所述第一物料A进出料接口8与所述第一物料B进出料口7的压力，控制物料的释放方向同时调控所述物料A与所述物料B在毛细管界面的反应速度和反应强度。
在更加优选的实施例中，其中，通过调节所述物料A输送泵32的流量，调控所述第一物料A进出料接口8的流量，从而调控所述物料A在所述物料释放毛细管束2内的流动速度；通过调节所述物料B输送泵33的流量，调控所述第一物料B进出料接口7的流量，从而控制所述物料B在所述毛细管间隙3内的流动速度。
在更加优选的实施例中，调节所述第一物料A进出料接口8的压力为 0.1-2bar；通过调节所述物料A输送泵32的流量，使得膜面流速为0.5-3.0m/sec。
在更加优选的实施例中，所述物料A和所述物料B发生反应时，可以通过计量控制形成间歇或连续反应分离过程。
一种化学微反应装置，包括包括化学微反应器31、物料A输送泵32、物料 B输送泵33、物料A储罐34、物料B储罐35、压缩风机36、物料A补料管9、物料B补料管10、物料A循环管线11、物料B循环管线12、物料C输送管线 13和进气管线14。
化学微反应器31包括反应器外管1、物料释放毛细管束2、毛细管间隙3、第一物料B分配盘4、第一物料B分配管5、第一物料A分配管6、第一物料B 进出料接口7、第一物料A进出料接口8、第二物料B分配盘24、第二物料B分配管25、第二物料A分配管26、第二物料B进出料接口27、第二物料A进出料接口28。
反应器外管1的材质为耐温、耐腐蚀有机高分子材料；反应器外管1的壁厚为2-10mm，优选3-6mm。其中，有机高分子材料优选PP、PE、含氟类聚合物材料(包括但不限于PTFE、PVDF、PFA)、PET、ABS、UPVC等，更优选有机高分子材料PP、PVDF、UPVC。
物料释放毛细管束2为中空纤维毛细管，内径为0.6-1.2mm、外径 0.8-2.4mm、壁厚0.1mm-0.6mm、表面孔径50nm-200nm、孔隙率30％-80％，优选中空纤维毛细管内径0.8-1.0mm、外径1.2-2.0mm、壁厚0.2-0.4mm、表面孔径 50-150nm、孔隙率50％-70％；材质为PVC、PVDF、PP、PE、PSF、PES等，优选 PVC、PVDF、PP、PE。
毛细管间隙3为毛细管在反应器外管1内的排列方式为正三角形或正方形排列，毛细管心距为毛细管外径的1.1-2.0倍排列，优选正三角形排列、优选毛细管心距为毛细管外径的1.2-1.6倍排列。
第一物料B分配盘和第二物料B分配盘分布在化学微反应器的两端，并通过分配盘的中心柱连接，并与反应器外管1相对固定。
第一物料B分配管5和第一物料B进出料接口7连接，第一物料B分配管5 平行于所述化学微反应器31的端面，且与端面距离5-50mm，所述第一物料B分配管5远离端面侧呈辐射状开孔，开孔的辐射角度为60-150°、孔径为1-5mm；第一物料A分配管6和第一物料A进出料接口8连接，第一物料A分配管6平行于化学微反应器31端面，且与端面距离5-50mm，第一物料A分配管6远离端面侧呈辐射状开孔，所开孔的辐射角度为60-150°孔径为1-5mm。
物料A补料管9连通到物料A储罐34的进料口，物料A储罐34出料口经物料A输送泵32连通到第一物料A进出料接口8，第一物料A进出料接口8通过第一物料A分配管6连通到多个所述物料释放毛细管束2，多根物料释放毛细管束2再通过第二物料A分配管16连通到第二物料A进出料接口18，第二物料 A进出料接口18再通过物料A循环管线11连通到物料A储罐34。物料B补料管10连通到物料B储罐35的进料口，物料B储罐35的出料口通过物料B输送泵33后连通到第一物料B进出料接口7；第一物料B进出料接口7通过第一物料B分配管5连通到第一物料B分配盘4，第一物料B分配盘4连通到毛细管间隙3，毛细管间隙3再通过第二物料B分配盘24连通到第二物料分配管25，第二物料B分配管25连通到第二物料B进出料接口27；第二物料B进出料接口 27再通过物料B循环管线12连通到物料B储罐35。物料释放毛细管束2上设置有介孔与毛细管间隙3相连通，物料B储罐35上还设置有物料C输送管线13。
压缩风机36的出风口与进气管线相连，进气管线分为两路，一路连通到物料A输送泵32与第一物料A进出料接口8之间的管路上；另一路连通到物料B 输送泵33与第一物料B进出料接口7之间的管路上。
使用方法：
物料A由所述物料A储罐34经物料A输送泵32送入化学微反应器31的第一物料A进出料接口8，经过内置第一物料A分配管进入物料释放毛细管束2；物料A经物料释放毛细管束2部分释放与物料B在毛细管外壁发生化学反应，未反应的物料A经第二物料A分配管26及第二物料A进出料接口28沿物料A 循环管线11返回至物料A储罐34；或者物料A与经物料释放毛细管束2部分释放的物料B在毛细管内壁发生界面化学微反应生成产品C，反应产生的产品C在物料释放毛细管束2的内表面被切向流动的物料A带离，经第二物料A分配管及第二物料A进出料接口28沿物料A循环管线11返回至物料A储罐34。
物料B由物料B储罐35经物料B输送泵33送入化学微反应器31的第一物料B进出料接口7，经过内置第一物料B分配管5进入物料B分配盘4的空腔，通过将物料B释放至毛细管间隙3；物料B与经释放毛细管束2部分释放的物料 A在释放毛细管束2外壁发生界面化学微反应生成产品C，反应产生的产品C在物料释放毛细管束2的外表面被切向流动的物料B带离，经第二物料B分配盘 24和第二物料B分配管25及第二物料B进出料接口27沿物料B循环管线12返回至物料B储罐35；或者物料B经释放毛细管束2部分释放与物料A在毛细管内壁发生反应，未反应的物料B经第二物料B分配盘24和第二物料B分配管25 及第二物料B进出料接口27沿物料B循环管线12返回至物料B储罐35。
其中，通过调节第一物料A进出料接口8与第一物料B进出料口7的压力，控制物料的释放方向同时调控物料A与物料B在毛细管界面的反应速度和反应强度。通过调节物料A输送泵32的流量，调控第一物料A进出料接口8的流量，从而调控物料A在物料释放毛细管束2内的流动速度；通过调节物料B输送泵33的流量，调控第一物料B进出料接口7的流量，从而控制物料B在毛细管间隙3内的流动速度。
调节物料A输送泵32的进口压力为0.1-2bar，优选0.5-1.5bar；通过调节物料A输送泵32的流量，使得膜面流速为0.5-3.0m/sec，优选膜面流速为 1.0-2.0m/sec；控制物料A在物料释放毛细管束2内的流动速度，以形成物料A 沿毛细管2内表面的切向和法向流速
调节物料B输送泵33的进口压力0.1-2bar，优选0.5-1.5bar；控制物料B 在物料释放毛细管束2外表面介孔通道与物料A的反应速度和反应强度；通过调节物料B输送泵33的进口流量，使得膜面流速为0.5-3.0m/sec，优选膜面流速为1.0-2.0m/sec.
本装置中物料A和物料B发生的反应可以通过计量控制形成间歇或连续反应分离过程。
实施例1
一种化学微反应装置，包括包括化学微反应器31、物料A输送泵32、物料 B输送泵33、物料A储罐34、物料B储罐35、压缩风机36、物料A补料管9、物料B补料管10、物料A循环管线11、物料B循环管线12、物料C输送管线 13和进气管线14。
化学微反应器31包括反应器外管1、物料释放毛细管束2、毛细管间隙3、第一物料B分配盘4、第一物料B分配管5、第一物料A分配管6、第一物料B 进出料接口7、第一物料A进出料接口8、第二物料B分配盘24、第二物料B分配管25、第二物料A分配管26、第二物料B进出料接口27、第二物料A进出料接口28。
化学微反应器外管1选用材质为耐温、耐腐蚀壁厚为2mm的PP管材；
化学微反应器物料释放管2为PVC中空纤维毛细管，内外径分别为0.6/0.8，壁厚为0.1mm、表面孔径50nm、孔隙率30％；
化学微反应器物料释放管间隙3为毛细管在反应器外管1内的排列方式为正三角形排列，毛细管心距为1.6mm；
化学微反应器第一物料B分配盘4与第二物料B分配盘24分别分布在化学微反应器的两端，并通过分配盘的中心柱连接，并与反应器外管1相对固定；第一物料B分配管5和第一物料B进出料接口7连接，第一物料B分配管5平行于化学微反应器31的端面，与端面距离5mm，分配管面向端面侧辐射状开孔，辐射角度60°、分布孔大小1mm；
化学微反应器物料A分配管6和第一物料A进出料接口8连接，第一物料A 分配管6平行于化学微反应器31的端面，与端面距离5mm，分配管面向端面侧辐射状开孔，辐射角度60°、分布孔大小1mm。
所述的化学反应发生在物料释放毛细管束2外表面的一种化学微反应装置的使用方法：A物料由物料A储罐34经物料A输送泵32送入化学微反应器31 的第一物料A进出料接口8，并调节物料A输送泵32的出口压力为0.5bar，经过内置第一物料A分配管6进入物料释放毛细管束2，同时控制物料A在物料释放毛细管束2内的流动速度为1.0m/sec，以形成物料A物料释放毛细管束2内表面的切向和法向流速。
在物料开始循环释放的过程中，同时调节物料B输送泵33的进口压力 0.1bar；控制物料B在物料释放毛细管束2外表面与物料A的反应速度和反应强度；调节物料B在毛细管间隙3内的流动速度为0.5m/sec，形成物料B沿物料释放毛细管束2外部的切向流速和与物料A的反应速度。
物料A经毛细管外壁部分释放与物料B在毛细管外壁发生化学反应，未反应的物料A由第2物料A进出料接28返回至物料A储罐34。反应后的产品在毛细管的边界层被流动的物料B切向离开，产品与未反应的物料B经第二物料B 分配盘24和第二物料B分配管25及第二物料B进出料接口沿物料B循环管线返回至物料B储罐35，产品在物料B储罐35中分离后排出。
需要氧气或惰性气体参与的化学微反应：可通过压缩风机36经进气管线14 与物料A、物料B或物料AB经管道混合进入化学微反应器31参与或保护化学反应。
实施例2
一种化学微反应装置，包括包括化学微反应器31、物料A输送泵32、物料 B输送泵33、物料A储罐34、物料B储罐35、压缩风机36、物料A补料管9、物料B补料管10、物料A循环管线11、物料B循环管线12、物料C输送管线 13和进气管线14。
化学微反应器31包括反应器外管1、物料释放毛细管束2、毛细管间隙3、第一物料B分配盘4、第一物料B分配管5、第一物料A分配管6、第一物料B 进出料接口7、第一物料A进出料接口8、第二物料B分配盘24、第二物料B分配管25、第二物料A分配管26、第二物料B进出料接口27、第二物料A进出料接口28。
化学微反应器外管1选用材质为耐温、耐腐蚀壁厚为3mm的UPVC管材；
化学微反应器物料释放管2为PVDF中空纤维毛细管，内外径分别为 0.8/1.2，壁厚为0.2mm、表面孔径100nm、孔隙率50％；
化学微反应器物料释放管间隙3为毛细管在反应器外管1内的排列方式为正方形排列，毛细管心距为1.92mm；
化学微反应器第一物料B分配盘4与第二物料B分配盘24分别分布在在化学微反应器的两端，并通过分配盘的中心柱连接，并与反应器外管1相对固定；第一物料B分配管5和第一物料B进出料接口7连接，第一物料B分配管5平行于化学微反应器31的端面，与端面距离10mm，分配管面向端面侧辐射状开孔，辐射角度90°、分布孔大小2mm；
化学微反应器第一物料A分配管6和第一物料A进出料接口8连接，第一物料A分配管6平行于化学反应器31端面，与端面距离10mm，分配管面向端面侧辐射状开孔，辐射角度90°、分布孔大小2mm。
所述的化学反应发生在物料释放毛细管束2内表面的一种化学微反应装置的使用方法：A物料由物料A储罐34经物料A输送泵32送入化学微反应器31 的第一物料A进出料接口8，并调节物料A输送泵32的出口压力为0.5bar，经过内置第一物料A分配管6进入物料释放毛细管束2，同时控制物料A在物料释放毛细管束2内的流动速度为1.0m/sec，以形成物料A物料释放毛细管束2内表面的切向和法向流速。
在物料开始循环释放的过程中，同时调节物料B输送泵33的进口压力 0.1bar；控制物料B在物料释放毛细管束2外表面与物料A的反应速度和反应强度；调节物料B在毛细管间隙3内的流动速度为0.5m/sec，形成物料B沿物料释放毛细管束2外部的切向流速和与物料A的反应速度。
物料B经毛细管外壁部分释放与物料A在毛细管内壁发生化学反应，未反应的物料A由第二物料A进出料接口28返回至物料A储罐34。反应后的产品在毛细管内壁边界层被流动的物料A切向离开，经物料A第二物料A进出料接口 28返回至物料A储罐34，产品在物料A储罐34中分离后排出。
实施例3
一种化学微反应装置，包括包括化学微反应器31、物料A输送泵32、物料 B输送泵33、物料A储罐34、物料B储罐35、压缩风机36、物料A补料管9、物料B补料管10、物料A循环管线11、物料B循环管线12、物料C输送管线 13和进气管线14。
化学微反应器31包括反应器外管1、物料释放毛细管束2、毛细管间隙3、第一物料B分配盘4、第一物料B分配管5、第一物料A分配管6、第一物料B 进出料接口7、第一物料A进出料接口8、第二物料B分配盘24、第二物料B分配管25、第二物料A分配管26、第二物料B进出料接口27、第二物料A进出料接口28。
化学微反应器外管1选用材质为耐温、耐腐蚀壁厚为6mm的PVDF管材；
化学微反应器物料释放管2为PP中空纤维毛细管，内外径分别为1.0/2.0，壁厚为0.5mm、表面孔径150nm、孔隙率70％；
化学微反应器物料释放管间隙3为毛细管在反应器外管1内的排列方式为正三角形排列，毛细管心距为2.6mm；
化学微反应器第一物料B分配盘4与第二物料B分配盘24分别分布在化学微反应器的两端，并通过分配盘的中心柱连接，并与反应器外管1相对固定；第一物料B分配管5和第一物料B进出料接口7连接，第一物料B分配管5平行于化学微反应器31的端面，，与端面距离40mm，分配管面向端面侧辐射状开孔，辐射角度120°、分布孔大小3mm；
化学微反应器第一物料A分配管6和第一物料A进出料接口8连接，第一物料A分配管6平行于化学微反应器31的端面，与端面距离40mm，分配管面向端面侧辐射状开孔，辐射角度120°、分布孔大小3mm。
所述的化学反应发生在物料释放毛细管束2外表面的一种化学微反应装置的使用方法：A物料由物料A储罐34经物料A输送泵32送入化学微反应器31 的第一物料A进出料接口8，并调节物料A输送泵32的出口压力为0.5bar，经过内置第一物料A分配管6进入物料释放毛细管束2，同时控制物料A在物料释放毛细管束2内的流动速度为0.5m/sec，以形成物料A沿物料释放毛细管束2 内表面的切向和法向流速。
在物料开始循环释放的过程中，同时调节物料B输送泵33的进口压力 0.5bar；控制物料B在物料释放毛细管束2内表面与物料A的反应速度和反应强度；调节物料B在毛细管间隙3内的流动速度为1.0m/sec，形成物料B沿物料释放毛细管束2外部的切向流速和与物料A的反应速度。
物料A经毛细管外壁部分释放与物料B在毛细管外壁发生化学反应，未反应的物料A由第2物料A进出料接28返回至物料A储罐34。反应后的产品在毛细管的边界层被流动的物料B切向离开，产品与未反应的物料B经第二物料B分配盘24和第二物料B分配管25及第二物料B进出料接口沿物料B循环管线返回至物料B储罐35，产品在物料B储罐35中分离后排出。
实施例4
一种化学微反应装置，包括包括化学微反应器31、物料A输送泵32、物料 B输送泵33、物料A储罐34、物料B储罐35、压缩风机36、物料A补料管9、物料B补料管10、物料A循环管线11、物料B循环管线12、物料C输送管线 13和进气管线14。
化学微反应器31包括反应器外管1、物料释放毛细管束2、毛细管间隙3、第一物料B分配盘4、第一物料B分配管5、第一物料A分配管6、第一物料B 进出料接口7、第一物料A进出料接口8、第二物料B分配盘24、第二物料B分配管25、第二物料A分配管26、第二物料B进出料接口27、第二物料A进出料接口28。
化学微反应器外管1选用材质为耐温、耐腐蚀壁厚为10mm的ABS管材；
化学微反应器物料释放管2为PE中空纤维毛细管，内外径分别为1.2/2.4，壁厚为0.6mm、表面孔径200nm、孔隙率80％；
化学微反应器物料释放管间隙3为毛细管在反应器外管1内的排列方式为正方形排列，毛细管心距为2.88mm；
化学微反应器物第一物料B分配盘4与第二物料B分配盘24分布在化学微反应器的两端，并通过分配盘的中心柱连接，并与反应器外管1相对固定；第一物料B分配管5和物料B进出料接口连接，第一物料B分配管5平行于化学微反应器31端面，与端面距离50mm，分配管面向端面侧辐射状开孔，辐射角度 150°、分布孔大小5mm；
化学微反应器第一物料A分配管6和物料B进出料接口连接，第一物料A 分配管6平行于反应器端面，与端面距离50mm，分配管面向端面侧辐射状开孔，辐射角度150°、分布孔大小5mm。
所述的化学反应发生在物料释放毛细管束2内表面的一种化学微反应装置的使用方法：A物料由物料A储罐34经物料A输送泵32送入化学微反应器31 的第一物料A进出料接口8，并调节物料A输送泵32的出口压力为1.5bar，经过内置第一物料A分配管6进入物料释放毛细管束2，同时控制物料A在物料释放毛细管束2内的流动速度为2.0m/sec，以形成物料A沿物料释放毛细管束2 内表面的切向和法向流速。
在物料开始循环释放的过程中，同时调节物料B输送泵33的进口压力 2.0bar；控制物料B在物料释放毛细管束2内表面与物料A的反应速度和反应强度；调节物料B在毛细管间隙3内的流动速度为3.0m/sec，形成物料B沿物料释放毛细管束2外部的切向流速和与物料A的反应速度。
物料B经毛细管外壁部分释放与物料A在毛细管内壁发生化学反应，未反应的第一物料A进出料接口8返回至物料A储罐34。反应后的产品在毛细管内壁边界层被流动的物料A切向离开，经第一物料A进出料接口8返回至物料A 储罐34，产品在物料A储罐34中分离后排出。
以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种化学微反应装置，其特征在于：包括化学微反应器(31)、物料A输送泵(32)、物料B输送泵(33)、物料A储罐(34)、物料B储罐(35)；
还包括，物料A补料管(9)、物料B补料管(10)、物料A循环管线(11)、物料B循环管线(12)、物料C输送管线(13)和进气管线(14)；
所述化学微反应器(31)包括反应器外管(1)、物料释放毛细管束(2)、毛细管间隙(3)、第一物料B分配盘(4)、第一物料B分配管(5)、第一物料A分配管(6)、第一物料B进出料接口(7)、第一物料A进出料接口(8)、第二物料B分配盘(24)、第二物料B分配管(25)、第二物料A分配管(26)、第二物料B进出料接口(27)、第二物料A进出料接口(28)；
所述物料A补料管(9)连通到所述物料A储罐(34)的进料口，所述物料A储罐(34)的出料口通过所述物料A输送泵(32)后连通到所述第一物料A进出料接口(8)；所述第一物料A进出料接口(8)通过所述第一物料A分配管(6)连通到多个所述物料释放毛细管束(2)，多个所述物料释放毛细管束(2)再通过所述第二物料A分配管(16)连通到所述第二物料A进出料接口(18)；所述第二物料A进出料接口(18)再通过所述物料A循环管线(11)连通到所述物料A储罐(34)；
所述物料B补料管(10)连通到所述物料B储罐(35)的进料口，所述物料B储罐(35)的出料口通过所述物料B输送泵(33)后连通到所述第一物料B进出料接口(7)；所述第一物料B进出料接口(7)通过所述第一物料B分配管(5)连通到所述第一物料B分配盘(4)，所述第一物料B分配盘(4)连通到所述毛细管间隙(3)，所述毛细管间隙(3)再通过所述第二物料B分配盘(24)连通到第二物料分配管(25)，所述第二物料B分配管(25)连通到所述第二物料B进出料接口(27)；所述第二物料B进出料接口(27)再通过所述物料B循环管线(12)连通到所述物料B储罐(35)；
所述物料释放毛细管束(2)上设置有介孔与所述毛细管间隙(3)相通，所述物料B储罐(35)上还设置有所述物料C输送管线(13)。
2.根据权利要求1所述的化学微反应装置，其特征在于：还包括压缩风机(36)，所述压缩风机(36)的出风口连通到所述进气管线(14)，所述进气管线(14)分为两路，一路连通到所述物料A输送泵(32)与所述第一物料A进出料接口(8)之间的管路上；另一路连通到所述物料B输送泵(33)与所述第一物料B进出料接口(7)之间的管路上。
3.根据权利要求1所述的化学微反应装置，其特征在于：所述反应器外管(1)的材质为耐温、耐腐蚀有机高分子材料，壁厚为2-10mm；
所述物料释放毛细管束(2)为中空纤维毛细管，内径为0.6-1.2mm、外径0.8-2.4mm、壁厚0.1mm-0.6mm、表面孔径50nm-200nm、孔隙率30％-80％；
所述物料释放毛细管束(2)的材质为PVC/PVDF/PP/PE/PSF和/或PES；
所述的化学微反应器毛细管间隙(3)在所述反应器外管(1)内的排列方式为正三角形或正方形排列，所述物料释放毛细管束(2)的心距为所述物料释放毛细管束(2)外径的1.1-2.0倍排列；
所述第一物料B分配盘(4)与第二物料B分配盘(24)分别分布在所述化学微反应器(31)的两端，并分别通过所述第一物料B分配盘(4)与第二物料B分配盘(24)的中心柱连接，并与所述反应器外管(1)相对固定；
所述第一物料B分配管(5)和所述第一物料B进出料接口(7)连接，所述第一物料B分配管(5)平行于所述化学微反应器(31)的端面，且与端面距离5-50mm，所述第一物料B分配管(5)远离端面侧呈辐射状开孔，所述开孔的辐射角度为60-150°、孔径为1-5mm；
所述第一物料A分配管(6)和所述第一物料A进出料接口(8)连接，所述第一物料A分配管(6)平行于所述化学微反应器(31)端面，且与端面距离5-50mm，所述第一物料A分配管(6)远离端面侧呈辐射状开孔，所述开孔的辐射角度为60-150°、孔径为1-5mm。
4.根据权利要求3所述的化学微反应装置，其特征在于：所述反应器外管(1)壁厚为3-6mm；
所述反应器外管(1)采用的有机高分子材料为PP/PE/含氟类聚合物材料/PET/ABS和/或UPVC，所述含氟类聚合物材料包括但不限于PTFE/PVDF和/或PFA；
所述物料释放毛细管束(2)的内径0.8-1.0mm、外径1.2-2.0mm、壁厚0.2-0.4mm、表面孔径50-150nm、孔隙率50％-70％；
所述毛细管间隙(3)在所述反应器外管(1)内的排列方式为正三角形排列，所述物料释放毛细管束(2)的心距为所述物料释放毛细管束(2)外径的1.2-1.6倍排列。
5.根据权利要求4所述的化学微反应装置，其特征在于：所述反应器外管(1)采用的有机高分子材料为有机高分子材料PP/PVDF和/或UPVC；
所述物料释放毛细管束(2)的材质为PVC/PVDF/PP和/或PE；
所述第一物料B分配管(5)与所述化学微反应器(31)的端面距离为10-40mm、所述开孔的辐射角度为90-120°、孔径为2-3mm；
所述第一物料A分配管(6)与所述化学微反应器(31)端面距离10-40mm、所述第一物料A分配管(6)开孔的辐射角度为90-120°、孔径为2-3mm。
6.一种根据权利要求1-5所述化学微反应装置的使用方法，其特征在于：所述物料A由所述物料A储罐(34)经所述物料A输送泵(32)送入所述化学微反应器(31)的所述第一物料A进出料接口(8)，经过内置所述第一物料A分配管(6)进入所述物料释放毛细管束(2)；所述物料A经所述物料释放毛细管束(2)部分释放与所述物料B在毛细管外壁发生化学反应，未反应的所述物料A经所述第二物料A分配管(26)及所述第二物料A进出料接口(28)沿所述物料A循环管线(11)返回至所述物料A储罐(34)；或者所述物料A与经所述物料释放毛细管束(2)部分释放的所述物料B在毛细管内壁发生界面化学微反应生成产品C，反应产生的所述产品C在所述物料释放毛细管束(2)的内表面被切向流动的所述物料A带离，经所述第二物料A分配管及所述第二物料A进出料接口(28)沿所述物料A循环管线(11)返回至所述物料A储罐(34)；
所述物料B由所述物料B储罐(35)经所述物料B输送泵(33)送入所述化学微反应器(31)的所述第一物料B进出料接口(7)，经过内置所述第一物料B分配管(5)进入所述物料B分配盘(4)的空腔，通过将所述物料B释放至毛细管间隙(3)；所述物料B与经所述释放毛细管束(2)部分释放的所述物料A在所述释放毛细管束(2)外壁发生界面化学微反应生成产品C，反应产生的所述产品C在所述物料释放毛细管束(2)的外表面被切向流动的所述物料B带离，经所述第二物料B分配盘(24)和所述第二物料B分配管(25)及所述第二物料B进出料接口(27)沿所述物料B循环管线(12)返回至所述物料B储罐(35)；或者所诉物料B经所述释放毛细管束(2)部分释放与所述物料A在毛细管内壁发生反应，未反应的物料B经所述第二物料B分配盘(24)和所述第二物料B分配管(25)及所述第二物料B进出料接口(27)沿所述物料B循环管线(12)返回至所述物料B储罐(35)。
7.根据权利要求6所述的化学微反应装置及其使用方法，其特征在于：其中，通过调节所述第一物料A进出料接口(8)与所述第一物料B进出料口(7)的压力，控制物料的释放方向同时调控所述物料A与所述物料B在毛细管界面的反应速度和反应强度。
8.根据权利要求7所述的化学微反应装置及其使用方法，其特征在于：其中，通过调节所述物料A输送泵(32)的流量，调控所述第一物料A进出料接口(8)的流量，从而调控所述物料A在所述物料释放毛细管束(2)内的流动速度；通过调节所述物料B输送泵(33)的流量，调控所述第一物料B进出料接口(7)的流量，从而控制所述物料B在所述毛细管间隙(3)内的流动速度。
9.根据权利要求6所述的化学微反应装置及其使用方法，其特征在于：调节所述第一物料A进出料接口(8)的压力为0.1-2bar；通过调节所述物料A输送泵(32)的流量，使得膜面流速为0.5-3.0m/sec。
10.根据权利要求6所述的化学微反应装置及其使用方法，其特征在于：所述物料A和所述物料B发生反应时，可以通过计量控制形成间歇或连续反应分离过程。
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