CN114345284A - 一种高效散热反应装置 - Google Patents

Abstract

公开一种高效散热反应装置，包括：微流反应器，微流反应器内设有管体和冷却液，冷却液位于管体外；管体内用于容纳第一反应物和第二反应物；管体设有第一进料口和第一出料口，第一进料口用于向管体内通入第一反应物；管体的第一进料口和第一出料口之间的壁面上设有多个进料孔，用于向管体内通入第二反应物；反应釜，设有第二进料口和第二出料口，第二进料口和第一出料口相连通，第二出料口用于输出反应产物；反应釜内设有中空的柱体和中空的盘体，多个盘体沿柱体的轴向间隔设于柱体外，柱体和盘体内设有冷却液。本说明书所提供的高效散热反应装置，能提高换热和散热效率，使生产的聚丙烯酸钠具有分子量大、粘性高、回弹性好等优点。

Description

一种高效散热反应装置

技术领域

本说明书涉及水凝胶生产技术领域，尤其涉及一种高效散热反应装置。

背景技术

本部分的描述仅提供与本说明书公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

根据水凝胶对外界刺激不同的响应情况，可把水凝胶区分为传统型水凝胶和智能型水凝胶。其中，传统型水凝胶对环境的变化不特别明显；智能型水凝胶对外界溶剂、温度、pH、声波、电场、磁场、光、压力、离子强度等的微小变化与刺激进行响应，并且能够针对变化采取相应的“对策”，即水凝胶自身的构象、相结构、极性、组织结构等性质能随之变化，从而表现出智能特性。因此在各种酶催化开关、肥料的缓控释、分离膜的制作、柔性执行元件、活性酶包埋、生物传感器、癌症分子诊断、药物的控制释放、微机械、凝胶萃取以及其他的物质分离提纯方法、细胞等生物材料培养等方面，智能型水凝胶有着十分广阔的应用前景。

聚丙烯酸类水凝胶中含有大量羧基亲水基，是典型的pH敏感型水凝胶。理想的聚丙烯酸钠水凝胶树脂应当具有酸性弱、分子量大、粘性高、回弹性好的优点，然而现有技术合成的聚丙烯酸钠属于完全中和或部分中和，存在聚合过程中放热量大、放热快、酸性比较强、分子量小、粘性低、回弹性差等缺陷。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本说明书的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本说明书的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本说明书的一个目的是提供一种高效散热反应装置，能提高换热和散热效率，使生产的聚丙烯酸钠具有分子量大、粘性高、回弹性好等优点。

为达到上述目的，本说明书实施方式提供一种高效散热反应装置，包括：

微流反应器，所述微流反应器内设有管体和冷却液，所述冷却液位于所述管体外；所述管体内用于容纳第一反应物和第二反应物；所述管体设有第一进料口和第一出料口，所述第一进料口用于向所述管体内通入所述第一反应物；所述管体的所述第一进料口和所述第一出料口之间的壁面上设有多个进料孔，用于向所述管体内通入所述第二反应物；

反应釜，所述反应釜设有第二进料口和第二出料口，所述第二进料口和所述第一出料口相连通，所述第二出料口用于输出反应产物；所述反应釜内设有中空的柱体和中空的盘体，多个所述盘体沿所述柱体的轴向间隔设于所述柱体外，所述柱体和所述盘体内设有冷却液。

作为一种优选的实施方式，所述管体包括多个第一子管体，每个所述第一子管体沿第一方向延伸，多个所述第一子管体沿第二方向排列，所述第一方向和所述第二方向垂直；相邻两个所述第一子管体内的流体流动方向相反。

作为一种优选的实施方式，所述管体包括多个第二子管体，相邻的两个所述第一子管体通过一个所述第二子管体相连；相邻两个所述第二子管体在所述第一方向上位于所述第一子管体相对的两端；所述进料孔位于所述第二子管体。

作为一种优选的实施方式，所述进料孔的延伸方向和所述第一方向相交。

作为一种优选的实施方式，多个进料孔沿所述第二方向间隔分布。

作为一种优选的实施方式，所述管体的壁面设有多个第一凹部；所述第一反应物为氢氧化钠水溶液，所述第二反应物为丙烯酸。

作为一种优选的实施方式，所述柱体沿第二方向延伸，且所述柱体能绕其轴线旋转。

作为一种优选的实施方式，所述盘体具有相对的第一盘部和第二盘部，所述第一盘部向远离所述第二盘部的方向弯曲，所述第二盘部向远离所述第一盘部的方向弯曲。

作为一种优选的实施方式，所述第一盘部和所述柱体相交处设有进液孔，用于使冷却液从所述柱体内流入至所述盘体内；所述第二盘部和所述柱体相交处设有出液孔，用于使冷却液从所述盘体内流出至所述柱体内。

作为一种优选的实施方式，所述进液孔的延伸方向和所述第二方向相交。

有益效果：本实施方式所提供的高效散热反应装置，使用微流反应器快速热转移大量中和反应热量，第一反应物从第一进料口进入管体内，第二反应物作为辅料从多个进料孔分别进入管体内，能够解决第一反应物和第二反应物一次性混合后放热量大且快的问题；反应釜内设有中空的主体和盘体，可以容纳冷却液，能使反应釜内快速降温，从而提高换热和散热效率，使生产的聚丙烯酸钠具有分子量大、粘性高、回弹性好等优点。

参照后文的说明和附图，详细公开了本说明书的特定实施方式，指明了本说明书的原理可以被采用的方式。应该理解，本说明书的实施方式在范围上并不因而受到限制。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施方式中所提供的一种高效散热反应装置的结构示意图；

图2为图1的微流反应器结构示意图；

图3为本实施方式中所提供的一种管体壁面的结构示意图；

图4和本实施方式中所提供的另一种管体壁面的结构示意图；

图5为本实施方式中所提供的一种盘体和柱体的结构示意图。

附图标记说明：

1、微流反应器；2、冷却液；

3、管体；31、第一进料口；32、第一出料口；33、进料孔；34、第一子管体；35、第二子管体；36、第一凹部；

4、反应釜；41、第二进料口；42、第二出料口；43、上夹套；44、外盘管；45、下夹套；

5、柱体；51、搅拌机；

6、盘体；61、第一盘部；62、第二盘部；63、进液孔；64、出液孔；

X、第一方向；Y、第二方向。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的另一个元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中另一个元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本说明书的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本说明书的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本说明书。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1和图2。本申请实施方式提供一种高效散热反应装置，包括微流反应器1和反应釜4。

其中，微流反应器1内设有管体3和冷却液2，冷却液2位于管体3外。管体3内用于容纳第一反应物和第二反应物。管体3设有第一进料口31和第一出料口32，第一进料口31用于向管体3内通入第一反应物。管体3的第一进料口31和第一出料口32之间的壁面上设有多个进料孔33，用于向管体3内通入第二反应物。反应釜4设有第二进料口41和第二出料口42。第二进料口41和第一出料口32相连通。第二出料口42用于输出反应产物。反应釜4内设有中空的柱体5和中空的盘体6。多个盘体6沿柱体5的轴向间隔设于柱体5外。柱体5和盘体6内设有冷却液2。

本实施方式所提供的高效散热反应装置，使用微流反应器1快速热转移大量中和反应热量，第一反应物从第一进料口31进入管体3内，第二反应物作为辅料从多个进料孔33分别进入管体3内，能够解决第一反应物和第二反应物一次性混合后放热量大且快的问题；反应釜4内设有中空的主体和盘体6，可以容纳冷却液2，能使反应釜4内快速降温，从而提高换热和散热效率，使生产的聚丙烯酸钠具有分子量大、粘性高、回弹性好等优点。

在本实施方式中，第一反应物可以为氢氧化钠水溶液，第二反应物可以为丙烯酸，从而氢氧化钠水溶液从第一进料口31进入管体3内，使管体3内充满氢氧化钠水溶液。根据进料孔33的数量，例如进料孔33有n（n为大于或等于2的自然数）个，将反应所需的丙烯酸分为（n+1）份，每个进料孔33通入其中一份丙烯酸，还有一份丙烯酸和氢氧化钠水溶液一同通过第一进料口31进入管体3。由于不同进料孔33的位置不同，丙烯酸不会和氢氧化钠水溶液一次性混合，从而能减少放热量、减慢放热速度。

具体的，管体3可以包括多个第一子管体34，每个第一子管体34沿第一方向X延伸。多个第一子管体34沿第二方向Y排列。在本实施方式中，所述第一方向X和所述第二方向Y垂直。结合图2所示，第一方向X为水平方向，第二方向Y为竖直方向。相邻两个第一子管体34内的流体流动方向相反。如图2所示，自上而下的第一个第一子管体34内的流体自左向右流动，第二个第一子管体34内的流体自右向左流动，第奇数个第一子管体34内的流体自左向右流动，第偶数个第一子管体34内的流体自右向左流动。

当然，第一方向X也可以为其他方向，例如与水平方向具有预定夹角的方向等，本申请实施方式对此不作唯一的限定。

更具体的，管体3还可以包括多个第二子管体35，相邻的两个第一子管体34通过一个第二子管体35相连。第一子管体34为直管，第二子管体35为弯管，且第二子管体35的两端分别和两个第一子管体34相连。相邻两个第二子管体35在第一方向X上位于第一子管体34相对的两端。如图2所示，在自上而下的方向上，即第二方向Y的反向上，第一个第二子管体35位于第一子管体34的右侧，第二个第二子管体35位于第一子管体34的左侧，第奇数个第二子管体35位于第一子管体34的右侧，第偶数个第二子管体35位于第一子管体34的左侧。

在本实施方式中，进料孔33可以位于第二子管体35。在其他实施例中，进料孔33也可以位于第一子管体34。优选的，进料孔33的延伸方向和第一方向X相交，也即进料孔33相对于第一子管体34为斜孔，可以使得丙烯酸进入氢氧化钠水溶液时与氢氧化钠水溶液原本的流动方向不同，从而可以改平流为湍流，提高混合效率和热分散效率。

具体的，多个进料孔33沿第二方向Y间隔分布，且多个进料孔33位于一条直线上。如图2所示，进料孔33均位于第一子管体34左侧的第二子管体35上。例如，进料孔33的数量可以为九个，则将反应所需的丙烯酸平均分成十份，每个进料孔33通入反应所需的丙烯酸的十分之一，还有一份十分之一的丙烯酸通过第一进料口31进入管体3。

在本实施方式中，进料孔33背离管体3内的一端可以连接有文丘里管，从而丙烯酸可以采用文丘里管虹吸原理自动添加至管体3内。

如图3所示，管体3的壁面可以设有多个第一凹部36，用于增大管体3内的流体和管体3外的冷却液2的接触面积，从而提高换热和散热效率。具体的，多个第一凹部36沿管体3的延伸方向间隔均匀地分布。如图4所示，第一凹部36的底面可以为尖角，可以进一步提高管体3内流体的湍流强度，提高混合效率和热分散效率。

本实施方式对反应釜4的形状不做限制，其可以为圆柱状、长方体等形状，优选的，反应釜4为圆柱状。柱体5沿第二方向Y延伸，如图2所示，第二进料口41可以位于反应釜4的顶端，第二出料口42可以位于反应釜4的底端。柱体5能绕其轴线旋转，从而带动盘体6一同旋转，便于冷却液2在柱体5和盘体6内不断循环冷却降温。具体的，反应釜4顶端设有用于驱动柱体5绕其轴线旋转的搅拌机51。搅拌机51可以包括电机和减速机，为柱体5提供动力。优选的，搅拌机51和柱体5同轴设置。

如图1所示，在一种优选的实施方式中，反应釜4外从上至下依次套设有上夹套43、外盘管44和下夹套45。其中，上夹套43内用于容纳微流反应器1。反应釜4的壁面可以在上夹套43和外盘管44的交界处设有第二进料口41，微流反应器1与第二进料口41对应的位置处可以设置第一出料口32，从而便于反应物从第一出料口32进入第二进料口41。

具体的，外盘管44和下夹套45内均可以通有冷却液2，用于在反应釜4的周侧和下侧对反应釜4内的反应物进行冷却降温。

优选的，柱体5上端设有进液口，柱体5下端设有出液口，冷却液2从进液口进入柱体5，从出液口流出柱体5，不断向柱体5内通入冷却液2，便于使反应釜4内的反应物冷却降温。

在本实施方式中，多个盘体6间隔均匀地设置在柱体5外。相邻盘体6的距离可以为10cm。如图5所示，所述盘体6具有相对的第一盘部61和第二盘部62。第一盘部61在第二方向Y上位于第二盘部62的上方，第一盘部61和第二盘部62相交于空心圆盘，该空心圆盘所在平面垂直于第二方向Y。第一盘部61向远离第二盘部62的方向弯曲，第二盘部62向远离第一盘部61的方向弯曲。优选的，第一盘部61和第二盘部62对称设置。第一盘部61和第二盘部62可以为直接为2cm的球面的一部分。设置盘体6可以提高反应物和冷却液2的接触面积，提高换热效率。

在本实施方式中，第一盘部61和柱体5相交处可以设有进液孔63，用于使冷却液2从柱体5内流入至盘体6内。第二盘部62和柱体5相交处设有出液孔64，用于使冷却液2从盘体6内流出至柱体5内。

优选的，进液孔63的延伸方向和第二方向Y相交，也即进液孔63相对于柱体5为斜孔，可以使得冷却液2从柱体5进入盘体6时与原本的流动方向不同，从而可以改平流为湍流，提高冷却液2的换热效率和速率。

优选的，柱体5和盘体6的壁面可以设有多个第二凹部，用于增大反应物与柱体5和盘体6内的冷却液2的接触面积，从而提高换热和散热效率，有利于快速降温。第二凹部的底面可以为尖角，可以进一步提高柱体5和盘体6内冷却液2的湍流强度，提高冷却液2的换热效率和速率。

在本实施方式中，与第一反应物和/或第二反应物接触的部分均可以采用石墨烯导热防腐涂层处理。

本实施方式提供的高效散热反应装置，能提高反应物和冷却液2的接触面积，提高换热和散热效率，避免丙烯酸及丙烯酸钠出现因热量不能及时转移所导致的自聚现象；且能增大批次处理量，实现连续化生产，缩短生产周期，降低生产成本，提高产品批次稳定性，实现聚丙烯酸钠的高分子量、高粘性、高回弹性、高吸水性、高保水性。

需要说明的是，在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本说明书的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (10)

1.一种高效散热反应装置，其特征在于，包括：

微流反应器，所述微流反应器内设有管体和冷却液，所述冷却液位于所述管体外；所述管体内用于容纳第一反应物和第二反应物；所述管体设有第一进料口和第一出料口，所述第一进料口用于向所述管体内通入所述第一反应物；所述管体的所述第一进料口和所述第一出料口之间的壁面上设有多个进料孔，用于向所述管体内通入所述第二反应物；

反应釜，所述反应釜设有第二进料口和第二出料口，所述第二进料口和所述第一出料口相连通，所述第二出料口用于输出反应产物；所述反应釜内设有中空的柱体和中空的盘体，多个所述盘体沿所述柱体的轴向间隔设于所述柱体外，所述柱体和所述盘体内设有冷却液。

2.根据权利要求1所述的高效散热反应装置，其特征在于，所述管体包括多个第一子管体，每个所述第一子管体沿第一方向延伸，多个所述第一子管体沿第二方向排列，所述第一方向和所述第二方向垂直；相邻两个所述第一子管体内的流体流动方向相反。

3.根据权利要求2所述的高效散热反应装置，其特征在于，所述管体包括多个第二子管体，相邻的两个所述第一子管体通过一个所述第二子管体相连；相邻两个所述第二子管体在所述第一方向上位于所述第一子管体相对的两端；所述进料孔位于所述第二子管体。

4.根据权利要求3所述的高效散热反应装置，其特征在于，所述进料孔的延伸方向和所述第一方向相交。

5.根据权利要求4所述的高效散热反应装置，其特征在于，多个进料孔沿所述第二方向间隔分布。

6.根据权利要求1所述的高效散热反应装置，其特征在于，所述管体的壁面设有多个第一凹部；所述第一反应物为氢氧化钠水溶液，所述第二反应物为丙烯酸。

7.根据权利要求1所述的高效散热反应装置，其特征在于，所述柱体沿第二方向延伸，且所述柱体能绕其轴线旋转。

8.根据权利要求7所述的高效散热反应装置，其特征在于，所述盘体具有相对的第一盘部和第二盘部，所述第一盘部向远离所述第二盘部的方向弯曲，所述第二盘部向远离所述第一盘部的方向弯曲。

9.根据权利要求8所述的高效散热反应装置，其特征在于，所述第一盘部和所述柱体相交处设有进液孔，用于使冷却液从所述柱体内流入至所述盘体内；所述第二盘部和所述柱体相交处设有出液孔，用于使冷却液从所述盘体内流出至所述柱体内。

10.根据权利要求9所述的高效散热反应装置，其特征在于，所述进液孔的延伸方向和所述第二方向相交。

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