本發(fā)明涉及石油化工、精細化學、制藥、塑料、合成橡膠、涂料、食品加工等使用的反應設備技術領域。更具體地說，涉及一種可以部分取代傳統(tǒng)間歇生產反應釜和反應器，大幅降低土地、車間使用面積和設備投資，大幅提高安全與環(huán)保性能，大幅節(jié)能，大幅提高生產效率的微通道連續(xù)反應器。

背景技術：

在石油化工、精細化工，制藥、食品加工等生產領域中，對于液/液、氣/液、氣/固/液的均相、非均相常壓，高壓反應，聚合反應，通常要用到傳統(tǒng)攪拌和反應釜進行反應。但攪拌器及反應釜由于先天結構原因，其傳質阻力大，返混等現(xiàn)象難以克服，有時還需要增加溶劑使用量，造成整體反應時間過長，副產物增加，后處理分離困難及三廢處理量加大等弊病；同時，反應釜的反應熱能受結構限制傳導困難，內部受熱不均勻，特別是硝化、加氫、氧化等危險工藝其中孕含的安全隱患更為突出。這是一個長期以來難以解決的重大難題。

為此，長期以來國內外各種科研機構和企業(yè)進行了大量的理論探討和實踐研究。除了某些工藝可以用到的固定床、流化床、塔板式反應器之外，近些年來，國外公司逐步又推出了釜式串聯(lián)、大口徑管式靜態(tài)反應器、回路反應器和高通量-微通道連續(xù)流反應器，逐步在將傳統(tǒng)間歇反應向連續(xù)化生產工藝過渡和發(fā)展：

釜式串聯(lián)，是將兩個及兩個以上反應釜串聯(lián)使用，使反應液體在其轉移過程中逐級攪拌完成反應，達到連續(xù)化生產的目的；此裝置易于形成返混和局部放熱、反應不全的致命缺陷，工程造價及車間占地面積不菲；

大口徑管式靜態(tài)反應器，是利用固定的，不裝或者裝填不同物理形態(tài)填料的管道，使反應液體在其中流動時產生的不同湍流而進行反應的連續(xù)化生產反應器。其優(yōu)點是基本沒有返混現(xiàn)象，而造價與流量、長度、占據(jù)空間成正比。為了能夠充分反應，最長的管式靜態(tài)反應器可長達數(shù)公里；

回路反應器是將液/液、氣/液、氣/固/液反應的反應液，通過文丘里噴射器將其吸入混合，再噴射于反應器下部液面下，在液面內充分混合，混合料液隨著回路反應器底部循環(huán)泵進入外置式列管換熱器進行熱能交換，再返回到文丘里噴射器的入口端，與初始反應料液混合后進行再循環(huán)，形成環(huán)路反應。而后一部分做為產物進入后處理工序，另一部分繼續(xù)參與循環(huán)。這樣的反應方式目前可適用于硝化等快速化學反應。其優(yōu)點是外接換熱器的換熱面積可以任意設置，而它的的缺陷也是顯而易見，不能一次性反應完全，而且形成返混。造價昂貴；

康寧公司的高通量-微通道連續(xù)流反應器，比以上的反應器有顯著的優(yōu)點：相應流量的反應液進入反應器，在內部的心形通道模塊中進行混合反應，流體經歷湍流細致混合的過程，幾乎沒有返混現(xiàn)象發(fā)生。反應迅速、徹底，還可以減少甚至不使用溶劑，使產品轉化率、純度、收率大幅提高。由于其“三明治”夾層形態(tài)的矩形特殊結構，反應微循環(huán)通道兩面整體貼合于熱載體交換器，反應熱會被即時移除。所以，該原理是目前化學反應器中較為先進的。但是，由于它采用特種玻璃、特種陶瓷或不銹鋼等材質雕刻完成，加工工藝比較復雜，價格極為昂貴，加之原理所限而難以提高的流量，其連接材料和結構所限還制約了它在高溫、高壓及中型以上規(guī)模工業(yè)化生產的普及和應用。

國內外還有其他形式的各種微通道反應器，但是成熟的，可以放大到數(shù)千噸/年流量以上的工業(yè)化微通道反應器極為罕見。

綜上所述，在大型工業(yè)化生產中，如何減少化學反應時的傳質阻力，及時迅速傳導反應熱能，縮短反應時間，減少混流與副反應，減少或免除溶劑使用，節(jié)能減排，增加收率，提高效率，安全可靠性高，環(huán)保清潔，大幅降低投資及運行成本，使用一種效果顯著，切實可行，經濟實用，易于推廣的，能將傳統(tǒng)間歇生產反應釜或老式反應器升級為微通道連續(xù)反應器，是目前本領域技術和操作人員十分期待的。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是通過在反應管內加裝三維微通道流體組件，配合高效熱能傳導裝置，以及相應的前置、后置及傳感、測量、控制等外圍設備，成為一種高效實用的微通道連續(xù)反應器。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

微通道連續(xù)反應器，包括：具有載熱體進口和載熱體出口的殼體、原料入口、產物出口、封堵于殼體兩端處的封頭和用于供反應物料反應的反應管，所述反應管設置于殼體內，所述反應管的內腔為管程，所述殼體與反應管之間的腔體成為殼程，所述原料入口和產物出口與管程相連通，所述載熱體進口和載熱體出口與殼程相連通，其特征在于：所述反應管中緊密插裝有三維微通道組件，所述三維微通道組件的外表面與反應管內壁面之間形成有若干條始終貫通的um/mm級(微米或毫米級)的微形通道。所述微形通道在三維微通道組件的外表面上凹陷地形成。

所述微形通道為彎曲的任意幾何圖案形狀。

各微形通道之間相連通。

所述三維微通道組件為內柱或內套管。

所述反應管為直排反應管或回轉反應管，所述三維微通道組件的整體形狀與反應管相配適。

本發(fā)明提供的微通道連續(xù)反應器的使用方法為：將反應所需液/液、氣/液、氣/固/液物料，用相應壓力、揚程的輸液泵、計量泵經智能控制混合后分別打入微通道連續(xù)反應器。進入反應管3后在通過三維微通道組件時，反應物料無論流量大小均會被微形通道5分割為細小的(橫截面小)、劇烈地微通道湍流進入微形通道5中，并相互反復充分混合、再分離、再混合。由于上述反應中的微通道湍流橫截面極小，流動形態(tài)轉換很快，因此傳質阻力極低；同時，反應會產生熱能或者吸收熱能，甚至是十分劇烈地，而熱能會通過反應管壁與殼程內的熱載體進行即時、迅速的交換。同時通過智能調整熱載體溫度、流量即可精確控制管程內連續(xù)進行的化學反應溫度。液相反應物料以微通道湍流形態(tài)經過漫長的微形通道5的路徑(一般為反應管長度的10倍以上)，匯集到反應器的產物出口9并流出，不會出現(xiàn)任何反應物料再接觸初始原料的返混現(xiàn)象。

所述三維微通道組件為內套管，內套管的內腔中流動有載熱體。

所有微形通道的路徑長度相同。

本發(fā)明提供的微通道連續(xù)反應器，通過在反應管內插裝三維微通道組件，有效減小了反應物料的傳質阻力，縮短了反應時間，減少了副反應；同時，通過在反應管內插裝三維微通道組件，使得液相反應物料在反應管內形成液膜，有利于反應物料充分混合以及充分反應；反應過程中產生或所需的熱量通過殼體內的熱載體與反應管進行即時熱交換，有效提高了傳熱效率。它具有如下優(yōu)點：大幅降低了反應物料間的傳質阻力，可及時迅速傳導反應熱能，縮短反應時間，減少返混與副反應，減少或免除溶劑使用，節(jié)能減排，增加收率，提高生產效率，安全可靠性高，環(huán)保清潔，能夠大幅地降低投資及運行成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種微通道連續(xù)反應器的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種微通道連續(xù)反應器的反應管的一種局部剖面結構示意圖(三維微通道組件未剖切)；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種微通道連續(xù)反應器的反應管的另一種局部剖面結構示意圖(三維微通道組件未剖切)。

具體實施方式

下面結合附圖和實例對本發(fā)明作進一步說明：

如圖1和圖2所示微通道連續(xù)反應器，微通道連續(xù)反應器，包括：具有載熱體進口6和載熱體出口7的殼體1、原料入口8、產物出口9、封堵于殼體兩端處的封頭2和用于供反應物料反應的反應管3，所述反應管設置于殼體內，所述反應管3的內腔為管程，所述殼體1與反應管3之間的腔體成為殼程，所述原料入口8和產物出口9與管程相連通，所述載熱體進口6和載熱體出口7與殼程相連通，其特征在于：所述反應管3中緊密插裝有三維微通道組件4，所述三維微通道組件4的外表面與反應管內壁面之間形成有若干條上下貫通的um/mm級(微米或毫米級)的微形通道5。相比在反應管3中加填料，由于填料是離散性的、不定形的，長時間使用后，在自重等原因下勢必會凝積阻塞反應管，造成反應管上下氣流不通透、阻塞形成液泛，而三維微通道組件4很好地解決了此問題。

殼體1為耐蝕材質，適用于所需載熱體傳導；殼體的形狀可為長方體或圓柱體形等，宜選圓柱體形；反應管3能滿足良好熱傳導性、耐蝕、耐壓強等條件；三維微通道組件4滿足耐蝕，微形通道5有充分的體表面積、具有良好液膜流動性、能始終保持上下氣流通透。反應管3內腔為管程，殼體1與反應管3之間的腔體為殼程，反應管3供反應物料在內反應，即反應物料流經管程，載熱體流經殼程。對于殼體1的大小、分級與否，反應管3的直徑大小和數(shù)目需要根據(jù)實際需要進行設計，反應管內徑宜取6mm～16mm，數(shù)量一般為數(shù)十至數(shù)百根，反應管的壁厚宜為0.5～3.0毫米，但不僅限于以上數(shù)量范圍，根據(jù)反應料液的化學性質不同，反應管3的材質可為各類不銹鋼、鈦、鋯、鉭或其合金等材料，一些常壓反應器及對熱交換要求不高的反應管還可以使用聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯等，本發(fā)明實施例對此不做限定。

微形通道5形成于三維微通道組件4的外表面與反應管內壁面之間，即微形通道5可在三維微通道組件4的外表面上加工形成，也可在反應管3的內壁面上加工形成，抑或在三維微通道組件4的外表面及反應管3的內壁面上均有加工，但為了方便加工，節(jié)約加工工藝和加工成本，優(yōu)選的，所述微形通道在三維微通道組件的外表面上凹陷地形成，如通過在三維微通道組件的外表面上進行刻槽的方法形成。由于三維微通道組件與反應管3緊密結合，故液相反應物料僅可從微形通道5中通過。

本實施例提供的微通道連續(xù)反應器的使用方法為：將反應所需液/液、氣/液、氣/固/液物料，用相應壓力、揚程的輸液泵、計量泵經智能控制混合后分別打入微通道連續(xù)反應器。進入反應管3后在通過三維微通道組件時，反應物料無論流量大小均會被微形通道5分割為細小的(橫截面小)、劇烈地微通道湍流進入微形通道5中，并相互反復充分混合、再分離、再混合。由于上述反應中的微通道湍流橫截面極小，流動形態(tài)轉換很快，因此傳質阻力極低；同時，反應會產生熱能，甚至是劇烈地放熱，熱能通過反應管壁可即時、迅速地傳導至殼體內的熱載體并被吸收交換。同時通過智能調整載熱體溫度、流量即可精確控制管程內連續(xù)進行的化學反應溫度。如可以通過殼程中熱載體(比如導熱油)對反應管內的物料反應溫度進行設定。由此，該反應器在工業(yè)化生產中可以做到精確控制反應溫度；液相反應物料以微通道湍流形態(tài)經過漫長的微形通道5的路徑(一般為反應管長度的10倍以上)，匯集到反應器的產物出口9處流出，不會出現(xiàn)任何反應物料再接觸初始原料的返混現(xiàn)象。需要說明的是，無論是液液、氣液或是氣固液反應，反應物料在進入該通道連續(xù)反應器時，需要根據(jù)反應具體條件和要求決定混合和預處理方式。

為了延長微形通道5的路徑、增加反復混合機會和體表面積，優(yōu)選的，所述微形通道為彎曲的任意幾何圖案形狀，由于目的是滿足延長微形通道5的路徑和增加反復分離和匯合的機會即可，故微形通道5可以設計加工出無數(shù)種圖案，故本發(fā)明實施例對圖案的具體形態(tài)不做限定。

如圖3所示，為了提高混合效率，優(yōu)選的，各微形通道5之間彼此相連通。即微形通道5之間反復分離并匯合?？梢岳斫獾氖菂R合點可為一個也可為多個，匯合點也可在反應管3長度方向上任意位置處，微形通道5之間可雜亂地交匯也可有規(guī)律地交匯，如兩兩交匯等。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域技術人員能夠實現(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領域技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的原理或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。