一种微反应器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微型化工设备领域，尤其是一种微反应器。
【背景技术】
[0002]20世纪90年代以来，自然科学与工程技术发展的一个重要趋势是向微型化迈进，微型化工设备也逐渐发展起来，如微混合器、微反应器、微化学分析、微换热器、微萃取器、微型栗和微型阀门等，其中微反应器的应用前景最为广泛。微反应器具有结构简单、无放大效应、操作条件易于控制、反应选择性好、内在安全等优点，引起了众多研究者包括化学工程及其相关领域人士的极大关注。
[0003]目前已经开发出成熟微反应器产品的厂家，几乎被国外几个大公司垄断，材质一般采用玻璃、碳化硅及耐腐蚀合金等；但其存在加工精度要求严格、价格昂贵、密封困难等不足之处。因此，市场上出售的微反应器，价格相当昂贵，在很大程度上制约了微反应器的推广应用。此外，微反应器往往需通过管道连接换热设备，热量损失较大，结构不紧凑。
[0004]因此，研究能够适应大部分强酸腐蚀性物料的低成本微反应器的技术方案意义重大，且要求热量损失小、结构紧凑、加工难度小、密封简单、反应效率高和能灵活改变参数符合大部分化学工程应用的要求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种结构紧凑、低成本、防腐效果好、密封简单、加工难度小、换热和反应效率高、能灵活改变参数、可移动、可实现成套设备微型化的微反应器。
[0006]为了实现本发明的目的，所采用的技术方案是:一种微反应器，其包括从前往后依次贴合的前置隔板、第一反应板和后置隔板，前置隔板上设有多个前置入口，第一反应板上设有第一反应通道，后置隔板上设有后置出口 ；前置入口均与第一反应通道入口连通，第一反应通道出口与后置出口连通。
[0007]在微反应器工作时，多种介质分别通过多个前置入口进入第一反应通道中，进行混合并反应，最终的反应生成物通过后置出口排出。因此，本发明可使用于两种以上介质的混合、反应。本发明中，前置隔板、第一反应板和后置隔板均使用板式零件，隔板的承压部分可使用普通碳钢材料，表面可使用常用的防腐材料进行复合，比如搪玻璃或喷涂氟树脂；反应板使用软质的耐腐蚀材质，比如氟树脂，可以很方便的加工出反应通道，又可在隔板之间起到密封垫片的作用；这些材料价格低廉，性能好，采购周期短，应用广泛。板材加工成本低、加工难度小、且密封简单；在制造上，各块板可以叠合下料，相应进、出口通孔可以配钻，精度提高，工艺简单。
[0008]第一反应板上设有第一反应通道，且前置隔板、第一反应板和后置隔板依次贴合，第一反应板使用软质的耐腐蚀材质，可使得前置隔板和后置隔板之间实现密封，起到类似密封垫片的作用。同时，应用板式的零件实现反应操作，省去了法兰阀门连接的管道系统，结构紧凑，可以实现设备占用的总体空间小，占地面积小，可将化工装置进一步向微型化发展。
[0009]进一步地，本发明还包括从前往后依次贴合的第一隔板、第一预热板、第二隔板和第二预热板，第二预热板的后面和前置隔板的前面贴合，第一隔板上设有第一入口和第二入口，第一预热板上设有第一预热通道和第一通孔，第二隔板上设有第二通孔和第三通孔，第二预热板上设有第二预热通道和第四通孔；第一入口与第一预热通道入口连通，第一预热通道出口依次通过第二通孔、第四通孔与一个前置入口连通；第二入口依次通过第一通孔、第三通孔与第二预热通道的入口连通，第二预热通道的出口与另一个前置入口连通；第一隔板和第二隔板内均设有用于介质换热的流道7。
[0010]本发明中，因为第一隔板和第二隔板内均设有用于介质换热的流道，所以在反应前，应用第一隔板、第一预热板对进入第一预热通道中的第一种介质进行换热；应用第二隔板和第二预热板对进入第二预热通道中的第二种介质进行换热；若有其他介质参与后续反应，可相应地，增加模块的预热结构。第一隔板、第一预热板、第二隔板和第二预热板组成了预热模块，该结构使得单位体积物料的换热面积极大，可以在反应前，更大程度地达到化工工艺预期换热效果；而传统的换热系统，因为设备结构的限制，单位体积物料的换热面积往往达不到换热工艺的要求，需要增加换热器的面积，造成前期设备投资大，占地面积大；大部分传统的换热设备还是特种设备，危险系数大，需要相关部门进行监检，投资大，后期管理烦杂。本发明中的微反应器，将预热模块和混合反应模块无缝组合在一起，省去管道系统，结构紧凑且简单，占地面积小，投资小；不用纳入特种设备监检系统，协同下管理简单，安全系数高。
[0011]进一步地，后置隔板的后面设有反应模块，反应模块包括从前往后依次贴合的第二反应板和第三隔板；第二反应板上设有第二反应通道，第三隔板上设有第一反应出口 ；后置出口与第二反应通道入口连通，第二反应通道出口与第一反应出口连通。
[0012]若仅使用前置隔板、第一反应板和后置隔板，对于某些介质来说，会产生反应不充分的现象，只起到了混合和部分反应的作用；应用反应模块，可使进入第二反应通道中的各种介质进一步地充分反应，达到预期效果，降低杂质成分含量，满足化工工艺要求，提高生产质量。
[0013]优选地，后置隔板后面串联有多个反应模块。进一步地充分反应，提高了生产质量。
[0014]具体地，前置隔板、后置隔板和第三隔板内均设有用于介质换热的流道。这样第一反应板和第二反应板中的介质也可同时和两侧的隔板进行换热，应用板材换热进一步增大反应物料单位体积的换热面积，换热均匀，换热效率高，可迅速补充反应所需热量或移走反应产生的多余热量，可精确控制反应温度，优化反应条件，减少反应副产物的产生。
[0015]进一步地，第一预热通道、第二预热通道、第一反应通道、第二反应通道和流道均为蛇形通道或其他类似的形状。蛇形通道可使流体流通的空间增加，可以起到充分反应或换热的作用；对于第一反应通道、第二反应通道，在较大流速下，还能起到湍流混合的作用，混合更充分。
[0016]优选地，第一预热通道、第二预热通道、第一反应通道和第二反应通道的深度与所在板的板厚相等。如果各隔板上开通道，则只能通过铣削等雕刻的方法加工，而各隔板表面复合有耐腐蚀层，比如搪玻璃，通道加工里难度非常大。而第一预热板、第二预热板、第一反应板和第二反应板上开通道，由于选用软质的材料，比如氟树脂，则可通过切割去除材料方法，轻易地在板面上加工出贯穿的空槽，即第一预热通道、第二预热通道、第一反应通道和第二反应通道，减轻了通道加工的难度。第一预热通道、第二预热通道、第一反应通道和第二反应通道的深度为50?500 μ m、宽度为500?10000 μ m。这样对于本发明，化工工艺效果和制造工艺难度之间可以达到最佳的平衡。
[0017]进一步地，第一隔板、第二隔板、前置隔板、后置隔板和第三隔板材质为表面搪玻璃的钢板。在化工机械中，搪玻璃设备对于各种浓度的无机酸、有机酸、有机溶剂及弱碱等介质均有极强的防腐性。因此，表面搪玻璃的钢板具有类似玻璃的化学稳定性和金属强度的双重优点。本发明应用搪玻璃技术，相对于一些有色金属制微反应器来说，极大地降低了成本，制造工艺较为简单。
[0018]进一步地，第一预热板、第二预热板、第一反应板和第二反应板的材质均为纤维多向型结构的膨胀四氟材料。现有技术中的纤维多向型结构的膨胀四氟材料，是经特殊的生产工艺使纵向和横向的抗拉强度几乎相同，这使得材料经压缩后宽度没有变化。在本发明中，使用该材料可极大地增加密封性能，确保无反应物向外泄漏，间接地提高了安全性。
[0019]具体地，微反应器外侧的两个板面上均依次贴合有垫片和压板，两块压板之间通过紧固件连接。因为两块压板之间可用紧固件对各层板进行紧固密封，所以可对本发明作进一步地改进，如可增减反应模块和预热模块的数量，便于灵活调节本发明的工艺参数，甚至可增加其他化工工艺操作的模块；该模块化的化工工艺，可以实现标准化，便于设计、制造、安装、调试、运行、管理、改造和检维修。垫片可用于温差下，不同压力下，各层板的伸缩回弹，避免压板与相贴合的隔板之间进行刚性接触，保护隔板表面的搪玻璃层。具体地，压板上可设有螺纹连接孔型式的介质进、出口 ；含有防腐蚀密封面的进出料接口，通过螺纹连接压紧在最外层隔板上，可确保进出料无泄漏。
[0020]进一步地，垫片材质为PTFE。PTFE可耐250°C的高温，耐_196°C的低温；对大多数化学药品和溶剂具有耐蚀性，表现出惰性、能耐强酸强碱、水和各种有机溶剂；且还有耐老化性、高润滑性、不粘附性、无毒害等优点。本发明的垫片材质为PTFE，具有良好的