本發(fā)明涉及反應(yīng)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種應(yīng)用在化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域使用的微反應(yīng)器，使反應(yīng)介質(zhì)可在微反應(yīng)器的反應(yīng)通道內(nèi)充分混合并進(jìn)行物理反應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)。

背景技術(shù)：

微反應(yīng)器，是指利用例如精密加工技術(shù)等手段制造的微型反應(yīng)器，其特征尺寸通常在10到3000μm之間。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解的，微反應(yīng)器的“微”不是特指微反應(yīng)器設(shè)備的外形尺寸小，也不是指微反應(yīng)器設(shè)備產(chǎn)品的產(chǎn)量小，而是表示工藝流體(反應(yīng)介質(zhì))的反應(yīng)通道在微米級別(至多到毫米級別)，即，反應(yīng)通道為微型反應(yīng)通道。微反應(yīng)器中可以包含有成百萬上千萬的這樣的微型反應(yīng)通道，因此也能夠?qū)崿F(xiàn)很高的產(chǎn)量。

微反應(yīng)器比常規(guī)的管道式反應(yīng)器的尺寸仍然要小得多，但微反應(yīng)器從本質(zhì)上來講仍是一種連續(xù)流動的管道式反應(yīng)器。微反應(yīng)系統(tǒng)通?？梢园〒Q熱、混合、分離、分析和控制等高度集成單元。對于微反應(yīng)器而言，因具備大比表面積、微小反應(yīng)體積和獨特的層流傳質(zhì)等特性，決定了其擁有常規(guī)反應(yīng)器所不可比擬的優(yōu)良傳熱、傳質(zhì)和混合性能。良好的傳質(zhì)性能保證了物料的快速混合，傳熱效率的提高則使得反應(yīng)能在等溫條件下快速反應(yīng)。

CN101873890B公開的名稱為“過程加強(qiáng)的微流體裝置”，其采用多個相繼的腔室，并進(jìn)一步公開了“多個相繼的腔室中的每一個緊接地相繼有所述腔室中的另一個腔室，并還包括逐漸變窄的出口和分割改向壁，所述逐漸變窄的出口形成所述相繼的腔室的相應(yīng)的變窄的進(jìn)口……”。上述設(shè)計，采用逐漸變窄的進(jìn)口在實現(xiàn)流體混合的過程中，僅能通過分流和改變流向的作用實現(xiàn)流體混合。上述設(shè)計的缺點在于，腔室中流體的流速變化不明顯，不能通過改變流體速度以及與緩沖相結(jié)合的方式實現(xiàn)流體的混合。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的上述現(xiàn)狀，本發(fā)明的主要目的在于提供一種微反應(yīng)器，通過射流與反沖相結(jié)合的方式實現(xiàn)流體快速混合分流，解決現(xiàn)有技術(shù)微反應(yīng)器的腔室中流速變化不大，混合效果不佳的問題。

上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種微反應(yīng)器，包括反應(yīng)通道，所述反應(yīng)通道上設(shè)有至少兩個反應(yīng)腔室，其中：上游的第一反應(yīng)腔室的出口與下游的第二反應(yīng)腔室的入口連通，第一反應(yīng)腔室的出口與第二反應(yīng)腔室的入口之間通過射流通道連通，所述射流通道包括一段等截面通道，并且對應(yīng)所述射流通道中流體的出射方向在第二反應(yīng)腔室內(nèi)設(shè)有反沖結(jié)構(gòu)，使自所述射流通道噴射出的流體在經(jīng)過反沖結(jié)構(gòu)時改變流向、并沿著反沖結(jié)構(gòu)分流成為至少兩股支流，優(yōu)選地，所述支流中至少兩股的流向相對于所述射流通道中流體的出射方向偏轉(zhuǎn)至少90度角，優(yōu)選地，所述支流在第二反應(yīng)腔室的出口處匯集。

優(yōu)選地，所述等截面通道的長度L與橫截面面積S之間滿足關(guān)系式L＝4S～10S，優(yōu)選L＝6S～8S。

優(yōu)選地，所述第二反應(yīng)腔室的入口的面積小于該入口與所述反沖結(jié)構(gòu)之間形成通道在垂直于流體流動方向的最小截面面積，并且小于所述反沖結(jié)構(gòu)與所述第二反應(yīng)腔室的側(cè)壁之間形成通道在垂直于流體流動方向的最小截面面積。

優(yōu)選地，所述反沖結(jié)構(gòu)為V形或弧形，并且所述反沖結(jié)構(gòu)的下凹部位對應(yīng)所述射流通道的出射方向；

優(yōu)選地，所述反沖結(jié)構(gòu)為V形時，所述反沖結(jié)構(gòu)的開口角度α范圍為30-160度，優(yōu)選為60-120度，更優(yōu)選為75、85或100度。

優(yōu)選地，所述反沖結(jié)構(gòu)的兩個翼部的自由端分別設(shè)有能夠起到擾流并延長流體行程作用的凸塊。

優(yōu)選地，在所述反沖結(jié)構(gòu)與第二反應(yīng)腔室的出口之間設(shè)有擾流結(jié)構(gòu)和/或分流對沖結(jié)構(gòu)；

優(yōu)選地，所述擾流結(jié)構(gòu)為擾流塊，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述擾流塊自所述反沖結(jié)構(gòu)的下方延伸形成與所述反沖結(jié)構(gòu)一體成型的結(jié)構(gòu)；

優(yōu)選地，所述分流對沖結(jié)構(gòu)為至少一對相對于所述等截面通道的中心線對稱且呈V形設(shè)置的導(dǎo)流片，成對的兩個導(dǎo)流片的尖端之間保留開口且開口朝向所述第二反應(yīng)腔室的出口；當(dāng)所述導(dǎo)流片設(shè)有兩對以上時，位于上游的導(dǎo)流片之間的開口寬度小于位于下游的導(dǎo)流片之間的開口寬度；優(yōu)選地，所述導(dǎo)流片為直片或者弧形片。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述擾流塊位于所述導(dǎo)流片的開口的下方。

優(yōu)選地，所述第二反應(yīng)腔室的出口處的側(cè)壁收縮呈V型角；

優(yōu)選地，所述V型角的開口角度β范圍為30-160度，優(yōu)選為60-120度，更優(yōu)選為為90度。

優(yōu)選地，至少部分所述第二反應(yīng)腔室的側(cè)壁為直壁；優(yōu)選地，所述第二反應(yīng)腔室的兩側(cè)的側(cè)壁平行。

優(yōu)選地，所述反應(yīng)通道包括并排布置的至少兩個，所述至少兩個反應(yīng)通道對應(yīng)的反應(yīng)腔室之間共用腔室側(cè)壁。

優(yōu)選地，相鄰的反應(yīng)腔室側(cè)壁之間通過混流口連通。

優(yōu)選地，沿流體的流動方向，所述混流口的上端高度高于所述反沖結(jié)構(gòu)的下端高度。

本發(fā)明提供的微反應(yīng)器，流體在等截面的射流通道上游端(流道截面積逐漸縮小)段實現(xiàn)加速、并在該等截面射流通道段維持并傳遞該高速流體、能夠有效防止加速后的高速流體直接進(jìn)入下游大流道空間從而降速、起不到射流沖擊的作用而無法提高流體的混合反應(yīng)程度，防止加速后的高速流體被很快的卸速，提高流體的射流沖擊的作用、提高流體的混合充分程度，在射流通道出口處對應(yīng)反沖結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對射流通道高速流體的反沖，通過高速射流與反沖相結(jié)合，帶來更好的混合效果，并進(jìn)而對流體進(jìn)行分流，促進(jìn)流體中的介質(zhì)充分反應(yīng)。

進(jìn)一步地，本發(fā)明的微反應(yīng)器還能保證微反應(yīng)通道內(nèi)流體流動過程中基本不存在流動死區(qū)，混合湍流效果明顯提高，從而可快速實現(xiàn)例如兩種以上流體的均勻混合。

附圖說明

以下將參照附圖對根據(jù)本發(fā)明的微反應(yīng)器的優(yōu)選實施方式進(jìn)行描述。圖中：

圖1為本發(fā)明所述微反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中A處的一種局部放大示意圖；

圖3為圖1中A處的另一種局部放大示意圖；

圖4為圖1中A處的又一種局部放大示意圖；

圖5為圖1中A處的再一種局部放大示意圖；

圖6為本發(fā)明所述微反應(yīng)器的流體流速矢量圖。

圖中：

100、第一反應(yīng)腔室；

200、第二反應(yīng)腔室；201、射流通道；202、反沖結(jié)構(gòu)；203、凸塊；205、側(cè)壁；206、混流口；207、導(dǎo)流片；208、擾流塊；209、入口；210、出口。

具體實施方式

為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的側(cè)板組件及空調(diào)室外機(jī)具體實施方式、特征及其功效，詳細(xì)說明如下。

針對現(xiàn)有技術(shù)的前述缺點，本發(fā)明首先對微反應(yīng)器的微反應(yīng)通道進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種新的微反應(yīng)器。

該微反應(yīng)器具有微反應(yīng)通道，反應(yīng)介質(zhì)(諸如氣體的、液體的或者彌散的)可以在該反應(yīng)通道內(nèi)進(jìn)行物理反應(yīng)(諸如混合、彌散、乳化、懸浮等)和/或化學(xué)反應(yīng)(諸如氧化；還原；取代；消除；加成；配體交換；金屬交換及離子交換或者更具體的說聚合；烷基化；脫烷基化；硝化；過氧化；磺化氧化；環(huán)氧化；氨氧化；氫化；脫氫；有機(jī)金屬反應(yīng)；貴金屬反應(yīng)/均相催化劑反應(yīng)；羰基化；硫羰基化；烷氧基化；鹵化；脫鹵化氫；脫鹵化；加氫甲?；?；羧化；脫羧；胺化；芳基化；肽偶聯(lián)；醇醛縮合；環(huán)化縮合；脫氫環(huán)化；酯化；酰胺化；雜環(huán)合成；脫水；醇解；水解；氨解；醚化；酶合成；酮化；皂化；異構(gòu)化；季胺化；甲?；幌噢D(zhuǎn)移反應(yīng)；甲硅烷化；腈合成；磷酸化；臭氧分解；疊氮化學(xué)反應(yīng)；復(fù)分解；氫化硅烷化；偶聯(lián)反應(yīng)以及酶反應(yīng)等)。

實施例1

如圖1-6所示，本發(fā)明實施例提供一種微反應(yīng)器，包括反應(yīng)通道，所述反應(yīng)通道上設(shè)有至少兩個連續(xù)的反應(yīng)腔室，其中：上游的第一反應(yīng)腔室100的出口與下游的第二反應(yīng)腔室200的入口連通，第一反應(yīng)腔室100的出口與第二反應(yīng)腔室200的入口之間通過的射流通道201連通，所述射流通道包括一段等截面通道，并且對應(yīng)所述射流通道201的出射方向在第二反應(yīng)腔室200內(nèi)設(shè)有反沖結(jié)構(gòu)202，使自所述射流通道201噴射出的流體在經(jīng)過反沖結(jié)構(gòu)202時改變流向、并沿著反沖結(jié)構(gòu)202分流成為兩股支流。優(yōu)選地，所述支流中至少兩股的流向相對于所述射流通道中流體的出射方向偏轉(zhuǎn)至少90度角，進(jìn)一步地，所述支流在第二反應(yīng)腔室的出口210處匯集。

如圖6所示的流速矢量圖，圖中的第一區(qū)域A(紅色區(qū)域)的流速＞第一區(qū)域B(綠色區(qū)域)的流速＞第三區(qū)域C(藍(lán)色區(qū)域)的流速。混合流體在通過第一反應(yīng)腔室100進(jìn)入射流通道201時，基于伯努利方程可知，流體的流速會增大；經(jīng)過射流通道201后，流速會遠(yuǎn)大于第二反應(yīng)腔室200內(nèi)其他位置的流速，并且在所述反沖結(jié)構(gòu)202處形成反沖作用，快速改變流體方向，促進(jìn)混合流體的充分混合。與現(xiàn)有技術(shù)中，直接將“逐漸變窄的出口形成相繼的腔室的變窄的入口”相比，采用等截面的射流通道來提高混合流體的流速，可以更有利于促使混合流體的混合，比現(xiàn)有技術(shù)的混合效果更好。

混合流體在經(jīng)過所述反沖結(jié)構(gòu)202分流之后，在第二反應(yīng)腔室200的出口210處匯集，在匯集的過程中再次進(jìn)行混合，從而進(jìn)一步保證微反應(yīng)器的混合效果。

基于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，可以將所述射流通道201的整體設(shè)計為一個等截面通道，也可以將所述射流通道201的一部分設(shè)計為等截面通道，而在其他的部分設(shè)計為非等截面通道。

優(yōu)選地，所述等截面通道的長度L與橫截面面積S之間滿足關(guān)系式L＝4S～10S，優(yōu)選L＝6S～8S，以使所述等截面通道形成一個狹長的通道構(gòu)造。等截面通道的長度越長，維持(保速)并傳遞高速流體的效果更好，而等截面通道的橫截面面積越小，其射流的流速越高，從而產(chǎn)生的射流效果更好。等截面通道的橫截面形狀可以是矩形、圓形、橢圓形等規(guī)則的形狀，也可以是不規(guī)則的形狀。等截面通道的長度和橫截面形狀，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)使用的需要進(jìn)行調(diào)整。

等截面通道的作用是將被加速至高速的流體的速度進(jìn)行維持或保持、并傳遞高速流體至下游端大截面通道中，防止高速流體速度快速降低，從而有利于維持流體在狹長空間內(nèi)的流速，射流通道內(nèi)相對高速的混合流體進(jìn)入第二反應(yīng)腔室200中的反沖結(jié)構(gòu)處相對低速的混合流體，從而可以進(jìn)一步促進(jìn)混合流體的充分混合。

實施例2

優(yōu)選地，所述第二反應(yīng)腔室200的入口209的面積小于該入口209與所述反沖結(jié)構(gòu)202之間形成通道在垂直于流體流動方向的最小截面面積，并且小于所述反沖結(jié)構(gòu)與所述第二反應(yīng)腔室的側(cè)壁之間形成通道在垂直于流體流動方向的最小截面面積。

所述第二反應(yīng)腔室200的入口的面積，決定沖擊力的大小，并且決定反沖結(jié)構(gòu)202前的漩渦效果，優(yōu)選地，所述入口與所述反沖結(jié)構(gòu)202之間形成通道在垂直于流體流動方向的最小截面面積是第二反應(yīng)腔室的入口面積的1-5倍時，阻力最小，形成漩渦充分，達(dá)到更好的混合效果，并且最大程度上增大了流體在反沖結(jié)構(gòu)前的停留時間。

所述反沖結(jié)構(gòu)202與所述第二反應(yīng)腔室200的側(cè)壁之間形成通道在垂直于流體流動方向的最小截面面積決定了流通量和流體阻力，該最小截面面積是所述第二反應(yīng)腔室200的入口的面積的1-2倍時，流體阻力、形成漩渦的大小以及漩渦保持時間最合理。

從所述第二反應(yīng)腔室200的入口進(jìn)入第二反應(yīng)腔室內(nèi)部的高速流體，在入口209的位置開始減速，并且保證入口以外的位置的流體的流速都低于入口位置的流體流速，從而有利于流體在第二反應(yīng)腔室200內(nèi)部進(jìn)行充分混合。

優(yōu)選地，所述反沖結(jié)構(gòu)202為V形或弧形，并且所述反沖結(jié)構(gòu)202的下凹部位對應(yīng)所述射流通道的出射方向，使自所述射流通道射出的流體在所述反沖結(jié)構(gòu)202前面形成渦流；

優(yōu)選地，所述反沖結(jié)構(gòu)為V形時，所述反沖結(jié)構(gòu)的開口角度α范圍為30-160度，優(yōu)選為60-120度，更優(yōu)選為90度。

優(yōu)選地，所述反沖結(jié)構(gòu)的兩個翼部的自由端的上部分別設(shè)有能夠起到擾流并延長流體行程作用的凸塊203，凸塊203對流體起到阻擋作用，迫使流體在凸塊203前改變流向，從而起到擾流并延長流體行程的作用。凸塊203的擾流作用體現(xiàn)在改變流體前進(jìn)的方向，促使流體在凸塊位置進(jìn)行混合，而在改變流體前進(jìn)方向的同時，也延長了流體的行程，從而使流體可以更充分的混合。

優(yōu)選地，在所述反沖結(jié)構(gòu)與第二反應(yīng)腔室的出口之間設(shè)有擾流結(jié)構(gòu)或分流對沖結(jié)構(gòu)；

優(yōu)選地，所述擾流結(jié)構(gòu)為擾流塊208，所述擾流塊208采用圓形、方形或其他形狀，進(jìn)一步優(yōu)選地，如圖3所示，所述擾流塊208自所述反沖結(jié)構(gòu)202的下方延伸形成與所述反沖結(jié)構(gòu)一體成型的結(jié)構(gòu)，采用將擾流塊與反沖結(jié)構(gòu)一體成型，可以使整個第二反應(yīng)腔室200的結(jié)構(gòu)簡單，布局合理，容易加工和制造；流體在擾流塊208的上下兩側(cè)形成連續(xù)的漩渦，促進(jìn)流體進(jìn)行混合，提高混合充分的程度，提高發(fā)生率。

優(yōu)選地，所述分流對沖結(jié)構(gòu)為至少一對相對于所述等截面通道的中心線對稱且呈V形設(shè)置的導(dǎo)流片207，成對的兩個導(dǎo)流片的尖端之間保留開口且開口朝向所述第二反應(yīng)腔室的出口；當(dāng)所述導(dǎo)流片207設(shè)有兩對以上時，位于上游的導(dǎo)流片207之間的開口寬度小于位于下游的導(dǎo)流片207之間的開口寬度，優(yōu)選所述導(dǎo)流片207設(shè)計為3-5對。通過導(dǎo)流片207的導(dǎo)流作用，使兩股支流在導(dǎo)流片之間的開口位置對沖，進(jìn)一步促進(jìn)兩股支流及其支流內(nèi)部的流體的混合；當(dāng)所述導(dǎo)流片設(shè)計為兩對以上時，在相鄰的兩個導(dǎo)流片之間形成層流效果，多個層流在導(dǎo)流片之間的開口位置進(jìn)行對沖，達(dá)到更好的混合效果。

而當(dāng)所述導(dǎo)流片207設(shè)有兩對以上時，位于上游的導(dǎo)流片207之間的開口寬度小于位于下游的導(dǎo)流片207之間的開口寬度，可以更有效地促進(jìn)其混合，并且便于在第二反應(yīng)腔室的出口位置匯合。

優(yōu)選地，可以將所述擾流結(jié)構(gòu)與所述分流對沖結(jié)構(gòu)結(jié)合使用，即把所述擾流結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述分流對沖結(jié)構(gòu)的下方，更具體地設(shè)計是所述擾流塊位于所述導(dǎo)流片的開口的下方，這樣就使得所述分流對沖結(jié)構(gòu)完成對沖作用之后，再通過所述擾流結(jié)構(gòu)的擾流作用，使流體充分混合。

優(yōu)選地，所述第二反應(yīng)腔室200的出口處的側(cè)壁收縮呈V型角，使所述第二反應(yīng)腔室200的出口位置的流體減少產(chǎn)生渦流，從而更好的在出口處混合；

優(yōu)選地，所述V型角的開口角度β范圍為30-160度，優(yōu)選為60-120度，更優(yōu)選為90度。

優(yōu)選地，至少部分所述第二反應(yīng)腔室的側(cè)壁205為直壁；優(yōu)選地，所述第二反應(yīng)腔室的兩側(cè)的側(cè)壁平行。側(cè)壁205采用直壁且所述第二反應(yīng)腔室的側(cè)壁205平行的設(shè)計，使所述微反應(yīng)器的反應(yīng)腔室具有多列設(shè)置時，更有效地利用微反應(yīng)器內(nèi)部的空間。

實施例3

本實施例提供一種具有多個反應(yīng)通道的微反應(yīng)器，在以上實施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計。

優(yōu)選地，所述反應(yīng)通道包括并排布置的至少兩個，所述至少兩個反應(yīng)通道對應(yīng)的反應(yīng)腔室之間共用腔室側(cè)壁。如圖1所示，本實施例提供的微反應(yīng)器為四個通道并排布置。

優(yōu)選地，如圖2所示，相鄰的反應(yīng)腔室側(cè)壁之間通過混流口206連通。沿流體的流動方向，所述混流口的上端高度高于所述反沖結(jié)構(gòu)的下端高度。通過混流口206的設(shè)計，不僅可以使不同的反應(yīng)通道之間的流體進(jìn)行混合，同時還有利于平衡不同的反應(yīng)通道之間的壓力，從而使流體混合更充分。本發(fā)明所述的微反應(yīng)器，通道形式可大大增加微通道反應(yīng)器的處理量。由于普通的微反應(yīng)器存在壓力損失嚴(yán)重，因此能耗高，本發(fā)明所述的微反應(yīng)器可以采用四通道并聯(lián)，其并聯(lián)通道間設(shè)有混流口206，彼此之間可以混流，一方面保證了每條通道中流體流量相同，另一方面，減小單位長度反應(yīng)通道的壓力損失。

由于采用四通道并聯(lián)且聯(lián)通的形式，持液量加大，單位長度壓力降大大降低，從而可以減少能耗。優(yōu)選地，所述混流口的上端高度高于所述反沖結(jié)構(gòu)的下端高度，從而有效地促進(jìn)所述混流口的混流效果。

本發(fā)明提供的微反應(yīng)器，流體在等截面的射流通道內(nèi)維持并傳遞該高速流體、能夠有效防止加速后的高速流體直接進(jìn)入下游大流道空間從而降速、起不到射流沖擊的作用而無法提高流體的混合反應(yīng)程度，防止加速后的高速流體被很快的卸速，提高流體的射流沖擊的作用、提高流體的混合充分程度，在射流通道出口處對應(yīng)反沖結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對射流通道高速流體的反沖，并進(jìn)而對流體進(jìn)行分流，促進(jìn)流體中的介質(zhì)充分混合。

本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，在不沖突的前提下，上述各有利方式可以自由地組合、疊加。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。