本發(fā)明涉及微流體反應(yīng)器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是具有文丘里結(jié)構(gòu)的微反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

微流體反應(yīng)器，是利用精密加工技術(shù)制造的特征尺寸在10到3000μm之間的微型反應(yīng)器。

微反應(yīng)器的“微”不是特指微反應(yīng)器設(shè)備的外形尺寸大??；也不是指微反應(yīng)器設(shè)備產(chǎn)品的產(chǎn)量小；而是表示工藝流體的通道在微米級(jí)別；微反應(yīng)器中可以包含有成百萬(wàn)上千萬(wàn)的微型通道，因此也可以實(shí)現(xiàn)很高的產(chǎn)量。

微反應(yīng)器比常規(guī)的管道式反應(yīng)器的尺寸要小得多，但微反應(yīng)器從本質(zhì)上來(lái)講仍是一種連續(xù)流動(dòng)的管道式反應(yīng)器。微反應(yīng)系統(tǒng)通常包括換熱、混合、分離、分析和控制等高度集成單元。因?yàn)槠渚邆浯蟊缺砻娣e、微小反應(yīng)體積和獨(dú)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，傳熱效率的提高使得反應(yīng)能在等溫條件下快速進(jìn)行。

微反應(yīng)器與傳統(tǒng)釜式反應(yīng)器相比，具有如下優(yōu)勢(shì)：

1、高的熱傳導(dǎo)系數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)條件的精確控制；

2、毫秒或納微秒的混合時(shí)間縮小了反應(yīng)器的體積；

3、高比表面積增大了強(qiáng)化反應(yīng)過(guò)程

4、提高了產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率和收率；

5、無(wú)放大效應(yīng)，減少中試環(huán)節(jié)，縮短工藝開(kāi)發(fā)周期；

6、良好的安全性能；

7、大量減少有毒、有污染溶劑的使用；

8、連續(xù)化生產(chǎn)。

現(xiàn)有技術(shù)的微反應(yīng)器結(jié)構(gòu)如圖1所示，為方形通道，流體經(jīng)過(guò)方形通道進(jìn)行混合反應(yīng)，其主要存在如下幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題：

1、通道為單通道，持液量小，處理量小，壓降大；

2、通道混合效果仍需要改進(jìn)；

3、通道內(nèi)存在混合盲區(qū)；

4、換熱效果不能滿(mǎn)足工藝快速反應(yīng)的需要。

如何尋求一種持液量大，處理量大，壓降小，通道混合效果好，無(wú)混合盲區(qū)，換熱效果好的微反應(yīng)器，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種微流體反應(yīng)器，以解決現(xiàn)有技術(shù)的微反應(yīng)器通道混合效果差、存在混合盲區(qū)等問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用技術(shù)方案的基本構(gòu)思是：

一種微流體反應(yīng)器，包括反應(yīng)通道，在所述反應(yīng)通道上設(shè)有若干個(gè)連續(xù)的反應(yīng)腔室，至少其中一個(gè)所述反應(yīng)腔室的入口與文丘里通道連接，并且對(duì)應(yīng)所述文丘里通道的射流方向，在所述反應(yīng)腔室的入口內(nèi)側(cè)設(shè)有文丘里壁，使自所述文丘里通道流出的流體在所述反應(yīng)腔室的入口與所述文丘里壁之間形成緩沖區(qū)，并沿著所述文丘里壁向兩側(cè)分流。

優(yōu)選地，所述文丘里壁正對(duì)應(yīng)所述文丘里通道的表面設(shè)為內(nèi)凹部，使流體在所述內(nèi)凹部處形成所述緩沖區(qū)。

優(yōu)選地，所述文丘里壁與所述反應(yīng)腔室內(nèi)壁之間的最小截面面積小于所述文丘里通道形成的截面面積為中部小于兩端，使流體在反應(yīng)腔室的內(nèi)壁與所述文丘里壁之間形成文丘里效應(yīng)。

優(yōu)選地，所述文丘里壁的內(nèi)凹部在所述文丘里壁對(duì)應(yīng)所述文丘里通道的表面的寬度以及與該表面垂直的深度的比例為（3-10）：1。

優(yōu)選地，所述反應(yīng)腔室為左右對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，反應(yīng)腔室的入口位于所述反應(yīng)腔室的中心線(xiàn)上；

和或，所述文丘里壁為左右對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，并且正對(duì)應(yīng)所述文丘里通道的出口布置在所述反應(yīng)腔室的中心線(xiàn)上。

優(yōu)選地，所述文丘里壁上設(shè)有若干個(gè)導(dǎo)流槽，使所述緩沖區(qū)的流體能夠沿著所述導(dǎo)流槽流出；優(yōu)選地，所述導(dǎo)流槽設(shè)有至少兩個(gè)，對(duì)稱(chēng)分布在所述文丘里壁上。

優(yōu)選地，在所述文丘里壁與所述文丘里通道之間的通道里設(shè)有若干個(gè)第一擾流塊；優(yōu)選地，所述第一擾流塊沿著與流體流向呈角度的線(xiàn)性分布；優(yōu)選地，所述第一擾流塊對(duì)稱(chēng)設(shè)置在所述文丘里壁與所述文丘里通道之間的通道里；優(yōu)選地，所屬第一擾流塊呈交叉狀分布；優(yōu)選地，若干個(gè)所述第一擾流塊對(duì)稱(chēng)布置；優(yōu)選地，所述角度為30-90度。

優(yōu)選地，在所述文丘里壁與所述反應(yīng)腔室的出口之間設(shè)有至少一個(gè)第二擾流塊，優(yōu)選地，所述第二擾流塊呈三角形，并且三角形的一個(gè)頂角指向所述反應(yīng)腔室的出口或者指向所述文丘里壁；優(yōu)選地，所述第二擾流塊自所述文丘里壁向下延伸形成與所述文丘里壁一體成型的結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，連續(xù)的兩個(gè)反應(yīng)腔室之間通過(guò)所述文丘里通道連通，并且所述兩個(gè)反應(yīng)腔室的入口內(nèi)側(cè)均設(shè)有所述文丘里壁。

優(yōu)選地，所述反應(yīng)通道設(shè)有至少兩個(gè)，反應(yīng)通道并排布置，并且在相鄰的兩個(gè)反應(yīng)腔室之間的側(cè)壁上設(shè)有混流口，使相鄰的兩個(gè)反應(yīng)腔室之間連通。

采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：

本發(fā)明采用文丘里通道結(jié)構(gòu)，以及文丘里壁形成的緩沖區(qū)，通過(guò)收縮-擴(kuò)張的形式，當(dāng)流體在文丘里管里面流動(dòng)，在管道的最窄處，動(dòng)壓頭即速度頭達(dá)到最大值，靜壓頭即壓力頭達(dá)到最小值，流體的速度因?yàn)橥鳈M截面面積減小而上升。整個(gè)涌流都要在同一時(shí)間內(nèi)經(jīng)歷管道縮小過(guò)程，因而壓力也在同一時(shí)間減小。進(jìn)而產(chǎn)生壓力差，這個(gè)壓力差給流體提供一個(gè)外在吸力，加快流體混合同時(shí)減少流體流動(dòng)時(shí)的流動(dòng)死區(qū)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化的混合反應(yīng)，避免了反應(yīng)盲區(qū)存在。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

附圖說(shuō)明

附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1為現(xiàn)有技術(shù)的方形通道結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的一種微流體反應(yīng)器的文丘里反應(yīng)單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的一種微流體反應(yīng)器的反應(yīng)通道的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明又一實(shí)施例的一種微流體反應(yīng)器的反應(yīng)通道的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為圖4的局部放大示意圖；

圖6A—圖6S為本發(fā)明實(shí)施例的微流體反應(yīng)器的文丘里反應(yīng)通道結(jié)構(gòu)示意圖（其中6P-6S中的導(dǎo)流槽帶有錐度）；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例的一種微流體反應(yīng)器的流體速度矢量示意圖；

圖8為現(xiàn)有技術(shù)的方形通道物料混合效果示意圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例的一種微流體反應(yīng)器的物料混合效果示意圖。

其中，1、反應(yīng)腔室，2、流體入口，3、流體出口，4文丘里通道，5、文丘里壁，6、導(dǎo)流槽，9、小文丘里壁，10、擾流結(jié)構(gòu)，11、大第二擾流塊，12、小第一擾流塊，13、反應(yīng)通道，14、單通道，15、雙通道，17、混流口，25、第一流體入口，26、第二流體入口，27、第三大分流裝置，28、第三小分流裝置，29、第二大分流裝置，30、第二小分流裝置，31、第一大分流裝置，32、第一小分流裝置，33、四通道。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明具體實(shí)施例及相應(yīng)的附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

首先需要指出，本發(fā)明的實(shí)施例僅僅公開(kāi)幾個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，不應(yīng)該理解成對(duì)本發(fā)明實(shí)施的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍仍以權(quán)利要求書(shū)所公開(kāi)的內(nèi)容為準(zhǔn)。

如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種微流體反應(yīng)器，該反應(yīng)器包括反應(yīng)通道13，在反應(yīng)通道13上設(shè)有若干個(gè)連續(xù)的反應(yīng)腔室1，至少其中一個(gè)反應(yīng)腔室1的入口與文丘里通道4（文丘里通道是先收縮而后逐漸擴(kuò)大的管道）連接，并且對(duì)應(yīng)文丘里通道4的射流方向，在反應(yīng)腔室1的入口內(nèi)側(cè)設(shè)有文丘里壁5，使自文丘里通道4流出的流體在反應(yīng)腔室1的入口與所述文丘里壁5之間形成緩沖區(qū)，并沿著所述文丘里壁5向兩側(cè)分流。通過(guò)收縮-擴(kuò)張的形式，當(dāng)流體在文丘里管里面流動(dòng)，在管道的最窄處，動(dòng)壓頭即速度頭達(dá)到最大值，靜壓頭即壓力頭達(dá)到最小值，流體的速度因?yàn)橥鳈M截面面積減小而上升。整個(gè)涌流都要在同一時(shí)間內(nèi)經(jīng)歷管道縮小過(guò)程，因而壓力也在同一時(shí)間減小。進(jìn)而產(chǎn)生壓力差，這個(gè)壓力差給流體提供一個(gè)外在吸力，加快流體混合同時(shí)減少流體流動(dòng)時(shí)的流動(dòng)死區(qū)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化的混合反應(yīng)，避免反應(yīng)盲區(qū)存在，另外通過(guò)設(shè)置文丘里壁形成的緩沖區(qū)，使物料混合更加均勻。

作為上述實(shí)施例的優(yōu)選，上述實(shí)施例中的文丘里壁5正對(duì)應(yīng)所述文丘里通道4的表面設(shè)為內(nèi)凹部，使流體在所述內(nèi)凹部處形成緩沖區(qū)。使用時(shí)，流體由文丘里通道中流出，經(jīng)過(guò)一次文丘里效應(yīng)進(jìn)行混合后，在該內(nèi)凹的緩沖區(qū)中形成緩沖，進(jìn)一步對(duì)流體進(jìn)行混合后，沿著內(nèi)凹部向文丘里壁的邊緣流動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)向文丘里壁兩側(cè)的分流。優(yōu)選地，本實(shí)施例中，文丘里壁的內(nèi)凹部在所述文丘里壁對(duì)應(yīng)所述文丘里通道的表面的寬度以及與該表面垂直的深度的比例為（3-10）：1，優(yōu)選為5:1。這種比例的設(shè)計(jì)可以更好的實(shí)現(xiàn)流體的緩沖混勻，同時(shí)流體的局部壓力損失較小。文丘里壁的長(zhǎng)度為0.1-20mm，寬度為0.1-20mm，長(zhǎng)寬比為0.1～10，文丘里壁上表面光滑設(shè)置，這種角度和形狀的設(shè)置，可以減小物料流體在文丘里壁上的局部壓力損失，壓降小，有效保證流體混合均勻。

在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，文丘里壁5與反應(yīng)腔室1內(nèi)壁之間形成的截面面積為中部小于兩端，使流體在反應(yīng)腔室1的內(nèi)壁與文丘里壁5之間形成文丘里效應(yīng)。即流體在經(jīng)由文丘里壁上表面緩沖區(qū)的緩沖混合及分流后，進(jìn)入文丘里壁與反應(yīng)腔室的內(nèi)壁之間，由于文丘里壁與反應(yīng)腔室內(nèi)壁之間形成的截面面積為中間小，兩端大，因此，流體在流經(jīng)該通道時(shí)，也會(huì)與文丘里通道一樣，經(jīng)歷收縮—擴(kuò)張這一形式，產(chǎn)生了壓力差，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了二次的強(qiáng)化混合反應(yīng)過(guò)程，進(jìn)一步保證流體的混合均勻和反應(yīng)完全程度，避免反應(yīng)盲區(qū)。

優(yōu)選地，反應(yīng)腔室1為左右對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，反應(yīng)腔室1的入口位于所述反應(yīng)腔室1的中心線(xiàn)上；和或，所述文丘里壁5為左右對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，并且正對(duì)應(yīng)所述文丘里通道4的出口布置在所述反應(yīng)腔室1的中心線(xiàn)上。上述的反應(yīng)腔室1左右對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的設(shè)置，是為了保證流體在反應(yīng)腔室的左右側(cè)的流動(dòng)、混合和反應(yīng)情況相同，保證流體反應(yīng)的一致性和均勻性；文丘里壁的設(shè)置位置和左右對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，也是為了保證流體在文丘里壁形成的緩沖區(qū)中混合均與，以及分流時(shí)產(chǎn)生的兩個(gè)分流的流量和流速保持一致，進(jìn)一步保證流體混合的均勻性和反應(yīng)的一致性，同時(shí)避免流體流動(dòng)時(shí)的流動(dòng)死區(qū)。

作為上述任一實(shí)施例的優(yōu)選，微流體反應(yīng)器中，文丘里壁5上設(shè)有若干個(gè)導(dǎo)流槽6，使所述緩沖區(qū)的流體能夠沿著所述導(dǎo)流槽6流出；優(yōu)選地，所述導(dǎo)流槽6設(shè)有至少兩個(gè)，對(duì)稱(chēng)分布在所述文丘里壁5上。導(dǎo)流槽6將文丘里壁5分隔成若干的小文丘里壁9，導(dǎo)流槽6的設(shè)置可以使壓降減小，物料混合效果更好。同時(shí)導(dǎo)流槽可以設(shè)置成中間截面小于兩端截面的形狀，從而使得流體在流過(guò)導(dǎo)流槽時(shí)，也產(chǎn)生收縮—擴(kuò)張的狀態(tài)，產(chǎn)生文丘里效應(yīng)。進(jìn)一步保證物料的混合均勻和反應(yīng)完全。導(dǎo)流槽主要是能夠?qū)α黧w產(chǎn)生一定的噴射作用，或者加強(qiáng)流體混合的作用；實(shí)際這個(gè)通道經(jīng)過(guò)的流體不是很多。

為了更進(jìn)一步的增加物料流體的混合程度，避免反應(yīng)死角，還可以在反應(yīng)腔室1內(nèi)設(shè)置擾流結(jié)構(gòu)10，例如，在所述文丘里壁5與所述文丘里通道4之間的通道里設(shè)有若干個(gè)第一擾流塊12；優(yōu)選地，所述第一擾流塊12沿著與流體流向呈角度的線(xiàn)性分布；優(yōu)選地，所述第一擾流塊對(duì)稱(chēng)設(shè)置在所述文丘里壁與所述文丘里通道之間的通道里；優(yōu)選地，所述第一擾流塊呈交叉狀分布；優(yōu)選地，若干個(gè)所述第一擾流塊對(duì)稱(chēng)布置；優(yōu)選地，所述角度為30-90度。第一擾流塊12可以為小三角形結(jié)構(gòu)，多個(gè)小三角形排布在反應(yīng)腔室內(nèi)，進(jìn)一步對(duì)流體進(jìn)行擾流混合。第一擾流塊的分布形狀沒(méi)有特定的要求，其尖角位置也不是固定的，可以靈活調(diào)整。另外一種擾流結(jié)構(gòu)為，在文丘里壁5與所述反應(yīng)腔室1的出口之間設(shè)有至少一個(gè)第二擾流塊11，優(yōu)選地，所述第二擾流塊11呈三角形，并且三角形的一個(gè)頂角指向所述反應(yīng)腔室的出口或者指向所述文丘里壁，這里需要解釋一下，其擺放方位給擾流效果有如下影響：如圖6A舉例，正放的三角比倒放的三角好，正放的三角會(huì)在三角形底部的兩個(gè)角處再次形成文丘里通道結(jié)構(gòu)；當(dāng)然，如果文丘里壁5結(jié)構(gòu)呈一定角度旋轉(zhuǎn)，第二擾流塊11也可以旋轉(zhuǎn)一定角度或改變結(jié)構(gòu)以達(dá)到最好的擾流效果；第二擾流塊11可以多個(gè)；優(yōu)選地，所述第二擾流塊11自所述文丘里壁向下延伸形成與所述文丘里壁一體成型的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的擾流塊可以與上一結(jié)構(gòu)的擾流塊同時(shí)存在，使擾流混合效果得到增強(qiáng)。

具體地，本發(fā)明實(shí)施例所提供的微反應(yīng)器中，文丘里壁5和擾流結(jié)構(gòu)10，以及其在反應(yīng)腔室1內(nèi)的布置位置可以進(jìn)行多種調(diào)整，包含并不限于如圖6A-圖6N所示的多種文丘里壁和擾流結(jié)構(gòu)安置位置，均可以用于本發(fā)明，其中，圖6B、圖6I、圖6K的結(jié)構(gòu)為文丘里壁5與擾流結(jié)構(gòu)10結(jié)合在一起的情況，圖6C、圖6D、圖6E、圖6F、圖6H、圖6J、圖6M、屬于多個(gè)小文丘里壁組合在一起的情況，圖6D、圖6E、圖6F、圖6H、圖6G、圖6I、圖6J、圖6N屬于具有由第二擾流塊形成的X形結(jié)構(gòu)的擾流結(jié)構(gòu)的情況。實(shí)際設(shè)置時(shí)，可以根據(jù)反應(yīng)物料的流動(dòng)情況等對(duì)文丘里壁和擾流結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體設(shè)置，以物料混合均勻，反應(yīng)腔室內(nèi)不留反應(yīng)盲區(qū)為標(biāo)準(zhǔn)。

本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施例中，連續(xù)的兩個(gè)反應(yīng)腔室1之間通過(guò)所述文丘里通道4連通，并且所述兩個(gè)反應(yīng)腔室1的入口內(nèi)側(cè)均設(shè)有所述文丘里壁5。形成的反應(yīng)通道13類(lèi)似糖葫蘆的結(jié)構(gòu)，流體在反應(yīng)通道13中依次通過(guò)文丘里通道4的文丘里效應(yīng)，以及文丘里壁5的緩沖效應(yīng)，然后在經(jīng)過(guò)文丘里壁5和反應(yīng)腔室1內(nèi)壁之間的縫隙，該縫隙也可以為中部小，兩端大的結(jié)構(gòu)，也同時(shí)產(chǎn)生文丘里效應(yīng)，流體在連續(xù)的反應(yīng)腔室中依次重復(fù)上述的結(jié)構(gòu)，流體混合效果好，避免反應(yīng)死角的產(chǎn)生。

本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施例中，微流體反應(yīng)器的反應(yīng)通道13設(shè)有至少兩個(gè)，反應(yīng)通道13并排布置，并且在相鄰的兩個(gè)反應(yīng)腔室1之間的側(cè)壁上設(shè)有混流口17，使相鄰的兩個(gè)反應(yīng)腔室之間連通。

上述實(shí)施例中，反應(yīng)通道13可以包括單通道14、雙通道15和/或多通道；其中，如圖3所示，單通道14為依次連接的反應(yīng)腔室1，相鄰的反應(yīng)腔室中，前一反應(yīng)腔室的流體出口3通過(guò)文丘里通道4連通后一反應(yīng)腔室的流體入口2，該單通道14可以設(shè)置兩個(gè)或多個(gè)流體入口2，分別進(jìn)入不同的物料流體，圖3所示的流體入口2包括第一流體入口25和第二流體入口26，即物料流體分別由兩個(gè)流體入口2進(jìn)入，然后進(jìn)行依次順序連接的反應(yīng)腔室和文丘里通道中進(jìn)行混合反應(yīng)，反應(yīng)完成后，由流體出口3排出微流體反應(yīng)器。

雙通道15和多通道均需要通過(guò)分流裝置實(shí)現(xiàn)，具體地，雙通道15需要分流裝置具有兩個(gè)分流出口，兩個(gè)單通道14分別連接兩個(gè)分流出口，形成并列排布的兩列單通道14；多通道需要分流裝置具有多個(gè)分流出口，多個(gè)單通道14分別連接多個(gè)分流出口；優(yōu)選地，所述雙通道15和多通道之間還設(shè)置有混流口17，所述混流口17將連接自不同分流出口的相鄰的所述單通道14連通；進(jìn)一步優(yōu)選地，所述混流口17長(zhǎng)度為0.002mm-6mm，寬度為0.002mm-3mm。

上述實(shí)施例中，根據(jù)反應(yīng)物料的需要，可以將反應(yīng)通道設(shè)置成單獨(dú)的單通道、雙通道或多通道，還可以將三種通道交叉使用，即一個(gè)反應(yīng)通道包含單通道、雙通道和多通道中的兩種或多種，可以在一個(gè)反應(yīng)通道中僅使用圖6A-圖6N中任意一種，也可以如圖6O所示，或者將6A-圖6N中的結(jié)構(gòu)任意自由組合，即將具有不同結(jié)構(gòu)的文丘里壁和擾流結(jié)構(gòu)的文丘里反應(yīng)單元串聯(lián)連接在一個(gè)反應(yīng)通道內(nèi)。

實(shí)施例1

本實(shí)施例所公開(kāi)的微流體反應(yīng)器，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，更多的考慮工藝流體流動(dòng)的形式及流體流動(dòng)的合理性。例如混合盲區(qū)的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)物料濃度局部分布不均，進(jìn)而導(dǎo)致副產(chǎn)物量的增加。改進(jìn)前流體在通道內(nèi)存在的混合盲區(qū)如圖1所示，在方形塊背側(cè)的黑色區(qū)域存在明顯的流動(dòng)死區(qū)，不利于混合。本實(shí)施例的微通道反應(yīng)器的反應(yīng)通道內(nèi)流體流動(dòng)過(guò)程中基本不存在流動(dòng)死區(qū)，混合湍動(dòng)效果好，如圖7所示。圖7為本發(fā)明的通道形式的流體速度矢量圖；圖中左邊的數(shù)字表示流體的速度矢量（單位m/s）。從速度矢量圖可見(jiàn)，兩種流體在1m/s速度下進(jìn)料，在文丘里結(jié)構(gòu)處，速度均有提高，反應(yīng)腔室可認(rèn)為得到了充分利用，基本沒(méi)有流動(dòng)死區(qū)。而且，在文丘里結(jié)構(gòu)擴(kuò)張段，因高速流體噴出，增強(qiáng)流體湍流程度，可有效提高混合效果，從而有利于反應(yīng)充分進(jìn)行。計(jì)算模擬結(jié)果顯示，達(dá)到相同的混合效果，方形片需要的混合長(zhǎng)度更長(zhǎng)，所需混合速度更大，而本實(shí)施例的微流體反應(yīng)器則很快實(shí)現(xiàn)了兩種流體的均勻混合。

實(shí)施例2

本實(shí)施例所公開(kāi)的微流體反應(yīng)器，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分考慮了混合效率。圖8為現(xiàn)有技術(shù)的方形微通道反應(yīng)器的混合效果圖，圖中左邊的數(shù)字表示流體的體積分?jǐn)?shù)值。以?xún)煞N液體物料混合反應(yīng)為例，以物料2在通道中體積分?jǐn)?shù)來(lái)解釋混合效果，物料1在通道中某處的體積分?jǐn)?shù)即為1減去物料2所占的體積分?jǐn)?shù)。0表示某處物料2的體積分?jǐn)?shù)為0；1表示某處物料2的體積分?jǐn)?shù)為100%。對(duì)于方形通道，物料需要經(jīng)過(guò)12塊以上的反應(yīng)腔組合才能實(shí)現(xiàn)完全混合，并且，方形通道結(jié)構(gòu)增強(qiáng)湍流程度的效果不夠好。

圖9為本發(fā)明的微流體反應(yīng)器的混合效果圖，圖中左邊的數(shù)字表示流體的體積分?jǐn)?shù)值。以?xún)煞N液體物料混合反應(yīng)為例，以物料2在通道中體積分?jǐn)?shù)來(lái)解釋混合效果，物料1在通道中某處的體積分?jǐn)?shù)即為1減去物料2所占的體積分?jǐn)?shù)。0表示某處物料2的體積分?jǐn)?shù)為0；1表示某處物料2的體積分?jǐn)?shù)為100%。對(duì)于方形通道，物料大約需要經(jīng)過(guò)9塊的反應(yīng)腔組合即可實(shí)現(xiàn)完全混合。而且，本發(fā)明的新通道結(jié)構(gòu)形式在第4塊反應(yīng)腔中的混合程度已經(jīng)超過(guò)方形通道在第10塊反應(yīng)腔中的混合程度。文丘里結(jié)構(gòu)使流體在流動(dòng)過(guò)程中動(dòng)量不斷發(fā)生變化，流體也因在縮頸的部分速度提高而在擴(kuò)張取出現(xiàn)噴射趨勢(shì)，湍流程度高、混合效果好，縮短了混合反應(yīng)時(shí)間，與方形微通道反應(yīng)器相比，大大提高了混合效率。

實(shí)施例3

如圖4，圖5所示，本實(shí)施例提供的微流體反應(yīng)器，物料分別由第一流體入口和第二流體入口進(jìn)入，一開(kāi)始為單通道14，然后變?yōu)殡p通道15，最后變成四通道33。流體入口處通過(guò)第三大分流裝置27進(jìn)行分流混合后進(jìn)入單通道14，雙通道15處采用第三小分流裝置28進(jìn)行分流混合，在四通道33先采用第一大分流裝置31和第一小分流裝置32分流為兩個(gè)流路，然后在轉(zhuǎn)彎處，采用第二小分流裝置30和第二大分流裝置29混合成一個(gè)流路。四通道33和兩通道15中，并列排布的相鄰兩個(gè)通道之間開(kāi)設(shè)混流口17，以保證每條通道的流速相同，混流口17設(shè)置多個(gè)，優(yōu)選地，將兩個(gè)相鄰的核心反應(yīng)腔采用混流通道連通。混流口或混流通道的長(zhǎng)度在0.002mm-6mm之間，寬度在0.002mm-3mm之間。

本發(fā)明實(shí)施例所公開(kāi)的微流體反應(yīng)器，反應(yīng)介質(zhì)可以為氣體、液體或彌散介質(zhì)，可以用于反應(yīng)物在反應(yīng)通道內(nèi)進(jìn)行混合、彌散、乳化、懸浮等物理反應(yīng)，也可以用于各種化學(xué)反應(yīng)，如氧化、還原、取代、消除、加成、配體交換、金屬交換、離子交換、聚合、烷基化、脫烷基化、硝化、過(guò)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?；⑾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)。

根據(jù)不同的反應(yīng)需求，反應(yīng)通道選用不同的材質(zhì)，如金屬材質(zhì)更耐高壓，SiC材質(zhì)更耐酸堿腐蝕。具體地，可以為金屬材質(zhì)不銹鋼：如304不銹鋼、316不銹鋼、316L不銹鋼、雙相鋼、超級(jí)奧氏體不銹鋼、超級(jí)雙相不銹鋼等；可以為鎳基合金：如哈氏合金、蒙乃爾合金、因科鎳等；可以為特殊的有色金屬：如鈦、鉭、鈮、鋯等；也可以為非金屬材質(zhì)：如SiC、亞克力、石英等；甚至可以是幾種材料的組合。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例所提提供的微流體反應(yīng)器，與現(xiàn)有技術(shù)相比，至少具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）持液量增加，是現(xiàn)有技術(shù)的10-40倍；

（2）處理量增加，是現(xiàn)有技術(shù)的20-60倍；

（3）壓降減小，變?yōu)楝F(xiàn)有技術(shù)的三分之一到三分之二；

（4）物料混合效果更好，混合效率為現(xiàn)有技術(shù)的1.5倍以上；

（5）基本消除了液體流動(dòng)時(shí)的混合盲區(qū)，混合效果好，反應(yīng)收率提高；

（6）改善了換熱條件，換熱效果更高，對(duì)溫度控制更加精確。

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(shí)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)。