CN112403414A - 一种微通道连续催化装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种微通道连续催化装置及其工作方法，包括反应器、余热回收器；所述反应器包括反应器外壳、若干个反应器本体，若干个所述反应器本体以平行分布的方式，通过软硬变径接头集束在带有单管流量调节阀的反应器外壳内部；所述反应器本体包括内套管、中间套管和外套管，所述内套管和中间套管均设有内螺纹和外螺纹，所述外套管设有内螺纹，所述内套管的外壁和中间套管的内壁之间形成的螺旋状流通路径作为反应通道。本发明所述的微通道连续催化装置及其工作方法，结构设计合理，实现了反应器放大倍数、不同管径、单管开口大小的自由连续组合，便于零件维修更换，清洗方便，提高了反应器传热系数、换热效果，工作方法简单，高效率，应用前景广泛。

Description

一种微通道连续催化装置及其工作方法

技术领域

本发明属于催化装置技术领域，具体涉及一种微通道连续催化装置及其工作方法。

背景技术

化工生产水平的高低往往是一个国家实力的最好体现，化工过程强化始终是化工生产过程的重要课题，人们在面临环境污染、能源紧张、低转化率等问题时逐渐将目光投向高传热传质、大比表面积、易控可靠灵活的微反应器。

自20世纪80年代，从“微反应器”的概念被提出到快速发展，微反应器凭借其精妙灵活、快速高效、易于放大等特点己逐渐被应用到医药、生物、纺织、催化等各个化工领域。随着社会的发展，如今的化工生产过程对微反应器又提出了连续生产、低能耗、低污染、高生产效率等新的要求，随着生产技术的提升，高性能材料的研发，高精度数控加工技术的提升，需要研发出一种微通道连续催化装置及其工作方法，以来实现连续进料、模块灵活的要求，缩短工艺用时，适应新形势下化工生产发展要求。

中国专利申请号为CN201920655079.X公开了一种电驱动催化反应装置，是通过提供的电驱动催化反应装置是利用电场驱动催化反应的进行，特别适用于催化空气污染物燃烧反应，没有对催化反应装置的连续生产能力、效率、稳定性进行提高。

发明内容

发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种微通道连续催化装置及其工作方法，结构设计合理，实现了反应器放大倍数、不同管径、单管开口大小的自由连续组合，便于零件维修更换，清洗方便，提高了反应器的传热系数、换热效果，工作方法简单，连续式生产高效率，应用前景广泛。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种微通道连续催化装置，包括反应器、余热回收器；所述反应器包括反应器外壳、若干个反应器本体，若干个所述反应器本体以平行分布的方式，通过软硬变径接头集束在带有单管流量调节阀的反应器外壳内部；所述反应器本体包括内套管、中间套管和外套管，所述内套管和中间套管均设有内螺纹和外螺纹，所述外套管设有内螺纹，所述内套管的外壁和中间套管的内壁之间形成的螺旋状流通路径作为反应通道，所述反应通道的左、右端分别为反应物料进口、反应物料出口；所述内套管自身的螺旋状流通路径作为换热媒介通道一，所述中间套管的外壁和外套管的内壁之间形成的螺旋状流通路径作为换热媒介通道二，所述换热媒介通道一、换热媒介通道二的左、右端分别为换热媒介通道出口、换热媒介通道入口；所述反应通道和换热媒介通道一中流体的流动方向相反，所述反应通道和换热媒介通道二中流体的流动方向相反；所述余热回收器接于每个反应器本体的换热媒介通道出口用于回收换热媒介余热。

本发明所述的微通道连续催化装置，结构设计合理，将若干个所述反应器本体以平行分布的方式，通过软硬变径接头集束在带有单管流量调节阀的反应器外壳内部上，单层的平行分布，方便清洗防止污染；单管流量调节阀实现了反应器放大倍数、不同管径、单管开口大小的自由连续组合，并且在整体结构上采用软硬变径接头，软硬变径接头的软硬对接头、变径接头、密封压力圈等部件使得反应器整体可拆卸，便于零件维修更换、避免了因局部结构损坏而引起的完全不能使用，保证了反应器的清洗方便。

所述反应器本体的数量根据实际需要进行设置，灵活性高；所述反应器本体的结构设计，增加了反应流体物料与反应器本体壁面垂直碰撞概率与碰撞强度，提高了反应器本体的传热系数，还提高了换热媒介的换热效果。

换热媒介从换热媒介出口流出时，仍携带大量能量，现有技术中的微通道连续催化装置，换热媒介的大量的能量以余热的形式散发到自然界中，造成了能源的极大浪费，同时也引发了环境问题，因此需要进行余热回收。

进一步的，上述的微通道连续催化装置，所述内套管的外螺纹和中间套管的内螺纹方向相反，并且从反应器本体的一端观察，一个螺纹的方向为顺时针旋转，另一个螺纹的方向为逆时针旋转。

组成反应通道的内套管的外螺纹和中间套管的内螺纹，从反应器的一端观察，一个螺纹方向为顺时针旋转，另一个螺纹方向为逆时针旋转，进一步增加了反应流体与器壁垂直碰撞概率与碰撞强度，提高了反应器的传热系数。

进一步的，上述的微通道连续催化装置，所述内套管、中间套管和外套管的轴中心线重叠。

进一步的，上述的微通道连续催化装置，所述余热回收器包括板翅式换热器、热电模组和散热翅片；所述板翅式换热器的左、右端分别为进口管和出口管，所述进气管与每个反应器本体的换热媒介通道出口连接，所述出口管与排出管连接；所述板翅式换热器上下表面各布置有相同数量的热电模组，每个所述热电模组外侧布置有一个散热翅片进行单独散热。

所述余热回收器，结构设计合理，板翅式换热器换热能力强，热电模组布置效率高，板翅式换热器采用高热导率材料和内部设置矩形折叠翅片，保证了板翅式换热器外表面有较高温度的同时有较好的温度均一性。

板翅式换热器用于将换热媒介中的能量置换出来，作为热电模组的热端，为热电模组发电提供能量。

由于加工存在一定的误差，同时板翅式换热器工作区域面积较大，平面度难以保证，为防止板翅式换热器、热电模组、散热翅片三者焊接连接产生热应力过大破坏热电模组，每个热电模组单独使用一个散热翅片进行散热。

进一步的，上述的微通道连续催化装置，所述板翅式换热器与热电模组和热电模组与散热翅片之间采用钎焊法连接。

为了减小接触热阻提高板翅式温差发电器发电性能，热电模组与板翅式换热器、散热翅片问采用钎焊法连接。

进一步的，上述的微通道连续催化装置，所述板翅式换热器两端为梯形过渡区和中部为方形区域，所述热电模组布置在方形区域，所述板翅式换热器内部在方形区域的对应位置布置有矩形折叠翅片，所述矩形折叠翅片通道与换热媒介流动方向一致；左端和右端的所述梯形过渡区分别设置有进口、出口，所述进口、出口分别与进口管和出口管连通；所述左端的梯形过渡区内设置有分流装置。

所述板翅式换热器内部的矩形折叠翅片，翅片通道与换热媒介流动方向一致，避免换热媒介流经换热器后产生过大压降，同时翅片大大增加了与换热媒介的接触面积，改善了换热器的换热性能。梯形过渡区的结构，起到了分散过度的作用，避免换热媒介流速大，使换热媒介更有效地分散充满翅片各个通道；在进口端的梯形过渡区内设置一分流装置，当换热媒介经进口管进入板翅式换热器内部，遇到分流装置中的分流片，可以有效地分散。

进一步的，上述的微通道连续催化装置，所述热电模组包括P型热电臂、N型热电臂、Cu电极、陶瓷基底、铜板；所述P型热电臂、N型热电臂为立方块体结构，所述P型热电臂、N型热电臂依次交替排列并且通过Cu电极进行首尾连接串联起来，所述P型热电臂、N型热电臂在上、下表面加上陶瓷基底，所述陶瓷基底外表面覆上一层铜板。

所述热电模组带有三明治结构，P型热电臂、N型热电臂依次交替排列，通过Cu电极进行首尾连接串联起来，具有内阻小、输出电压高等特点，P型热电臂、N型热电臂上、下表面加上陶瓷基底，起到支撑、保护、绝缘的作用；为了方便采用钎焊连接法连接热电模组与板翅式换热器、散热翅片，在热电模组的上下陶瓷板外表面覆上一层铜板。

进一步的，上述的微通道连续催化装置，所述散热翅片为密齿型散热翅片，所述散热翅片包括若干个翅片，所述翅片的厚度为1 mm，所述翅片与翅片的间距为2 mm，所述翅片的材料采用3003铝合金，所述散热翅片尺寸大于热电模组尺寸。

所述散热翅片密度小、导热性好，降低了板翅式温差发电器重量，同时较多的翅片数量有效增大了与空气热交换的面积，大大提高了散热效果。

进一步的，上述的微通道连续催化装置，所述工作方法，依次包括如下步骤：

（1） 预先配置好的物料，经由平流泵获得初始动能后，从反应物料进口流入螺旋状的反应通道内，物料在螺旋状的反应通道内流动过程中不断的碰撞，并在离心力的作用力下，不断混合、分离、再混合的过程，反复剪切、错流；

（2） 在物料螺旋式流动过程中，内套管的换热媒介通道一、和中间套管的外壁和外套管的内壁之间形成的换热媒介通道二外套管内，不断从换热媒介通道入口流入换热介质，同时不断地冲刷换热媒介通道一、换热媒介通道二的表面，从换热媒介通道出口流入余热回收器内用于回收换热媒介余热；

（3）通过单管流量调节阀调节反应器外壳内反应器本体投入使用的数量。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1） 本发明公开的微通道连续催化装置，结构设计合理，采用非接触的视觉检测，对玻璃瓶的瓶口、瓶身、瓶底进行全方面的缺陷检测，自动化高、高精度、高效率，智能化程度高，避免了漏检、误检、效率低下等诸多弊端，应用前景广泛；

（2） 本发明公开的微通道连续催化装置的工作方法，工作方法简单，通过图像处理克服了玻璃瓶在传输过程中由于抖动造成的不良影响，使检测结果更加稳定和准确，增强了抗干扰性；通过对缺陷处理判断的改进，显著提高了判断精度，提高了玻璃瓶产品的质量和合格率，降低了人工成本。

附图说明

图1为本发明所述一种微通道连续催化装置的反应器外观示意图；

图2为本发明所述一种微通道连续催化装置的余热回收器结构示意图；

图3为本发明所述一种微通道连续催化装置的反应器本体剖面示意图；

图4为本发明所述一种微通道连续催化装置的热电模组结构示意图；

图5为本发明所述一种微通道连续催化装置的板翅式换热器结构示意图；

图中：反应器1、反应器外壳11、反应器本体12、内套管121、中间套管122、外套管123、反应通道124、反应物料进口1241、反应物料出口1242、换热媒介通道一125、换热媒介通道出口1251、换热媒介通道入口1252、换热媒介通道二126、软硬变径接头13、单管流量调节阀14、余热回收器2、板翅式换热器21、进口管211、出口管212、梯形过渡区213、方形区域214、进口215、出口216、热电模组22、P型热电臂221、N型热电臂222、Cu电极223、陶瓷基底224、铜板225、散热翅片23。

具体实施方式

下面将结合具体实施例和附图1-5，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的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它实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1、2、3所示，包括反应器1、余热回收器2；所述反应器1包括反应器外壳11、若干个反应器本体12，若干个所述反应器本体12以平行分布的方式，通过软硬变径接头13集束在带有单管流量调节阀14的反应器外壳11内部；所述反应器本体12包括内套管121、中间套管122和外套管123，所述内套管121和中间套管122均设有内螺纹和外螺纹，所述外套管132设有内螺纹，所述内套管121的外壁和中间套管122的内壁之间形成的螺旋状流通路径作为反应通道124，所述反应通道124的左、右端分别为反应物料进口1241、反应物料出口1242；所述内套管121自身的螺旋状流通路径作为换热媒介通道一125，所述中间套管122的外壁和外套管123的内壁之间形成的螺旋状流通路径作为换热媒介通道二126，所述换热媒介通道一125、换热媒介通道二126的左、右端分别为换热媒介通道出口1251、换热媒介通道入口1252；所述反应通道124和换热媒介通道一125中流体的流动方向相反，所述反应通道124和换热媒介通道二126中流体的流动方向相反；所述余热回收器2接于每个反应器本体12的换热媒介通道出口1251用于回收换热媒介余热。

进一步的，如图3所示，所述内套管121的外螺纹和中间套管122的内螺纹方向相反，并且从反应器本体12的一端观察，一个螺纹的方向为顺时针旋转，另一个螺纹的方向为逆时针旋转。

进一步的，所述内套管121、中间套管122和外套管123的轴中心线重叠。

进一步的，如图2所示，所述余热回收器2包括板翅式换热器21、热电模组22和散热翅片23；所述板翅式换热器21的左、右端分别为进口管211和出口管212，所述进气管211与每个反应器本体12的换热媒介通道出口1251连接，所述出口管212与排出管连接；所述板翅式换热器21上下表面各布置有相同数量的热电模组22，每个所述热电模组22外侧布置有一个散热翅片23进行单独散热。

进一步的，所述板翅式换热器21与热电模组22和热电模组22与散热翅片23之间采用钎焊法连接。

进一步的，如图5所示，所述板翅式换热器21两端为梯形过渡区213和中部为方形区域214，所述热电模组22布置在方形区域214，所述板翅式换热器21内部在方形区域214的对应位置布置有矩形折叠翅片，所述矩形折叠翅片通道与换热媒介流动方向一致；左端和右端的所述梯形过渡区213分别设置有进口215、出口216，所述进口215、出口216分别与进口管211和出口管212连通；所述左端的梯形过渡区213内设置有分流装置。

进一步的，如图4所示，所述热电模组22包括P型热电臂221、N型热电臂222、Cu电极223、陶瓷基底224、铜板225；所述P型热电臂221、N型热电臂222为立方块体结构，所述P型热电臂221、N型热电臂222依次交替排列并且通过Cu电极223进行首尾连接串联起来，所述P型热电臂221、N型热电臂222在上、下表面加上陶瓷基底224，所述陶瓷基底224外表面覆上一层铜板225。

进一步的，所述散热翅片23为密齿型散热翅片，所述散热翅片23包括若干个翅片，所述翅片的厚度为1 mm，所述翅片与翅片的间距为2 mm，所述翅片的材料采用3003铝合金，所述散热翅片23尺寸大于热电模组22尺寸。

实施例

本发明所述的微通道连续催化装置，所述工作方法，包括如下步骤：

（1）预先配置好的物料，经由平流泵获得初始动能后，从反应物料进口1241流入螺旋状的反应通道124内，物料在螺旋状的反应通道124内流动过程中不断的碰撞，并在离心力的作用力下，不断混合、分离、再混合的过程，反复剪切、错流；

（2）在物料螺旋式流动过程中，内套管121的换热媒介通道一125、和中间套管122的外壁和外套管123的内壁之间形成的换热媒介通道二126外套管123内，不断从换热媒介通道入口1252流入换热介质，同时不断地冲刷换热媒介通道一125、换热媒介通道二126的表面，从换热媒介通道出口1251流入余热回收器2内用于回收换热媒介余热；

（3）通过单管流量调节阀14调节反应器外壳11内反应器本体12投入使用的数量。

由上可得，本发明所述的微通道连续催化装置，结构设计合理，将若干个所述反应器本体12以平行分布的方式，通过软硬变径接头13集束在带有单管流量调节阀14的反应器外壳11内部上，单层的平行分布，方便清洗防止污染；单管流量调节阀14实现了反应器放大倍数、不同管径、单管开口大小的自由连续组合，并且在整体结构上采用软硬变径接头13，软硬变径接头13的软硬对接头、变径接头、密封压力圈等部件使得反应器整体可拆卸，便于零件维修更换、避免了因局部结构损坏而引起的完全不能使用，保证了反应器的清洗方便。

所述反应器本体12的数量根据实际需要进行设置，灵活性高；所述反应器本体12的结构设计，增加了反应流体物料与反应器本体12壁面垂直碰撞概率与碰撞强度，提高了反应器本体12的传热系数，还提高了换热媒介的换热效果。

换热媒介从换热媒介出口1251流出时，仍携带大量能量，现有技术中的微通道连续催化装置，换热媒介的大量的能量以余热的形式散发到自然界中，造成了能源的极大浪费，同时也引发了环境问题，因此需要进行余热回收。

进一步的，组成反应通道124的内套管121的外螺纹和中间套122管的内螺纹，从反应器的一端观察，一个螺纹方向为顺时针旋转，另一个螺纹方向为逆时针旋转，进一步增加了反应流体与器壁垂直碰撞概率与碰撞强度，提高了反应器的传热系数。

所述余热回收器2，结构设计合理，板翅式换热器21换热能力强，热电模组22布置效率高，板翅式换热器21采用高热导率材料和内部设置矩形折叠翅片，保证了板翅式换热器外表面有较高温度的同时有较好的温度均一性。

板翅式换热器21用于将换热媒介中的能量置换出来，作为热电模组22的热端，为热电模组22发电提供能量。

由于加工存在一定的误差，同时板翅式换热器21工作区域面积较大，平面度难以保证，为防止板翅式换热器21、热电模组22、散热翅片23三者焊接连接产生热应力过大破坏热电模组22，每个热电模组22单独使用一个散热翅片23进行散热。

进一步的，所述板翅式换热器21内部的矩形折叠翅片，翅片通道与换热媒介流动方向一致，避免换热媒介流经板翅式换热器21后产生过大压降，同时翅片大大增加了与换热媒介的接触面积，改善了换热器的换热性能。梯形过渡区213的结构，起到了分散过度的作用，避免换热媒介流速大，使换热媒介更有效地分散充满翅片各个通道；在进口端的梯形过渡区213内设置一分流装置，当换热媒介经进口管进入板翅式换热器21内部，遇到分流装置中的分流片，可以有效地分散。

进一步的，所述热电模组22带有三明治结构，P型热电臂221、N型热电臂222依次交替排列，通过Cu电极223进行首尾连接串联起来，具有内阻小、输出电压高等特点，P型热电臂221、N型热电臂222上、下表面加上陶瓷基底224，起到支撑、保护、绝缘的作用；为了方便采用钎焊连接法连接热电模组22与板翅式换热器21、散热翅片23，在热电模组22的上下陶瓷基底224外表面覆上一层铜板225。

本发明具体工作方法途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种微通道连续催化装置，其特征在于，包括反应器（1）、余热回收器（2）；所述反应器（1）包括反应器外壳（11）、若干个反应器本体（12），若干个所述反应器本体（12）以平行分布的方式，通过软硬变径接头（13）集束在带有单管流量调节阀（14）的反应器外壳（11）内部；所述反应器本体（12）包括内套管（121）、中间套管（122）和外套管（123），所述内套管（121）和中间套管（122）均设有内螺纹和外螺纹，所述外套管（132）设有内螺纹，所述内套管（121）的外壁和中间套管（122）的内壁之间形成的螺旋状流通路径作为反应通道（124），所述反应通道（124）的左、右端分别为反应物料进口（1241）、反应物料出口（1242）；所述内套管（121）自身的螺旋状流通路径作为换热媒介通道一（125），所述中间套管（122）的外壁和外套管（123）的内壁之间形成的螺旋状流通路径作为换热媒介通道二（126），所述换热媒介通道一（125）、换热媒介通道二（126）的左、右端分别为换热媒介通道出口（1251）、换热媒介通道入口（1252）；所述反应通道（124）和换热媒介通道一（125）中流体的流动方向相反，所述反应通道（124）和换热媒介通道二（126）中流体的流动方向相反；所述余热回收器（2）接于每个反应器本体（12）的换热媒介通道出口（1251）用于回收换热媒介余热。

2.根据权利要求1所述的微通道连续催化装置，其特征在于，所述内套管（121）的外螺纹和中间套管（122）的内螺纹方向相反，并且从反应器本体（12）的一端观察，一个螺纹的方向为顺时针旋转，另一个螺纹的方向为逆时针旋转。

3.根据权利要求2所述的微通道连续催化装置，其特征在于，所述内套管（121）、中间套管（122）和外套管（123）的轴中心线重叠。

4.根据权利要求1所述的微通道连续催化装置，其特征在于，所述余热回收器（2）包括板翅式换热器（21）、热电模组（22）和散热翅片（23）；所述板翅式换热器（21）的左、右端分别为进口管（211）和出口管（212），所述进气管（211）与每个反应器本体（12）的换热媒介通道出口（1251）连接，所述出口管（212）与排出管连接；所述板翅式换热器（21）上下表面各布置有相同数量的热电模组（22），每个所述热电模组（22）外侧布置有一个散热翅片（23）进行单独散热。

5.根据权利要求4所述的微通道连续催化装置，其特征在于，所述板翅式换热器（21）与热电模组（22）和热电模组（22）与散热翅片（23）之间采用钎焊法连接。

6.根据权利要求5所述的微通道连续催化装置，其特征在于，所述板翅式换热器（21）两端为梯形过渡区（213）和中部为方形区域（214），所述热电模组（22）布置在方形区域（214），所述板翅式换热器（21）内部在方形区域（214）的对应位置布置有矩形折叠翅片，所述矩形折叠翅片通道与换热媒介流动方向一致；左端和右端的所述梯形过渡区（213）分别设置有进口（215）、出口（216），所述进口（215）、出口（216）分别与进口管（211）和出口管（212）连通；所述左端的梯形过渡区（213）内设置有分流装置（217）。

7.根据权利要求6所述的微通道连续催化装置，其特征在于，所述热电模组（22）包括P型热电臂（221）、N型热电臂（222）、Cu电极（223）、陶瓷基底（224）、铜板（225）；所述P型热电臂（221）、N型热电臂（222）为立方块体结构，所述P型热电臂（221）、N型热电臂（222）依次交替排列并且通过Cu电极（223）进行首尾连接串联起来，所述P型热电臂（221）、N型热电臂（222）在上、下表面加上陶瓷基底（224），所述陶瓷基底（224）外表面覆上一层铜板（225）。

8.根据权利要求7所述的微通道连续催化装置，其特征在于，所述散热翅片（23）为密齿型散热翅片，所述散热翅片（23）包括若干个翅片，所述翅片的厚度为1 mm，所述翅片与翅片的间距为2 mm，所述翅片的材料采用3003铝合金，所述散热翅片（23）尺寸大于热电模组（22）尺寸。

9.根据权利要求1－8任意一项所述微通道连续催化装置的工作方法，其特征在于，所述工作方法，包括如下步骤：

（1）预先配置好的物料，经由平流泵获得初始动能后，从反应物料进口（1241）流入螺旋状的反应通道（124）内，物料在螺旋状的反应通道（124）内流动过程中不断的碰撞，并在离心力的作用力下，不断混合、分离、再混合的过程，反复剪切、错流；

（2）在物料螺旋式流动过程中，内套管（121）的换热媒介通道一（125）、和中间套管（122）的外壁和外套管（123）的内壁之间形成的换热媒介通道二（126）外套管（123）内，不断从换热媒介通道入口（1252）流入换热介质，同时不断地冲刷换热媒介通道一（125）、换热媒介通道二（126）的表面，从换热媒介通道出口（1251）流入余热回收器（2）内用于回收换热媒介余热；

（3）通过单管流量调节阀（14）调节反应器外壳（11）内反应器本体（12）投入使用的数量。

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