[發明專利]一種微結構混合器

有效

• 申請號: 201110179977.0
• 申請日: 2011-06-29
• 公開（公告）號: CN102847455A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發明（設計）人: 呂陽成;駱廣生;劉振東
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B01F5/00
• 分類號: B01F5/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 童曉琳

技術領域

本發明屬于化學化工技術領域，具體涉及流體微混合技術和設備，可將其用于不同流體間的混合或反應過程。特別涉及一種微結構混合器。

背景技術

傳統的化學反應釜或混合器，主要采用攪拌的方式混合，這種混合方式雖然原理簡單，但因為設備內的混合尺度在毫米級甚至更大的尺度，所以存在混合效率低下，混合過程能耗大的問題。傳統意義上的塔式、管式等反應器或混合器，雖然相對全混釜來說具有各自的特點，但因為它們和攪拌式設備同樣處于毫米級混合尺度的范圍，所以同樣具有混合效率低下的問題。同時因為這些設備采用經驗放大的方式，所以存在放大周期長、實現困難等問題。反應器的作用歸根結底就是要提供良好的混合環境，而對于混合器來說則更是需要做到使物料快速、高效的混合。混合問題解決不好、或者混合效率低下就會導致反應周期長，單位體積反應器處理量低，反應過程不易控制的問題，對于伴有副反應的反應過程混合效率低更會導致反應器的選擇性低下。

隨著科學技術的發展，化工設備正在不斷向著高效、節能的方向發展，在此基礎上化工設備的微結構化成為了一個重要的趨勢。近幾年來在微加工、微測試技術的不斷促進下，關于微尺度下混合、換熱等方面的技術和科學發展極為迅速。眾多的帶有微結構的化工器件相繼出現，改變了傳統的攪拌式的混合模式。在微結構的作用下，帶有微結構的化工設備把設備內的混合尺度降到了微米尺度，取代了傳統反應器和混合器內的毫米級以上的混合尺度，利用微米尺度下的更短傳遞距離，更大的傳質面積有效的強化了傳熱、傳質過程，微結構化工設備的混合效率要遠高于傳統化工設備。目前人們研究和提出的微結構化工設備一般是以微孔分散為基礎的，采用微孔陣列的方式對設備進行放大設計。由于微孔結構在各個方向上的尺寸都在亞毫米至微米量級，被處理體系中的微粒很容易造成其部分或全部阻塞。一旦這種情況發生，流體通過該微孔的速度就會急劇減小，從而使進一步的阻塞更容易發生。因此，微孔結構混合器對物料潔凈度的要求往往很高，這限制它的推廣和使用。采用與微孔不同的微結構，發展在操作上更可靠的新型高效混合器顯然是十分必要的。

發明內容

本發明涉及化工裝備領域，提出了一種可以使均相或非均相流體快速混合的新型微結構混合器。

本發明提供的一種微結構混合器，該微結構混合器由第一接口板、第一流體分布板、流體混合板和第二接口板依次堆疊而成；可采用壓力緊固或者焊接的方法使上述四塊板材構成一個整體；其中，

第一接口板上設有第一流體入口管和第一流體緩沖室；

第一流體分布板上設有至少一個通槽；

流體混合板上設有至少一個通槽；

第二接口板上設有第二流體入口管、第二流體緩沖室、混合流體緩沖室和混合流體出口管；

第一流體分布板上所設的通槽數量大于1個時，所設的通槽為平行通槽，流體混合板上所設的通槽數量大于1個時，所設的通槽為平行通槽。

第一流體分布板上所設的通槽與第一流體緩沖室相連通。

流體混合板上所設的通槽與第一流體分布板上所設的通槽具有相互連通的微槽型接觸面。

第二流體緩沖室與流體混合板上所設的通槽一端相連通，混合流體緩沖室與流體混合板上所設的通槽另一端相連通。

在微結構混合內，第一流體和第二流體在第一流體分布板和流體混合板相互連通的微槽型接觸面上撞擊實現快速混合或微分散。

第一流體分布板上所設的通槽與流體混合板上所設的通槽不平行，一般可選擇其相互垂直，以使得流體混合板上所設的通槽與第一流體分布板上所設的通槽具有相互連通的微槽型接觸面。

所述的第一流體分布板上通槽的數量可為1至20個，每個通槽的寬度為0.4-2mm，長寬比為1-1000。

所述的流體混合板上通槽的數量可為1至20個，每個通槽的寬度為1-10mm，深度0.3-3mm。

該微結構混合器在原理上的特點是：

1.待混合流體的接觸面為微槽型，其在一個維度上的尺寸控制在亞毫米至微米級，從而保證了接近微孔結構的混合性能；在另一維度上的尺寸可以增大至厘米級，可以很大程度上避免微孔易堵的問題。

2.采用堆疊式設計，第一流體分布板和混合流體板可以獨立更換，從而靈活地適應在同處理量和操作條件的要求。

3.相對于微孔、微槽結構的處理量要大得多，在工程放大時設備的加工難度和成本都要低得多。