[發(fā)明專利]一種在微通道內(nèi)構(gòu)建穩(wěn)定環(huán)狀流的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811642264.1
• 申請日: 2018-12-29
• 公開（公告）號: CN109621486B
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金央;焦輝燕;李軍;李維;陳明;劉宸;衛(wèi)人予
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: B01D11/04
• 分類號: B01D11/04
• 代理公司: 51202 成都科海專利事務(wù)有限責(zé)任公司
• 代理人: 黃幼陵

本發(fā)明所述在微通道內(nèi)構(gòu)建穩(wěn)定環(huán)狀流的方法，是在微通道內(nèi)設(shè)置一根線狀中心插件，操作時(shí)先將形成外環(huán)的流體以一定的流量輸入微通道，待形成外環(huán)的流體充滿微通道后，再將形成內(nèi)環(huán)的流體以一定的流量輸入微通道，兩種流體在微通道內(nèi)即以穩(wěn)定的環(huán)狀流流型流動(dòng)；控制形成內(nèi)環(huán)的流體的流量為0.8～20mL/min，形成內(nèi)環(huán)的流體與形成外環(huán)的流體的流量比為1:(0.2～20)；當(dāng)形成外環(huán)的流體為水相、形成內(nèi)環(huán)的流體為有機(jī)相時(shí)，線狀中心插件用親油材料制作，外管用親水材料制作；當(dāng)形成外環(huán)的流體為有機(jī)相、形成內(nèi)環(huán)的流體為水相時(shí)，線狀中心插件用親水材料制作，外管用親油材料制作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微化工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種在微通道內(nèi)構(gòu)建穩(wěn)定環(huán)狀流的方法。

背景技術(shù)

微化工技術(shù)涉及的微通道因其微小的尺度而具有較短的傳質(zhì)距離和傳質(zhì)時(shí)間，以及較小的雷諾數(shù)，因而能夠克服傳統(tǒng)化工技術(shù)常規(guī)單元操作的弊端，相較于傳統(tǒng)化工技術(shù)具有過程強(qiáng)化、反應(yīng)安全、易控制、數(shù)增放大等特點(diǎn)。

微化工技術(shù)在液液萃取上應(yīng)用廣泛，關(guān)于微通道內(nèi)液液兩相流型的研究備受關(guān)注，因?yàn)榱餍蜁@著影響傳質(zhì)速率和出口流體的分相。微通道內(nèi)兩相流體的研究表明，在微通道內(nèi)液液兩相流體可形成彈狀流、滴狀流、并行流和環(huán)狀流等一系列流型。與其它流型相比，環(huán)狀流形成時(shí)兩相流體的流量比范圍更大{當(dāng)外環(huán)流體為水相、內(nèi)環(huán)流體為有機(jī)相時(shí)，有機(jī)相與水相的流量比為1：(0.43～2.4)都能形成環(huán)狀流，見陳丹.微通道內(nèi)液液兩相流型和傳質(zhì)特性研究[D].天津大學(xué).2012.}，因而適用范圍更廣，更能滿足實(shí)際應(yīng)用需要。但是現(xiàn)有微通道內(nèi)液液兩相形成的環(huán)狀流存在下述問題：(1)環(huán)狀流兩相界面會隨著流速增大而出現(xiàn)隨機(jī)波動(dòng)現(xiàn)象，且波動(dòng)幅度隨著流速的增加而變大，兩相流體之間不能保持界面清晰穩(wěn)定，導(dǎo)致兩相流體不能即時(shí)分相；(2)在兩相流量比超過一定值時(shí)，內(nèi)環(huán)相會被剪切成分散液滴，破壞流型，兩相流體不再呈雙連續(xù)相流動(dòng)，影響兩相分離。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在微通道內(nèi)構(gòu)建穩(wěn)定環(huán)狀流的方法，以使液液兩相流體能以穩(wěn)定環(huán)狀流的流型在微通道內(nèi)流動(dòng)，在流出微通道時(shí)能夠即時(shí)分相及進(jìn)一步拓寬形成環(huán)狀流的兩相流量和流量比范圍。

本發(fā)明所述微通道包括外管和分別與外管兩端內(nèi)孔組合的內(nèi)管，所述內(nèi)管的中心線與外管的中心線重合，外管的內(nèi)徑不大于1.5mm，內(nèi)管的內(nèi)徑不大于0.8mm，內(nèi)管的外壁與外管內(nèi)壁之間的間隙為0.1～0.4mm。

本發(fā)明所述在微通道內(nèi)構(gòu)建穩(wěn)定環(huán)狀流的方法，是在微通道內(nèi)設(shè)置一根線狀中心插件，操作時(shí)先將形成外環(huán)的流體以一定的流量輸入微通道，待形成外環(huán)的流體充滿微通道后，再將形成內(nèi)環(huán)的流體以一定的流量輸入微通道，兩種流體在微通道內(nèi)即以穩(wěn)定的環(huán)狀流流型流動(dòng)，形成內(nèi)環(huán)的流體經(jīng)內(nèi)管至內(nèi)環(huán)流體出口流出微通道，形成外環(huán)的流體經(jīng)外管至外環(huán)流體出口流出微通道；所述形成外環(huán)的流體為水相、形成內(nèi)環(huán)的流體為有機(jī)相，或者所述形成外環(huán)的流體為有機(jī)相、形成內(nèi)環(huán)的流體為水相，控制形成內(nèi)環(huán)的流體的流量為0.8～20mL/min，形成內(nèi)環(huán)的流體與形成外環(huán)的流體的流量比為1:(0.2～20)；當(dāng)形成外環(huán)的流體為水相、形成內(nèi)環(huán)的流體為有機(jī)相時(shí)，線狀中心插件用親油材料制作，外管用親水材料制作；當(dāng)形成外環(huán)的流體為有機(jī)相、形成內(nèi)環(huán)的流體為水相時(shí)，線狀中心插件用親水材料制作，外管用親油材料制作。

上述在微通道內(nèi)構(gòu)建穩(wěn)定環(huán)狀流的方法，所述線狀中心插件的線徑不大于內(nèi)管內(nèi)徑的1/2。

上述在微通道內(nèi)構(gòu)建穩(wěn)定環(huán)狀流的方法，外管的長度至少為50mm，以便穩(wěn)定環(huán)狀流的形成。

上述在微通道內(nèi)構(gòu)建穩(wěn)定環(huán)狀流的方法，制作線狀中心插件的親油材料優(yōu)選聚乙烯、聚丙烯或尼龍，親水材料優(yōu)選低碳鋼、中碳鋼、不銹鋼或鈦；制作外管的親油材料優(yōu)選聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或尼龍，親水材料優(yōu)選石英玻璃、不銹鋼或鈦。

本發(fā)明具有以下有益效果：