[發(fā)明專利]一種在高粘流體內(nèi)分散液滴或氣泡的微混合器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910388637.5
• 申請(qǐng)日: 2019-05-10
• 公開（公告）號(hào): CN110201589B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王凱;駱廣生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): B01F13/00
• 分類號(hào): B01F13/00;B01F5/06;B01F3/10;B01F3/04
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 陳波

本發(fā)明屬于化學(xué)化工技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種在高粘流體中分散液滴或氣泡的微混合器。該微混合器通過內(nèi)部混合通道兩側(cè)對(duì)稱布置的三角形微孔陣列形成液滴或氣泡，再利用混合通道下游布置的板式流體分割通道對(duì)液滴和氣泡進(jìn)一步破碎，從而實(shí)現(xiàn)高效液液或氣液混合。該微混合器針對(duì)高粘流體流動(dòng)阻力大的特點(diǎn)，通過規(guī)整微結(jié)構(gòu)優(yōu)化流體力學(xué)布局，降低混合設(shè)備壓降，適用于粘度500mPa·s的混合體系。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬化學(xué)化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于高粘流體或氣液兩相流體混合的微混合器。

背景技術(shù)

非均相混合過程是化工反應(yīng)和分離的重要步驟。在連續(xù)化的反應(yīng)和分離系統(tǒng)中，以靜態(tài)混合器為代表的被動(dòng)混合設(shè)備具有操作簡(jiǎn)易，能耗低等特點(diǎn)。但是傳統(tǒng)的靜態(tài)混合裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，處理高粘度流體混合問題時(shí)流動(dòng)阻力大，因而其應(yīng)用受到限制。微結(jié)構(gòu)混合器(微混合器)的出現(xiàn)使得針對(duì)高粘流體的高效靜態(tài)混合過程得以實(shí)現(xiàn)。微結(jié)構(gòu)混合器主要采用微尺度混合的原理，通過精密設(shè)計(jì)的微結(jié)構(gòu)陣列將待分散流體分割成為微米級(jí)的液滴和氣泡，由于一次分散效果好，因此設(shè)備結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，設(shè)備體積大幅縮小。

目前較為成熟的微混合器有交叉指狀微混合器、康寧心形混合器、分割-聚合型微混合器、微篩孔分散混合器等類型。這些微混合器雖然在眾多應(yīng)用過程中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)液液、氣液的高效混合，但是都難以針對(duì)高粘流體(50mPa·s)發(fā)揮較好的使用效果，主要原因就在于這些微混合器內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精密，流動(dòng)通道狹小，限制了混合效果的發(fā)揮。為了能使微混合的基本原理實(shí)現(xiàn)高粘流體的混合，需要一方面保持微米級(jí)的分散和傳遞尺度，另一方面降低流體的流動(dòng)阻力。基于此，本發(fā)明提出采用微分散與液滴、氣泡再破碎共同作用的微混合設(shè)備，該設(shè)備不追求通過一次分散獲得的微小液滴和氣泡，因此可以簡(jiǎn)化微分散結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)降低壓降，同時(shí)采用流體分割結(jié)構(gòu)在下游不斷對(duì)液滴、氣泡進(jìn)行切割，借助高粘流體剪切力強(qiáng)的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)最終的高效分散于混合過程。由于分散和破碎作用的混合使用，使得流動(dòng)阻力不僅大幅下降而且能夠獲得液滴和氣泡直徑小于1mm的液液、氣液微分散體系。

發(fā)明內(nèi)容

基于以上科學(xué)原理，本發(fā)明的目的在于發(fā)展一種在高粘流體內(nèi)分散液滴或氣泡的微混合器，具體發(fā)明內(nèi)容為：

一種在高粘流體內(nèi)分散液滴或氣泡的微混合器，該混合器包括對(duì)稱微分散部件1、混合通道2、流體分割通道3、側(cè)分布室4、主分布室5、混合產(chǎn)物收集室6、側(cè)進(jìn)料管道7、主進(jìn)料管道8和出料管道9，具體特征為：

1)所述對(duì)稱微分散部件1對(duì)稱布置在混合通道2兩側(cè)，為含有三角形通孔的板式機(jī)械部件，三角形通孔采用方形陣列10或交錯(cuò)陣列11布局，三角形通孔外輪廓為等腰三角形，頂角朝混合通道內(nèi)流體流動(dòng)方向，頂角范圍30°-70°，三角形高度0.5-1.5mm；

2)所述流體分割通道3布置在混合通道2下游與混合通道2直接連通，內(nèi)部為多層擋板12結(jié)構(gòu)，擋板厚度0.5-2mm，長(zhǎng)度5-10mm，間距1-3mm，交替排列，擋板上下兩側(cè)與流體分割通道壁面連接。

3)所述微分散部件1連接流體側(cè)分布室4，流體側(cè)分布室4進(jìn)一步連接側(cè)進(jìn)料管道7；主進(jìn)料管道8、主分布室5、混合通道2，并且串聯(lián)連接流體分割通道3、混合產(chǎn)物收集室6和出料管道9；

該微混合器中至少含有一個(gè)混合通道和一個(gè)流體分割通道；混合通道2寬度為1-10mm，高度與寬度比為0.2-1；流體分割通道3寬度為2-20mm，高度與寬度比為0.3-1；微混合器內(nèi)部主進(jìn)料管道8通入流體的最大粘度500mPa·s，待分散液體或氣體由側(cè)進(jìn)料管道7進(jìn)入混合器，混合產(chǎn)物由出口管道9離開。

本發(fā)明的有益效果為：所述微混合器針對(duì)高粘流體流動(dòng)阻力大的特點(diǎn)，通過規(guī)整微結(jié)構(gòu)優(yōu)化流體力學(xué)布局，降低混合設(shè)備壓降，適用于粘度500mPa·s的混合體系，在低流動(dòng)阻力的情況下實(shí)現(xiàn)高粘非均相流體的快速均勻混合。

附圖說明

圖1為本發(fā)明微混合器的結(jié)構(gòu)原理圖。