[發明專利]一種“筆記本型”臺階式乳化或反應微裝置模塊

在審

• 申請號: 202010858754.6
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN111921469A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 張志偉;付濤濤;馬友光
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B01J19/00
• 分類號: B01J19/00;B01F13/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 琪琛

本發明公開了一種“筆記本型”臺階式乳化或反應微裝置模塊。在乳化或反應過程中，裝置放置的方向取決于連續相與分散相密度的大小。該模塊由分散相和連續相輸送管道、乳化或反應微結構裝置、產物運輸通道構成。其中，乳化或反應微結構裝置由等腰三角型緩沖腔、微通道組、臺階結構和產物收集腔組成，該乳化或反應微結構裝置模塊能夠有效解決兩相流分配均勻性的問題以及下游擾動對上游液滴或氣泡生成的影響。

技術領域

本發明屬于微流控技術領域，具體涉及一種兩相流乳化或反應的臺階式微結構裝置模塊。

背景技術

微米級的微通道尺寸使得微化工設備具有更大的比表面積，可以提高相應工藝的質量和傳熱效率。微化工工程還可以輕松控制流體的流動和停留時間，實現對有毒、易燃、易爆等化學品的安全生產。微流控芯片裝置目前已經實現了商業化應用，例如，美國康寧新研發的G5反應器，實現了單臺反應器年通量生產能力1萬噸；清華微化工技術課題組，提出了微分散、微混合設備的放大方法，設計了百噸到萬噸級的大中型微化工裝置，在納米碳酸鈣制備、濕法磷酸凈化等過程實現了工業應用。同時，隨著技術的不斷成熟，微通道裝置在生物醫藥，食品乳化等領域也得到了廣泛的應用。

微裝置的應用途徑取決于微通道的結構設計。隨著技術的發展，微通道結構也層出不窮，最常見的有T型、流聚型、共流型以及臺階式微通道結構，也出現了很多形狀復雜的特殊功能性通道結構，例如蛇形、千足型以及“太極”型等。其中，基于界面張力自發轉化機制的臺階乳化裝置，其生成的液滴或氣泡尺寸只與通道尺寸、臺階尺寸和分散相與壁面之間的接觸角有關，對流體流量的波動不敏感。同時，臺階式微裝置結構簡單，易于批量加工，對流體驅動方式要求低，有利于工業化放大應用。然而，臺階式微裝置的收集腔內分散相顆粒的堆積擾動會影響流體分布的均勻性，影響乳化或反應過程。

發明內容

本發明提供一種“筆記本”型臺階式乳化或反應微裝置模塊，解決現有技術中流量分布不均勻，以及下游空腔內液滴或氣泡群干擾的問題。

本發明的技術方案如下：

一種“筆記本型”臺階式乳化或反應微裝置模塊，該模塊由分散相運輸管道和連續相運輸管道、臺階式乳化或反應微裝置、產物運輸通道構成。

分散相通過分散相輸送支管道進入臺階式乳化或反應微裝置內分散相緩沖腔，連續相通過連續相運輸支管道進入產物收集腔，分散相依次經過并行微通道組、臺階結構進入產物收集腔，生成單分散性微液滴或氣泡。微小液滴或氣泡后經產物輸送支通道流入產物運輸通道。

所述臺階式乳化或反應微裝置由平整未經加工蝕刻的上蓋板與經過形狀加工處理的下蓋板經標準螺栓連接組合而成。產物收集腔分為兩個區域，水平的產物收集區與傾斜的產物移出區，產物移出區傾斜的目的是利用分散相與連續相的密度差異性，借助重力或浮力的作用使其快速移出。微裝置以分散相輸送支管道和連續相輸送支管道連心為中心線，是軸對稱幾何形狀，目的是為了提高分散相在各個管路分配的均勻性。分散相輸送支管道與連續相輸送支管道的入口盡量保持在同一水平線上，連續相輸送支管道入口處設置在移出區中心靠下的位置，目的是對沖中心區域較強的分散相推動力，提高分散相在各個微通道內分配的均勻性。分散相緩沖腔設置為等腰三角形，解決類似矩形空腔內進口端兩側角存在滯留區的問題，提高緩沖腔內流動分布的均勻性。