[發明專利]一種列管式高壓微分散混合器

在審

• 申請號: 202110366488.X
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113041941A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 王凱;駱廣生
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B01F13/10
• 分類號: B01F13/10;B01F13/00;B01F13/06;B01F5/06
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

本發明公開了屬于化學化工技術領域的一種列管式高壓微分散混合器。該微分散混合器采用列管式布局，以混合器外殼承受高壓，以位于列管下游的微篩孔或微槽作為分散結構，以列管和外殼之間的空腔作為流體分布腔室。在操作過程中，可根據體系物性選擇特定分散結構，僅需將待分散流體和主流體分別通入即可在混合器內完成均相體系的宏觀混合或非均相體系的液滴、氣泡分散，混合過程連續、高效、穩定。

技術領域

本發明涉及化學化工技術領域，尤其涉及一種列管式高壓微分散混合器。

背景技術

在化工生產中，高壓體系常用于強化化工的反應和分離過程，例如超臨界二氧化碳萃取、2-巰基苯并噻唑的高壓合成、高碳有機酸的高壓羰基化合成等。在高壓化工設備內，由于難以實施高效的攪拌操作，因此被動式的混合方式更適合高壓化工過程，尤其對于高壓化工過程的連續化來說具有重要意義。

近年來，微化工技術的發展為實施高壓化工體系的快速混合提供了新思路，特別是微混合設備較小的裝備體積非常易于制造成為高壓裝備。不少實驗室的研究工作都已經通過毛細管道式或者芯片式微通設備嘗試了高壓化工過程，例如文獻Chem Eng Process,2018,127,58-64、Ind Eng Chem Res,2010,49,11310-11320等，但是工業級的高壓微混合裝備還僅限于有限報道。當前，商品化的高壓微混合裝備主要采用疊片式設計，混合方式與常規靜態混合器類似，主要通過曲折的流體通道和流體障礙物等結構實施流體微團(均相體系)、液滴(液液體系)或氣泡(氣液體系)的混合與破碎。疊片式結構在實施高壓過程的主要限制因素在于當疊片面積擴大時其密封難度會大幅提高，因此這類設備主要通過疊片數量的增加進行產能擴大，設備制造成本高。

不同于疊片式微混合設備，利用流體穿過微篩孔、微槽等分散結構進行錯流剪切分散的微混合設備具有易于數量放大的特點。中國專利CN101224405最早公布了這種微分散結構，專利CN102847455A、CN109261036B、CN110201589B隨后對這種微分散混合設備在大流量比和高粘體系的應用進行了技術改進。雖然這類設備在實際應用過程中取得了良好效果，但這些微分散混合設備的密封仍然采用疊片方式，因此限制其在高壓體系中的進一步應用。

為了將微分散混合技術應用于10MPa以內的高壓化工過程，本發明在微篩孔和微槽分散的基本原理下提出了一種列管式的微混合設備。該設備采用圓柱形外殼包裹毫米級列管結構，充分利用管式設備易于承受高壓的特點，幾何結構簡單，易于加工制造，且在高壓條件下安全性好。根據管式設備的結構特點，重新制定了微篩孔和微槽的幾何結構和相對位置參數，便于列管的數量放大。通過選擇不同的微分散結構可以滿足高粘、高流量比、高界面張力等不同體系的混合要求，適用于液液均相混合或者液液、氣液非均相分散體系的制備過程。

發明內容

本發明的目的是提出一種列管式高壓微分散混合器，其特征在于，該微分散混合器由含有微分散結構的列管、承壓外殼、主流體進料管道、待分散流體進料管道、混合物出料管道、主流體進料分布腔室、待分散流體分布腔室和混合物出料收集腔室構成；

其中，微分散結構為圓形陣列篩孔、軸向平行排布微槽或徑向圓周排布微槽；每根列管上均勻對稱地設置有微分散結構；列管均勻分布在承壓外殼的內部；承壓外殼兩端分別設置主流體進料管道和混合物出料管道，主流體進料管道和混合物出料管道分別通過主流體進料分布腔室和混合物出料收集腔室連接列管的兩端；承壓外殼的側面設置待分散流體進料管道，承壓外殼與列管之間的空腔作為待分散流體分布腔室。

所述圓形陣列篩孔的孔直徑范圍為0.5mm～2mm，孔間距3倍孔直徑；軸向平行排布微槽或徑向圓周排布微槽的槽寬范圍為0.5mm～2mm，槽長寬比5，槽間距3倍槽寬；

所述列管的內徑范圍為2mm～10mm，列管之間的管間距大于3倍管道外徑；主流體進料分布腔室的長徑比為0.5～3；