[發(fā)明專利]一種具有交叉形混合結(jié)構(gòu)微通道反應(yīng)混合裝置和混合方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110636335.2
• 申請(qǐng)日: 2021-06-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113181853B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐娜;劉明星;張蕾;程鵬高;項(xiàng)軍;杜威;王松博;張建平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J19/00
• 分類號(hào): B01J19/00;B01F33/30;B01F33/82
• 代理公司: 北京市領(lǐng)專知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11590
• 代理人: 鐘華;任永利

本發(fā)明提供一種具有交叉形混合結(jié)構(gòu)微通道反應(yīng)混合裝置，包括物料進(jìn)口段(1)、物料出口段(2)和混合段(3)，所述物料進(jìn)口段(1)通過(guò)混合段(3)與物料出口段(2)連接；所述物料進(jìn)口段(1)設(shè)置有a物料進(jìn)口(11)、和b物料進(jìn)口(12)；所述物料出口段(2)設(shè)置有物料出口(21)；所述混合段(3)包括多個(gè)混合單元，且多個(gè)所述混合單元中至少有一個(gè)X形交叉混合單元(31)。本發(fā)明微通道反應(yīng)混合裝置，通過(guò)將混合段設(shè)計(jì)成X形交叉混合單元，獨(dú)特的管道結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)物料快速、均勻混合，強(qiáng)化了傳質(zhì)傳熱。進(jìn)一步的，通過(guò)將X形交叉混合單元和立體柱形混合單元結(jié)合，打破原有混合器周期混合單元的限制，明顯提升混合指數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)屬于微流體控制領(lǐng)域，涉及到具有交叉形混合結(jié)構(gòu)微通道反應(yīng)混合裝置的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，尤其涉及一種具有交叉形混合結(jié)構(gòu)微通道反應(yīng)混合裝置和混合方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，微通道反應(yīng)混合裝置具有強(qiáng)化傳質(zhì)，傳熱，過(guò)程高度可控且連續(xù)化等優(yōu)點(diǎn)，受到國(guó)內(nèi)外廣泛的青睞。微反應(yīng)是指反應(yīng)器內(nèi)流體在微米或亞微米尺度的管道內(nèi)，通過(guò)獨(dú)特設(shè)計(jì)的微通道來(lái)增強(qiáng)傳質(zhì)和傳熱。與傳統(tǒng)釜式反應(yīng)器相比，微混合器內(nèi)其獨(dú)特內(nèi)部混合結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)快速混合，具有換熱和傳質(zhì)效率高、高度集成化、嚴(yán)格控制反應(yīng)時(shí)間、高選擇性等優(yōu)勢(shì)，從而避免了出現(xiàn)局部混合不均勻現(xiàn)象。微混合結(jié)構(gòu)可以使原料在分子水平上快速混合，化學(xué)反應(yīng)載量小，因此安全性得到提高。

但是，由于微反應(yīng)器反應(yīng)通道的微型化設(shè)計(jì)，物料流量增大時(shí)物料在反應(yīng)通道中停留時(shí)間較短，不利于反應(yīng)通道內(nèi)物料之間的充分混合。現(xiàn)有技術(shù)中，為了克服該問(wèn)題，采用多個(gè)微反應(yīng)器串聯(lián)，以延長(zhǎng)反應(yīng)通道長(zhǎng)度，從而提高物料混合效率、反應(yīng)收率。這種方式，造成了大量的微反應(yīng)器被占用，增加設(shè)備投資成本和反應(yīng)時(shí)間，同時(shí)提高了運(yùn)行及控制難度。

為了解決以上問(wèn)題，提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

數(shù)值模擬是評(píng)價(jià)初步設(shè)計(jì)的混合器混合效果的最有效方法之一。計(jì)算流體力學(xué)(CFD)可以得到混合器內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)和混合效果。根據(jù)模擬結(jié)果，可以進(jìn)一步優(yōu)化混合器的結(jié)構(gòu)。本文設(shè)計(jì)并優(yōu)化了微混合結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)數(shù)值模擬驗(yàn)證了兩流體的混合指數(shù)得到了提升。

本發(fā)明目的在于提供一種具有交叉形混合結(jié)構(gòu)微通道反應(yīng)混合裝置,獨(dú)特的管道結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)物料快速、均勻混合，強(qiáng)化了傳質(zhì)傳熱。具體的，本發(fā)明提供了一種具有交叉形混合結(jié)構(gòu)微通道反應(yīng)混合裝置，其主體結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)進(jìn)口、一個(gè)出口以及微混合單元。通過(guò)數(shù)值模擬驗(yàn)證其混合性能，進(jìn)口一為純水、進(jìn)口二為2mol/L的氯化鈉溶液，經(jīng)過(guò)反應(yīng)器混合后由出口排出。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果，進(jìn)一步優(yōu)化了混合結(jié)構(gòu)。當(dāng)兩流體經(jīng)過(guò)混合結(jié)構(gòu)混合，根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果優(yōu)化后的混合結(jié)構(gòu)混合指數(shù)得到了明顯的提升。同時(shí)優(yōu)化后的反應(yīng)結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步的簡(jiǎn)化，降低了加工的難度。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的一種具有交叉形混合結(jié)構(gòu)微通道反應(yīng)混合裝置的具體技術(shù)方案如下：

一種具有交叉形混合結(jié)構(gòu)微通道反應(yīng)混合裝置，其包括物料進(jìn)口段1、物料出口段2和混合段3，所述物料進(jìn)口段1通過(guò)混合段3與物料出口段2連接；且混合段3與物料出口段2連接處為混合段出口33。

所述物料進(jìn)口段1設(shè)置有a物料進(jìn)口11、和b物料進(jìn)口12；

所述混合段3包括多個(gè)混合單元，且多個(gè)所述混合單元中至少有一個(gè)X形交叉混合單元31，所述X形交叉混合單元為兩個(gè)尺寸相同的立體柱條在立體柱條中心部交叉組成形狀類似X的立體結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述混合段3由多個(gè)X形交叉混合單元串聯(lián)組成。

所述混合段3由多個(gè)X形交叉混合單元31和多個(gè)立體柱形混合單元32無(wú)序連接而成。

優(yōu)選地，所述混合段3由多個(gè)所述X形交叉混合單元31和多個(gè)立體柱形混合單元32依次交錯(cuò)相連組成。也就是說(shuō)，為“……X形交叉混合單元31連接立體柱形混合單元32連接X(jué)形交叉混合單元31……”這種形式。