具有优化流体混合的微混合器制造技术

一种具有优化流体混合的微混合器，包括：细管、紧固连接件、带有内部通道的混合室、与混合室连通的至少一个进口管和出口管，其中：紧固连接件分别与进口管的进口端、出口管的进口端过盈配合，细管沿轴向嵌入紧固连接件与进口管或出口管连通，通过缩小进口管径，使流体呈射流状从进口管进入混合室以对撞混合或错流混合的形式混合，混合后的流体沿出口管进入后续反应通道；本发明专利技术操作灵活、便捷，对混合器内的流体混合效果有明显的强化作用，适用于气‑液、液‑液等反应过程。

【技术实现步骤摘要】
具有优化流体混合的微混合器
本专利技术涉及的是一种微混合器设计领域的技术，具体是一种具有优化流体混合的微混合器。
技术介绍
微反应器属于化工过程强化设备，其特征尺寸通常在几个毫米以内，具有较高的比表面积和混合效果，可大幅提高反应过程中的传质和传热效率，且具有能耗低和安全性能高等优点，应用前景广阔。微反应器系统由混合单元和反应通道组成，混合单元通常为T字形、Y字形或十字型微混合器，反应通道为毛细管微通道或板式微通道。两股或多股物料在混合单元内接触、混合，随后进入后续反应通道内继续混合、反应。对于两相或多相流体体系，传递特性在混合单元和反应通道内存在较大差异。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术由于结构设计较为复杂，需要在反应器前端设置静态混合器以实现两股或多股流体的混合，导致混合时间较长；且对于多相反应体系，筒体与多层螺旋绕管微通道反应器之间的管道区域容易出现液滴和气泡的凝并甚至流体分层的现象，大幅降低传质传热速率等缺陷，提出一种具有优化流体混合的微混合器，通过紧固连接件将嵌有细管的进口管固定在微混合器进口端，便捷达到缩小微混合器进口管径的目的，使流体呈射流状从进口管出口进入微混合器内混合，提高入口流体线速度，增加两股或多股流体在微混合器内碰撞的剧烈程度，强化流体间混合，并提高传质效率。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术包括：细管、紧固连接件、带有内部通道的混合室、与混合室连通的至少一个进口管和出口管，其中：紧固连接件分别与进口管的进口端、出口管的进口端过盈配合，细管沿轴向嵌入紧固连接件与进口管或出口管连通，通过缩小进口管径，使流体呈射流状从进口管进入混合室以对撞混合或错流混合的形式混合，混合后的流体沿出口管进入后续反应通道。所述的内部通道为T字形、Y字形或十字形。当多个进口管与内部通道相连时，至少有一个进口管设有细管。当多个进口管分别设有细管时，细管的内径各不相同。具体地，对于T字形和Y字形内部通道，具有两个进口和一个出口，可在其中一个进口管嵌入细管，也可在两个进口管嵌入内径相同或不同的细管。对于十字形内部通道，具有三个进口和一个出口的，可在其中一个进口管嵌入细管，也可在两个或三个进口管嵌入内径相同或不同的细管。所述的进口管的材料为不锈钢、PFA、PEA或PTFE。所述的进口管和出口管的内径为0.25～6.0mm。所述的内部通道的特征尺寸为0.25～6.0mm。所述的细管的内径为0.06～3.0mm，外径为0.1～6.0mm。所述的细管的长度为0.1～10mm。所述的细管的出口端距出口管的通道中心线的垂直距离为0～2.0mm。所述的细管的内径小于进口管内径。所述的细管的材料为不锈钢、铜或铝。技术效果与现有技术相比，本专利技术利用在微混合器内部嵌入细管，便捷的改变混合器进口尺寸，在不改变总流量的情况下，提高流体进口线速度，增加两股或多股流体在微混合器内碰撞的剧烈程度，强化流体在微混合器内的混合效果。附图说明图1为本专利技术示意图；图2为实施例与未嵌入细管的微混合器传质性能比较图；图中：1混合室、2A流体进口管、3A流体进口紧固连接件、4A流体进口嵌入式细管、5B流体进口管、6B流体进口紧固连接件、7B流体进口嵌入式细管、8出口紧固连接件、9出口管、10内部通道。具体实施方式实施例1如图1所示，本实施例采用T字形内部通道，包含两个进口(A流体进口管2和B流体进口管5)、一个出口，包括：A流体进口嵌入式细管4、B流体进口嵌入式细管7、A流体进口紧固连接件3、B流体进口紧固连接件6、带有T字形内部通道10的混合室1、A流体进口管2、B流体进口管5、出口紧固连接件8、出口嵌入式细管9，其中：A流体进口管2、B流体进口管5和出口管与T字形混合室1连通，A流体进口嵌入式细管4和B流体进口嵌入式细管7嵌入对应的A流体进口紧固连接件3和B流体进口紧固连接件6，A流体进口紧固连接件3和B流体进口紧固连接件6分别与对应的A流体进口管2和B流体进口管5过盈配合；出口嵌入式细管9嵌入出口紧固件8，出口紧固件8与出口管过盈配合。所述的A流体和B流体两股流体分别从各自对应的流经A流体进口嵌入式细管4和B流体进口嵌入式细管7流入相应的A流体进口管2和B流体进口管5，在T字形混合室1内混合后从出口管流出，进入后端管式反应器内进行后续操作。所述的A流体进口管2和B流体进口管5的内径为0.25～6.0mm。本实施例微混合器内部通道的特征尺寸dT为0.25～6.0mm。本实施例采用微混合器内的总体积传质系数(ka)作为评估参数，该参数可通过油-水两相传质实验获得，与未嵌入细管的微混合器进行两组实验操作，并进行比较。所述的两组实验的分散相为水，由A流体进口管2流入T字形混合室1；连续相为含1.8％丁二酸的正丁醇溶液，由B流体进口管5流入T字形混合室1；分散相和连续相在传质实验前互相饱和，以保证在油-水两相间仅发生丁二酸的传递；出口管的出口端接100mm的PFA毛细管作为后续反应通道。所述的两组实验的操作参数如表1所示。表1实验操作参数表相比(水/正丁醇)1:1A流体进口管2内径/外径(mm)0.25/1.59A流体进口嵌入式细管4内径/外径(mm)0.06/0.25B流体进口管5管径(mm)0.25/1.59B流体进口嵌入式细管7内径(mm)0.06/0.25T字形内部通道内部通道内径(mm)0.5后续反应通道内径(mm)0.5反应通道长度(mm)100如图2所示，操作时，两股流体以射流状从嵌入式细管中流出，较未嵌入细管的微混合器，大大提高了两股流体所携带的线速度(入口流体在经过嵌入式细管后的出口线速度大于0.5m/s)和动能，在混合器内发生剧烈碰撞，碰撞产生的冲击压力和剪切力使两股流体分散成流体微团、微小液滴或者气泡，并产生强烈的径向和轴向湍动速度分量，强化流体在微混合器内的混合和传质；在操作范围内，嵌入细管后的微混合器的传质速率有显著提升，微混合器的传递性能获得进一步提高。本实施例在微混合器进口管出口端沿轴向嵌入细管，通过连接件将嵌有细管的进口管固定在微混合器进口端，实现便捷地缩小微混合器进口管径的目的，使一股流体呈射流状从进口管出口进入微混合器内与第二股流体混合，混合形式包括对撞混合和错流混合；混合后的流体从微混合器出口流出，进入后端管式反应器进行后续操作。实施例2本实施例的A流体进口嵌入式细管4与B流体进口嵌入式细管7的内径不同，以考察不同进口内径下的混合性能。所述的出口管的出口端接100mm长、内径为0.75mm的PFA毛细管作为后续反应通道。本实施例采用化学探针技术表征反应体系的混合性能，A流体和B流体的体积流量均为2mL/min，进行七组实验。所述的反应体系为：H2BO3-+H+→H3BO3，5I-+IO3-+6H+→3I2+3H2O；生成的碘会进一步与I-反应生成I3-：用紫外吸收光谱检测I3-的浓度，进而算出分隔指数：其中：Xs为分隔指数，Ci为组分i物质的量浓度，单位mol/L；V为含H2BO3-、I-和IO3-溶液的体积流量，单位为mL/min；ni为组分i物质的量，单位mol；角标O表示初始状态下的数值。所述的分隔指数值越小，表明混合性能越好；理想混合时，Xs＝0；混合性能极差时，Xs＝1。操作时，所述的两股流体分别为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有优化流体混合的微混合器，其特征在于，包括：细管、紧固连接件、带有内部通道的混合室、与混合室连通的至少一个进口管和出口管，其中：紧固连接件分别与进口管的进口端、出口管的进口端过盈配合，细管沿轴向嵌入紧固连接件与进口管或出口管连通，通过缩小进口管径，使流体呈射流状从进口管进入混合室以对撞混合或错流混合的形式混合，混合后的流体沿出口管进入后续反应通道。

【技术特征摘要】
1.一种具有优化流体混合的微混合器，其特征在于，包括：细管、紧固连接件、带有内部通道的混合室、与混合室连通的至少一个进口管和出口管，其中：紧固连接件分别与进口管的进口端、出口管的进口端过盈配合，细管沿轴向嵌入紧固连接件与进口管或出口管连通，通过缩小进口管径，使流体呈射流状从进口管进入混合室以对撞混合或错流混合的形式混合，混合后的流体沿出口管进入后续反应通道。2.根据权利要求1所述的微混合器，其特征是，所述的内部通道为T字形、Y字形或十字形。3.根据权利要求1或2所述的微混合器，其特征是，当多个进口管与内部通道相连时，至少有一个进口管设有细管。4.根据权利要求3所述的微混合器，其特征是，当多个进口管分别设有细管时，细管的内径各不相同，即对于T字形和Y字形内部通道，具有两个进口和一个出口，在其中一个进口管嵌入细管或在两...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏远海，李光晓，濮星，宋扬，商敏静，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31