一种3D打印的微流体萃取扩大反应器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种3D打印的微流体萃取扩大反应器，属于微流体萃取技术领域。本3D打印的微流体萃取扩大反应器，包括水相入口、油相入口、混合液汇集腔Ⅰ、液滴切割筛板、混合液汇集腔隔板、混合液汇集腔Ⅱ、混合反应微通道、混合液汇集腔Ⅲ和混合液出口。本3D打印的微流体萃取扩大反应器的应用，包括单相或多相反应微流体萃取，包括气液反应、液液反应。本3D打印的微流体萃取扩大反应器油水两相分离迅速，萃取反应时间短，不会出现乳化现象。

An Expanded Microfluid Extraction Reactor for 3D Printing

The utility model relates to a microfluidic extraction enlarged reactor with 3D printing, which belongs to the technical field of microfluidic extraction. The three-dimensional printing microfluidic extraction enlarged reactor includes water phase inlet, oil phase inlet, mixing liquid converging chamber I, droplet cutting sieve plate, separator of mixing liquid converging chamber, mixing liquid converging chamber II, mixing reaction microchannel, mixing liquid converging chamber III and mixing liquid outlet. This 3D printing microfluidic extraction enlarges the application of the reactor, including single-phase or multi-phase reaction microfluidic extraction, including gas-liquid reaction and liquid-liquid reaction. The 3D printing microfluidic extraction enlarged reactor has the advantages of rapid oil-water separation, short extraction reaction time and no emulsification.

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印的微流体萃取扩大反应器
本技术涉及一种3D打印的微流体萃取扩大反应器，属于微流体萃取

技术介绍
在过去的20年里，微流体技术作为一个新的概念在化学工程领域展现出了其重大的优势，目前，微反应器在较广的领域内得到了快速发展和应用。利用微反应器虽然并不能改变反应机理和本征动力学特征，然而两相流体在处于微米级别甚至更小的尺寸时，它们的界面与体积比会急剧升高，元素的浓度梯度很大，致使传质推动力大大提高。传统的工业萃取过程需要在很强的搅拌作用下来增强两相间的传质效果，这样会形成大量油包水和水包油的情况，造成局部的传质效率比较低，单级萃取效率普遍偏低等结果。在工业应用上传统萃取过程有很多亟待改善的关键问题，而高效、安全、密封的萃取装置的开发是解决这些问题的关键：a.共萃严重，分离系数低在强力搅拌的混合条件下，主金属离子和杂质金属离子的共萃现象严重存在，萃取的选择性差，导致萃取之后还需多级洗涤和反萃。如工业上比较典型的用P204萃取分离溶液中的铟和铁，虽然能够保证铟的高萃取率，但铁也会大量进入有机相，单级萃取分离效果并不高，故整个体系的萃取级数经常多达10级以上。这极大地增加了投资成本。b.萃取剂消耗大，利用率低传统工业中由于进行萃取、反萃工序时，两相的接触时间相对较长，在混合澄清槽中，萃取剂会大面积的与空气接触，这样会造成萃取体系受环境温度的影响，萃取剂挥发严重，搅拌过程中的剪切力也可能会破坏萃取剂分子结构和引起升温等问题，造成不必要的浪费。c.易乳化，影响工序稳定进行界面乳化现象是溶剂萃取过程中普遍存在的难题之一，不仅会严重影响萃取工序的稳定运行，而且会给生产企业带来了一定的经济损失。在多相溶液体系下，现有工业上常用萃取方法的高能混合使得萃取过程十分迅速与充分，但在相分离时，由于稳定性粒子（如颗粒胶体）吸附在乳化液颗粒的界面上成为稳定的保护层，使得两相液滴聚结速率变十分缓慢甚至是完全停止，然而从界面上移开一个颗粒所需要的能量是很大的，这便是破乳困难和需要输入大量能量的根本原因。d.存在火灾隐患工业上为了扩大处理量，需要建立体积较大的搅拌槽和澄清池，整个萃取过程要占据很大的地方，由于萃取的过程时间较长，且有机相大面积的暴露在空气中，故存在较大的火灾隐患。近年来我国大型冶炼厂发生过多起萃取车间失火的事件。在微流体萃取的科研领域，一些特征尺寸极其微小的微通道芯片常用于研究微流体萃取效果的相关条件参数，这些芯片虽然能够获得很高的单级萃取效率，但由于其极低的处理量，且微流体芯片的加工成本较高，将其应用在工业生产上是很不现实的。所以，在当今常规萃取存在这些局限性问题的条件下，提供一种安全、高效、低耗的萃取装置在目前的形势下显得尤为关键。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题及不足，本技术提供一种3D打印的微流体萃取扩大反应器。本3D打印的微流体萃取扩大反应器油水两相分离迅速，萃取反应时间短，不会出现乳化现象。本技术通过以下技术方案实现。一种3D打印的微流体萃取扩大反应器，包括水相入口、油相入口、混合液汇集腔Ⅰ、液滴切割筛板、混合液汇集腔隔板、混合液汇集腔Ⅱ、混合反应微通道、混合液汇集腔Ⅲ和混合液出口，微流体萃取扩大反应器一侧内部设有与水相入口相通的混合液汇集腔Ⅰ和与油相入口相通的油相室，混合液汇集腔Ⅰ底部设有一块液滴切割筛板且混合液汇集腔Ⅰ底部通过液滴切割筛板与油相室相通，混合液汇集腔Ⅰ侧部通过带筛孔的混合液汇集腔隔板后到达混合液汇集腔Ⅱ中，混合液汇集腔Ⅱ出口连通混合反应微通道，混合反应微通道出口连通混合液汇集腔Ⅲ，混合液汇集腔Ⅲ侧部设有混合液出口，混合液出口位于微流体萃取扩大反应器侧部端面上。所述水相入口、油相入口和混合液出口内径为0.6mm～6mm，便于配合相应的毛细管和软管。所述液滴切割筛板厚度为0.5mm～3mm，液滴切割筛板上设有若干筛孔，筛孔直径为0.1mm～2.0mm，能够把液滴切割成微小的液滴高效扩大使两相接触的比表面积。所述液滴切割筛板中若干筛孔的总面积为筛板面积的1/3以下，能够把液滴切割成微小的液滴从而高效扩大两相混合时接触面积，并且能保证油相液滴会在一定的压力下通过筛板，形成喷射的趋势与水相相碰撞，可以提高传质效果。所述混合液汇集腔隔板上筛孔直径为0.1mm～2.0mm。所述混合反应微通道为若干段首尾相连的混合微通道，混合微通道横截面形状为圆形，横截面直径为0.1mm～2.0mm，每段混合微通道的长度为35mm～480mm。所述混合反应微通道为10～200段混合微通道。所述混合反应微通道若干段首尾相连的混合微通道能组成S波浪形、Z字型、∞∞型或锯齿形。一种3D打印的微流体萃取扩大反应器的应用，包括单相或多相反应微流体萃取，包括气液反应、液液反应。上述混合反应微通道7前后都有混合液汇集腔，汇集腔室的容积足够小，形状合理，以至于在低流速下两不相溶的流体也不会形成明显的分相趋势。上述3D打印的微流体萃取扩大反应器模型由三维画图软件（SolidWorks）设计，并由3D打印机制备，其材料为树脂材料，以达到耐腐蚀的条件，适应各种高腐蚀的萃取环境。该3D打印的微流体萃取扩大反应器的工作原理为：如图7所示，上述3D打印的微流体萃取扩大反应器的应用装置，包括流量泵Ⅰ、流量泵Ⅱ、微流体萃取扩大反应器和分相装置，水相原液通过流量泵Ⅰ管道连接微流体萃取扩大反应器中的水相入口，油相原液通过流量泵Ⅱ管道连接微流体萃取扩大反应器中的油相入口，油相通过液滴切割筛板进入到混合液汇集腔Ⅰ中，水相也进入到混合液汇集腔Ⅰ中与油相混合得到混合液，混合液通过带筛孔的混合液汇集腔隔板被二次切割后进入萃取混合液汇集腔Ⅱ中；然后进入到混合反应微通道中，最后进入到混合液汇集腔Ⅲ，从混合液出口流出到分相装置中进行分相得到萃余液和负载有机相。完成一次单级萃取分离。本技术的有益效果是：1、本技术通过3D打印技术增加功能单元的通道数目从而实现扩大萃取处理量的目的，与此同时通过微流体技术的优越性使两相传质距离减小，极大地增加了两相的反应接触面积，使得萃取平衡的时间大大缩短，显著提高了萃取效率。2、油水两相分离迅速，萃取反应时间短，不会出现乳化现象。3、通过实验表明，在多种体系下，单级萃取效率高于97%，且对主金属选择性强，更有利于分离。4、装置通过设计将入口、筛板、混合微通道、出口等多个元件巧妙地组合在一起，占用空间极小，且避免了萃取剂与空气接触，安全性高。附图说明图1是本技术微流体萃取扩大反应器轴测图；图2是本技术微流体萃取扩大反应器正视图；图3是本技术微流体萃取扩大反应器A-A面剖视轴测图；图4是本技术微流体萃取扩大反应器A-A面剖视图；图5是本技术微流体萃取扩大反应器B-B面剖视轴测图；图6是本技术微流体萃取扩大反应器B-B面剖视图；图7是本技术微流体萃取扩大反应器应用过程中的装置连接图；图8是本技术微流体萃取扩大反应器实施例1实际应用过程中装置连接图；图9是本技术微流体萃取扩大反应器实物图A；图10是本技术微流体萃取扩大反应器实物图B。图中：1-水相入口，2-油相入口，3-混合液汇集腔Ⅰ，4-液滴切割筛板，5-混合液汇集腔隔板，6-混合液汇集腔Ⅱ，7-混合反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D打印的微流体萃取扩大反应器，其特征在于：包括水相入口（1）、油相入口（2）、混合液汇集腔Ⅰ（3）、液滴切割筛板（4）、混合液汇集腔隔板（5）、混合液汇集腔Ⅱ（6）、混合反应微通道（7）、混合液汇集腔Ⅲ（8）和混合液出口（9），微流体萃取扩大反应器一侧内部设有与水相入口（1）相通的混合液汇集腔Ⅰ（3）和与油相入口（2）相通的油相室，混合液汇集腔Ⅰ（3）底部设有一块液滴切割筛板（4）且混合液汇集腔Ⅰ（3）底部通过液滴切割筛板（4）与油相室相通，混合液汇集腔Ⅰ（3）侧部通过带筛孔的混合液汇集腔隔板（5）后到达混合液汇集腔Ⅱ（6）中，混合液汇集腔Ⅱ（6）出口连通混合反应微通道（7），混合反应微通道（7）出口连通混合液汇集腔Ⅲ（8），混合液汇集腔Ⅲ（8）侧部设有混合液出口（9），混合液出口（9）位于微流体萃取扩大反应器侧部端面上。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印的微流体萃取扩大反应器，其特征在于：包括水相入口（1）、油相入口（2）、混合液汇集腔Ⅰ（3）、液滴切割筛板（4）、混合液汇集腔隔板（5）、混合液汇集腔Ⅱ（6）、混合反应微通道（7）、混合液汇集腔Ⅲ（8）和混合液出口（9），微流体萃取扩大反应器一侧内部设有与水相入口（1）相通的混合液汇集腔Ⅰ（3）和与油相入口（2）相通的油相室，混合液汇集腔Ⅰ（3）底部设有一块液滴切割筛板（4）且混合液汇集腔Ⅰ（3）底部通过液滴切割筛板（4）与油相室相通，混合液汇集腔Ⅰ（3）侧部通过带筛孔的混合液汇集腔隔板（5）后到达混合液汇集腔Ⅱ（6）中，混合液汇集腔Ⅱ（6）出口连通混合反应微通道（7），混合反应微通道（7）出口连通混合液汇集腔Ⅲ（8），混合液汇集腔Ⅲ（8）侧部设有混合液出口（9），混合液出口（9）位于微流体萃取扩大反应器侧部端面上。2.根据权利要求1所述的3D打印的微流体萃取扩大反应器，其特征在于：所述水相入口（1）、油相入口（2）和混合液出口（9）内径为0.6mm～6mm。3.根据权利要求1所述的3D打印...

【专利技术属性】
技术研发人员：巨少华，周澳，李熙腾，彭金辉，张利波，黎氏琼春，田时泓，王奇，朱艳芳，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：新型
国别省市：云南,53