一种在微通道内构建稳定环状流的方法技术

本发明专利技术所述在微通道内构建稳定环状流的方法，是在微通道内设置一根线状中心插件，操作时先将形成外环的流体以一定的流量输入微通道，待形成外环的流体充满微通道后，再将形成内环的流体以一定的流量输入微通道，两种流体在微通道内即以稳定的环状流流型流动；控制形成内环的流体的流量为0.8～20mL/min，形成内环的流体与形成外环的流体的流量比为1:(0.2～20)；当形成外环的流体为水相、形成内环的流体为有机相时，线状中心插件用亲油材料制作，外管用亲水材料制作；当形成外环的流体为有机相、形成内环的流体为水相时，线状中心插件用亲水材料制作，外管用亲油材料制作。

【技术实现步骤摘要】
一种在微通道内构建稳定环状流的方法
本专利技术属于微化工
，特别是涉及一种在微通道内构建稳定环状流的方法。
技术介绍
微化工技术涉及的微通道因其微小的尺度而具有较短的传质距离和传质时间，以及较小的雷诺数，因而能够克服传统化工技术常规单元操作的弊端，相较于传统化工技术具有过程强化、反应安全、易控制、数增放大等特点。微化工技术在液液萃取上应用广泛，关于微通道内液液两相流型的研究备受关注，因为流型会显著影响传质速率和出口流体的分相。微通道内两相流体的研究表明，在微通道内液液两相流体可形成弹状流、滴状流、并行流和环状流等一系列流型。与其它流型相比，环状流形成时两相流体的流量比范围更大{当外环流体为水相、内环流体为有机相时，有机相与水相的流量比为1：(0.43～2.4)都能形成环状流，见陈丹.微通道内液液两相流型和传质特性研究[D].天津大学.2012.}，因而适用范围更广，更能满足实际应用需要。但是现有微通道内液液两相形成的环状流存在下述问题：(1)环状流两相界面会随着流速增大而出现随机波动现象，且波动幅度随着流速的增加而变大，两相流体之间不能保持界面清晰稳定，导致两相流体不能即时分相；(2)在两相流量比超过一定值时，内环相会被剪切成分散液滴，破坏流型，两相流体不再呈双连续相流动，影响两相分离。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在微通道内构建稳定环状流的方法，以使液液两相流体能以稳定环状流的流型在微通道内流动，在流出微通道时能够即时分相及进一步拓宽形成环状流的两相流量和流量比范围。本专利技术所述微通道包括外管和分别与外管两端内孔组合的内管，所述内管的中心线与外管的中心线重合，外管的内径不大于1.5mm，内管的内径不大于0.8mm，内管的外壁与外管内壁之间的间隙为0.1～0.4mm。本专利技术所述在微通道内构建稳定环状流的方法，是在微通道内设置一根线状中心插件，操作时先将形成外环的流体以一定的流量输入微通道，待形成外环的流体充满微通道后，再将形成内环的流体以一定的流量输入微通道，两种流体在微通道内即以稳定的环状流流型流动，形成内环的流体经内管至内环流体出口流出微通道，形成外环的流体经外管至外环流体出口流出微通道；所述形成外环的流体为水相、形成内环的流体为有机相，或者所述形成外环的流体为有机相、形成内环的流体为水相，控制形成内环的流体的流量为0.8～20mL/min，形成内环的流体与形成外环的流体的流量比为1:(0.2～20)；当形成外环的流体为水相、形成内环的流体为有机相时，线状中心插件用亲油材料制作，外管用亲水材料制作；当形成外环的流体为有机相、形成内环的流体为水相时，线状中心插件用亲水材料制作，外管用亲油材料制作。上述在微通道内构建稳定环状流的方法，所述线状中心插件的线径不大于内管内径的1/2。上述在微通道内构建稳定环状流的方法，外管的长度至少为50mm，以便稳定环状流的形成。上述在微通道内构建稳定环状流的方法，制作线状中心插件的亲油材料优选聚乙烯、聚丙烯或尼龙，亲水材料优选低碳钢、中碳钢、不锈钢或钛；制作外管的亲油材料优选聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或尼龙，亲水材料优选石英玻璃、不锈钢或钛。本专利技术具有以下有益效果：1、由于本专利技术所述方法在微通道内设置了一根线状中心插件，且根据内环流体和外环流体的属性选择线状中心插件与外管的制作材料，因而使水相、有机相两相流体在较宽的流量和流量比范围内都能在微通道内维持界面清晰稳定的环状流流型。2、由于本专利技术所述方法使水相、有机相两相流体以稳定环状流的流型在微通道内流动，因而两相流体在流出微通道时可以即时分相。3、使用本专利技术所述方法，可拓宽在微通道内形成环状流的两相流量与流量比范围，因而适用范围更广。4、本专利技术所述方法主要是通过在微通道内增设线状中心插件来构建稳定的环状流，因而非常简单，便于实施，有利于实际应用和推广。附图说明图1为本专利技术所述在微通道内构建稳定环状流的方法的原理示意图；图2为实施例1中微通道内两相流体的流型图片；图3为对比例1中微通道内两相流体的流型图片；图4为实施例2中微通道内两相流体的流型图片；图5为对比例2中微通道内两相流体的流型图片；图6为实施例3中微通道内两相流体的流型图片；图7为对比例3中微通道内两相流体的流型图片；图8为实施例4中微通道内两相流体的流型图片；图9为对比例4中微通道内两相流体的流型图片；图10是按照图1所示原理图提供的一种形成稳定环状流的微通道装置；图11是图10的侧视图；图12是图10的A-A剖视图；图13是图10的B-B剖视图。图中，1—第一进液口，2—第二进液口，3-1—第一内管，3-2—第二内管，4—线状中心插件，5—外管，6—第一出液口，7—第二出液口，8—水相流体，9—有机相流体，10—底座，11—第一支架，12—第二支架，13—导轨，14—第一分流引导夹具，14-1—第一外壳，14-2—第一分流固位块，14-3—第一前端盖，14-4—第一后端盖，14-5—第一限位片，14-6—第一橡胶密封塞，15—第二分流引导夹具，15-1—第二外壳，15-2—第二分流固位块，15-3—第二前端盖，15-4—第二后端盖，15-5—第二限位片，15-6—第二橡胶密封塞。具体实施方式下面通过实施例并结合附图对本专利技术所述在微通道内构建稳定环状流的方法作进一步说明。显然，所描述实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本专利技术所保护的范围。下述实施例、对比例中，微通道内两相流体的流型图片使用数码相机连接倒置光学显微镜从外管的下方拍摄。实施例1本实施例按照图1布置微通道和在微通道中设置线状中心插件，所述微通道包括外管5和分别与外管两端组合的第一内管3-1和第二内管3-2，第一内管、第二内管的中心线均与外管的中心线重合，外管5为外径3mm、内径0.9mm、长150mm的透明石英毛细管，第一内管3-1和第二内管3-2的外径均为0.7mm，内径均为0.5mm，且均用316L不锈钢制作，第一内管3-1与外管左端衔接处及第二内管3-2与外管右端衔接处通过密封避免漏液；线状中心插件4为等直径圆形横截面的光滑尼龙线，线径0.2mm，插装在微通道内，其两端分别固定在微通道外，固定时应使线状中心插件处于拉紧状态，线状中心插件与第一内管3-1、第二内管3-2端部合处通过密封避免漏液；第一内管3-1与第一进液口1连通，外管5左端的进液口与第二进液口2连通，第二内管3-2与第一出液口6连通，外管5右端的出液口与第二出液口7连通。按照上述方式布置微通道和在微通道中设置线状中心插件，可设计多种不同结构的微通道装置，本实施例优选了一种按照上述方式布置微通道和在微通道中设置线状中心插件的微通道装置，其结构如图10至图13所示，包括底座10、第一分流引导夹具14、第二分流引导夹具15、第一内管3-1、第二内管3-2、外管5、线状中心插件4、第一支架11、导轨13和第二支架12。所述第一分流引导夹具14主要由第一外壳14-1、第一前端盖14-3、第一后端盖14-4、第一限位片14-5、第一分流固位块14-2和第一橡胶密封塞14-6组合而成；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在微通道内构建稳定环状流的方法，所述微通道包括外管和分别与外管两端内孔组合的内管，所述内管的中心线与外管的中心线重合，外管的内径不大于1.5mm，内管的内径不大于0.8mm，内管的外壁与外管内壁之间的间隙为0.1～0.4mm，其特征是在微通道内设置一根线状中心插件，操作时先将形成外环的流体以一定的流量输入微通道，待形成外环的流体充满微通道后，再将形成内环的流体以一定的流量输入微通道，两种流体在微通道内即以稳定的环状流流型流动，形成内环的流体经内管至内环流体出口流出微通道，形成外环的流体经外管至外环流体出口流出微通道；所述形成外环的流体为水相、形成内环的流体为有机相，或者所述形成外环的流体为有机相、形成内环的流体为水相，控制形成内环的流体的流量为0.8～20mL/min，形成内环的流体与形成外环的流体的流量比为1:(0.2～20)；当形成外环的流体为水相、形成内环的流体为有机相时，线状中心插件用亲油材料制作，外管用亲水材料制作；当形成外环的流体为有机相、形成内环的流体为水相时，线状中心插件用亲水材料制作，外管用亲油材料制作。

【技术特征摘要】
1.一种在微通道内构建稳定环状流的方法，所述微通道包括外管和分别与外管两端内孔组合的内管，所述内管的中心线与外管的中心线重合，外管的内径不大于1.5mm，内管的内径不大于0.8mm，内管的外壁与外管内壁之间的间隙为0.1～0.4mm，其特征是在微通道内设置一根线状中心插件，操作时先将形成外环的流体以一定的流量输入微通道，待形成外环的流体充满微通道后，再将形成内环的流体以一定的流量输入微通道，两种流体在微通道内即以稳定的环状流流型流动，形成内环的流体经内管至内环流体出口流出微通道，形成外环的流体经外管至外环流体出口流出微通道；所述形成外环的流体为水相、形成内环的流体为有机相，或者所述形成外环的流体为有机相、形成内环的流体为水相，控制形成内环的...

【专利技术属性】
技术研发人员：金央，焦辉燕，李军，李维，陈明，刘宸，卫人予，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51