[发明专利]一种基于中空泡沫材料的流体分布器及其应用

说明书

本发明涉及流体分布器领域，具体地说是一种基于中空泡沫材料的流体分布器及其应用。该流体分布器的主要功能部件由中空泡沫材料构成，其在宏观上由三维连通的骨架网络构建而成，网络骨架自身为三维连通的具有中空结构的微通道，微通道管壁含有纳米级和微米级孔径的孔隙。采用本发明所述的结构设计，制得具有三维连通网络的基于中空泡沫材料的流体分布器。该流体分布器同时具有尺寸可调控的三种类型的孔隙：宏观三维连通网孔、三维连通的中空微通道、微通道管壁内的微米(和纳米)级孔隙。本发明流体可以通过三维连通中空微通道经由微通道管壁均匀分布至宏观三维连通网孔内，且可以与宏观三维连通网孔内的另一种流体均匀混合。

技术领域

本发明涉及流体分布器领域，具体地说是一种基于中空泡沫材料的流体分布器及其应用。

背景技术

在化工生产、生物化学工程等领域，存在大量多相流相互接触的传质过程、传热过程或化学反应过程。为了提高传质、传热、化学反应效率，需要提高各相流体之间的相互接触面积。因而，能够在某一截面上将流体进行均匀分布进而提高各相流体接触几率的流体分布器逐渐获得广泛关注与大量应用。

在实际生产过程中，流体分布器可分为气体分布器和液体分布器两大类。其中，气体分布器多采用分布效率不高的送风管、风阀、散流器等。而液体分布器则多采用分布尺度较大的管式分布器、槽式分布器、阀式分布器等，广泛应用于蒸馏、精馏等化工领域。

中空泡沫材料是一种特殊的多孔材料。其宏观结构特征是以多边形封闭环为基本单元，各基本单元相互连接形成的三维连通网络。此类结构的材料拥有质量轻、孔隙率可调、高渗透率等诸多优点，流体在其三维连通的网孔里的质量传递、动量传递、热量传递效率均可以得到有效提高。因此，泡沫材料，尤其是具有多孔管壁的中空泡沫材料能够将跨多孔中空管壁的流体分布与宏观三维网孔内的流体分布进行高效耦合，在流体分布领域的应用正逐渐受到广泛的重视。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于中空泡沫材料的流体分布器及其应用，解决现有技术中流体传质效率低、材料不耐高温、不抗氧化、耐腐蚀性差、力学性能差等问题。

本发明的技术方案是：

一种基于中空泡沫材料的流体分布器，该流体分布器由一个分布单元组件独立构成，或者由两个以上或两种以上结构的分布单元组件通过并联或串联方式进行模块化组装集成，同时具有尺寸可调控的三种类型的孔隙：宏观三维连通网孔、三维连通的中空微通道、微通道管壁内的微米和纳米级孔隙；所述的分布单元组件主要由如下功能区构成：分布流体引接口、集流空腔、流体密封阻挡层、流体一级分布区、流体二级分布区。

所述的基于中空泡沫材料的流体分布器，该流体分布器的主要功能区域为流体二级分布区，该区域由中空泡沫材料构成，其在宏观上由三维连通的骨架网络构建而成，网络骨架自身为三维连通的具有中空结构的微通道，微通道管壁含有纳米级和微米级孔径的孔隙。

所述的基于中空泡沫材料的流体分布器，作为流体分布器主要功能部件的中空泡沫材料，宏观上三维连通网络结构的网孔尺寸为0.2mm～20mm，构成该中空泡沫材料网络骨架的中空微通道的外径尺寸为0.1mm～10mm，内径尺寸为0.02mm～9mm。

所述的基于中空泡沫材料的流体分布器，构成该流体分布器主要功能部件的中空泡沫材料，其网络骨架的中空微通道的管壁的物理结构或化学结构类型为各向同性的或各向异性的，中空微通道管壁含有的孔隙的孔径尺寸范围为0.1nm～100μm，中空微通道管壁具有的孔隙率为0～60％，通过调控中空微通道管壁的孔结构来控制流体分布过程对应的分布选择性、分布通量、分布压力降。

所述的基于中空泡沫材料的流体分布器，构成该流体分布器的部分或所有功能区的主要组成物质是以下类别中的一种或两种以上：陶瓷材料、氧化物材料、金属材料、碳材料、高分子材料。