[实用新型]一种流体物料的微混合器件

说明书

技术领域

本实用新型涉及无机非金属材料、化工、制药、食品及环保等领域，特别涉及一种微混合器件的制造及其在流体混合工艺中的应用。

背景技术

微化工过程也被公认为化学工程学科发展的新的重要领域之一，微型化工器件也逐渐成为其重要成员, 如微混合器、微反应器、微化学分析仪器、微型换热器、微型萃取器、微型泵、微型阀门等。已有的微型化工器件的一些研究结果表明，在微尺度条件下反应转化率、选择性均有明显提高，传热系数比传统设备有很大提高,相间传质效率也较传统设备有极大提高。

流体混合是基本而且重要的工艺过程，广泛应用于化工、制药、食品及环保等众多领域。流体物料的均匀和高效混合对产品质量和生产成本的控制具有重要意义。微混合是实现物料均匀和高效混合的一种重要方式。微混合器一般通过微通道实现, 两股流体分别在两个通道内流动，然后汇合在一起，从而起到混合流体的作用。微通道一般为10 ~ 500 mm，微混合设备中一般包括几个甚至几十个微型通道。流体的微混合主要有 2 种形式：（1）微接触, 即不互溶的两相体系如液-液或气-液两相流体在同一微通道或分别在相互接触的两个微通道内流动，形成平行的流体层，通过相界面实现两相的微接触；（2）微混合或微分散，即互溶的两股流体或不互溶的两股流体通过微通道进入微混合或微分散区，实现两股流体的微混合或微分散。

实践表明，微混合过程最主要的几个特点：（1）混合效率高, 停留时间短,能耗低；（2）设备结构简单，无放大效应；（3）操作条件易于控制，化学反应、传质及传热性能好；（4）设备体积小, 内在安全性能好。正是由于这些特点，在十多年来，微混合化工过程的研究和微混合设备的开发得到高度重视，并取得重要进展。

传统的微混合设备需要使用激光雕刻、放电加工及电化学蚀刻等方式，因此设备生产成本高，而且难以制造大型微混合设备，往往只能应用于制药和精细化工等小型混合和反应系统中。随着材料技术和成型工艺的发展，以微孔膜为基础的微混合设备逐渐得到发展。微孔膜具有25%以上的孔隙率，孔径尺寸在纳米至微米范围，因此可以给膜两边的流体提供巨大的混合界面和近似均匀的微观混合。而且大尺寸的微孔膜已经可以大规模生产，因此微混合设备已不再局限于小型和昂贵了。

陶瓷具有强度高、耐化学腐蚀优良、耐生物侵蚀、耐高温和易清洗等优点。以氧化物、碳化物等多孔陶瓷材料为基础的微混合器件在化工、制药、食品及环保等众多行业具有广阔的应用前景。

发明内容

本实用新型的目的在于将一种具有薄壁多通道结构的多孔陶瓷元件应用于微混合器件及设备。通过低成本的工艺可生产出所述多通道薄壁微孔陶瓷元件，而且该微孔陶瓷元件的尺寸和形状范围广泛，可方便地制作成微型器件或大型设备，满足不同工艺规模的需要。所述微混合器件及设备具有生产成本低、运行能耗低、混合效率高、耐化学腐蚀等特点，可广泛应用于化工、制药、食品及环保等众多行业。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种用于流体物流混合的微混合器件，由多通道薄壁微孔陶瓷元件、容器外壳、密封件等主要部分组成。所述陶瓷元件具有薄壁多通道结构，且所述陶瓷元件的薄壁具有让液体和/或气体渗透通过的微孔。

优选的，所述陶瓷元件由包括且不限于氧化铝、碳化硅、石英、堇青石、莫来石等材料中的一种或多种制作而成。

制造所述陶瓷元件的基本步骤包括：

1）混合所述陶瓷原料粉体和烧成助剂制成泥料；

2）将所述泥料挤出成型制成坯体；

3）将所述坯体干燥定型；

4）将干燥的所述坯体烧结成多孔陶瓷。

在挤出成型时，通过模具的作用使所述陶瓷元件坯体形成一定的通道结构和外形。所述通道的截面形状包括且不限于圆形、矩形和正六边形等几何形状。所述陶瓷薄壁的厚度为0.2 ~ 2 mm。所述陶瓷元件的外形可以为包括且不限于平板、圆筒和方筒等几何形状。

多通道结构可使所述陶瓷元件使用较少的陶瓷材料以减少设备重量，同时保证薄壁具有足够的机械强度。例如，氧化铝材质的多通道陶瓷元件在壁厚为0.9 mm时，可经受超过7 bar的气体或液体压力。不仅如此，与厚壁多孔陶瓷元件相比，薄壁使流体通过的阻力减少，在较低的压力下获得更高的通量，可以微动力的方式实现微观均相混合。

所述陶瓷元件的薄壁是通透的多孔陶瓷，孔隙率为25% ~ 85%，孔隙尺寸为0.05 ~ 20 μm，气体或液体在一定的压力下可从陶瓷薄壁的一侧渗透到另一侧。