[发明专利]一种用于高粘流体混合的微结构混合器

说明书

本发明属于化学化工技术领域，公开了一种用于高粘流体混合的微结构混合器。其包括微分散结构部件、混合通道、主分布室、侧分布室、混合产物收集室、侧进料口、主进料口和出口，其中：(1)所述微分散结构部件布置在混合通道上下两侧，为含有纵向微槽的板式机械部件，上侧微分散部件内的微槽和下侧微分散部件内的微槽平行交替排列，在垂直方向上不重合；(2)所述微分散结构部件的上下两侧分别连接流体侧分布室，侧分布室连接侧进料口；(3)所述主进料口、主分布室、混合通道、混合产物收集室和出口串联连接。该微混合器适用于粘度500mPa·s的液液混合过程。

技术领域

本发明属于化学化工技术领域，具体涉及一种用于高粘流体混合的微结构混合器。

背景技术

混合过程是化工的基本操作过程，在化工过程中普遍存在。在连续化的反应和分离系统里，被动混合设备具有操作简易、能耗低等特点，被广泛应用。但是传统的静态混合装置内部混合尺度一般在毫米级，因而混合效率往往较为低下。近年来，微结构混合器(微混合器)的出现使得高效静态混合过程得以实现。微结构混合器主要采用微尺度混合的基本原理，它通过微分散结构将两股流体分散或分割成为微米级的流体微团，再通过将微团之间的快速传递完成混合过程。由于微米级的流体微团内部扩散距离短，微团之间传质面积大，因此微混合器能够在短时间内快速实现混合过程。

目前较为成熟的微混合器有交叉指状微混合器、康宁心形混合器、分割-聚合型微混合器、微筛孔分散混合器等类型，这些微混合器虽然在众多应用过程中已经实现液液、气液的高效混合，但是都难以针对高粘流体(50mPas)发挥较好的使用效果，主要原因就在于这些微混合器内流体都需要穿过微米级的微孔或者微通道，而这些通道内的高流动阻力限制了混合效果的发挥。为了能够使用微混合的基本原理实现高粘流体的混合就需要一方面保持微米级的分散和传递尺度，另一方面降低流体的流动阻力。基于此，本发明提出降低混合维度的方法，即采用长宽比极大(20)的微槽作为微结构部件，通过微槽将一股流体注入另一股流体中，微槽宽度方向保持微米级的分散尺度，同时通过混通道内部漩涡的设计使混合在微槽宽度方向发生，以保持和微米级流体颗粒相似的传递面积和传递距离。由于长度方向上处于毫米甚至厘米尺度，流动阻力不仅大幅下降，而且实验结果表明将流量较大的流体通过微槽进入混合通道能够增强漩涡的运动速度，起到更好的混合效果。

发明内容

基于以上科学原理，本发明的目的在于发展一种用于高粘流体混合的微结构混合器，具体计算方案如下：

一种用于高粘流体混合的微结构混合器，其特征在于，包括微分散结构部件、混合通道、主分布室、侧分布室、混合产物收集室、侧进料口、主进料口和出口，其中：

其中所述微分散结构部件(1)布置在混合通道(2)上下两侧，为含有纵向微槽的板式机械部件，上侧微分散部件内的微槽(9)和下侧微分散部件内的微槽(10)平行交替排列，在垂直方向上不重合；

所述微分散结构部件的上下两侧分别连接流体侧分布室(4)，侧分布室(4)连接侧进料口(6)；

所述主进料口(7)、主分布室(3)、混合通道、混合产物收集室(5)和出口(8)串联连接。

所述微混合部件的具体结构尺寸为至少含有一个混合通道，所述混合通道宽度为1-20mm，高度与宽度比为0.2-1，所述主分布室和所述混合产物收集室截面积大于所有混合通道横截面积之和。

所述混合通道内至少含有上下一组微槽，微槽(9)和微槽(10)结构相同，宽度为0.2-1mm，长度与宽度比例20，所述侧分布室截面积大于同侧微槽面积之和。

所述微混合器的操作对象和操作方法是待混合流体粘度500mPa·s，两股流体流量偏大的由侧进料口进入混合器，流量偏小的由主进料口进入混合器。