CN103949170A - 一种分流汇流型混合器及混合方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分流汇流型混合器，混合器池体主要由三通接头、混合室和出口转接头组成，所述的三通接头包括2个可与不锈钢管通过螺丝和不锈钢刃环形成密封连接的进料通道；三通接头的另一端口与混合室相连，所述混合室包括入口、混合室体、螺纹和出口孔；混合室一端的入口为三通接头的出口，另一端的螺纹与出口转接头的螺纹相匹配；隔板、分流板、隔板、汇流板、隔板交替安置在混合室中。本发明通过采用分流汇流流道设计，能形成许多湍流区域和多次混合，加强了混合效果，具有混合效率高的优点，可方便地与各种设备配合使用，具有使用方便，应用广泛的特点。

Description

一种分流汇流型混合器及混合方法

技术领域

本发明涉及一种流体静态混合器，更具体地说，涉及一种通过分流、汇流将液体混合在一起的混合器，并将其用于不同流体间的混合或反应，属于仪器、设备技术领域。

背景技术

在众多技术领域，很多情况下会涉及到两种或多种液体的混合过程。例如在液相色谱梯度分析过程中，通过使不同溶剂在混合器内进行混合，使流动相的组成按程序梯度变化，实现复杂体系的分离分析。常用的混合器主要有静态混合器和动态混合器两种类型。其中：所述动态混合器是指在壳体或者管道内设置有高速旋转的部件，不同流体在高速旋转部件的作用下实现混合。所述静态混合器其内部构件没有运动，而是依靠流体本身的动力，流经混合器内的各混合元件以达到混合的目的。现有的静态混合器主要为饶管型混合器、填充型混合器和内部刻蚀混合器。饶管型混合器是一种饶成圆环状的不锈钢管，由于其为圆环形状，死体积较大。填充型混合器是将不锈钢球放入内径约为3mm而长度约为50mm的管中，通过球的转动来搅动流体以实现混合，这种装置难以完成高效的混合，而且体积较大，造成较大的滞后体积。内部刻蚀混合器难以形成足够多的湍流区，另外，加工制作复杂，价格昂贵。

在化学反应中也经常用到混合器，传统的混合器主要采用搅拌的方式混合，这种混合方式虽然原理简单，但存在混合效率低下，混合过程能耗大的问题。塔式、管式等反应器或混合器，也同样存在混合效率低下的问题。

因此，迫切需要一种混合效率高，使用方便，应用广泛的混合器装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有多次分流、汇流流道的混合器及其方法，从而进一步提高混合效率，强化传质性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种分流汇流型混合器，混合器池体主要由三通接头、混合室和出口转接头组成，所述的三通接头包括2个可与不锈钢管通过螺丝和不锈钢刃环形成密封连接的进料通道；三通接头的另一端口与混合室相连，所述混合室包括入口、混合室体、螺纹和出口孔；混合室一端的入口为三通接头的出口，另一端的螺纹与出口转接头的螺纹相匹配；隔板4、分流板、隔板6、汇流板、隔板8交替安置在混合室中。

前面所述的分流汇流型混合器，优选的方案是，隔板4、分流板、隔板6、汇流板和隔板8为多组串联。

前面所述的分流汇流型混合器，优选的方案是，混合室形状为圆柱形、方形或者楔形。

所述的分流板、隔板、汇流板包括在一块板的两面加工相应的沟槽，两面沟槽的末端以通孔连接，三板合一，实现分流板、隔板、汇流板的作用。

前面所述的分流汇流型混合器，优选的方案是，所述隔板4、分流板、隔板6、汇流板、隔板8为不锈钢板或PEEK板，形状与混合室形状相匹配。

前面所述的分流汇流型混合器，优选的方案是，所述隔板中心有一圆孔，与混合室入口相通；

前面所述的分流汇流型混合器，优选的方案是，所述分流板刻有自中心向外的长度相同的通道，道数目和通道形状根据实际需要确定，所述隔板钻有与分流板通道末端对应的圆孔。

前面所述的分流汇流型混合器，优选的方案是，所述汇流板刻有自外向中心的长度相同的通道，通道数目和通道形状根据实际需要确定，通道外端与隔板的圆孔对应。

前面所述的分流汇流型混合器，优选的方案是，所述隔板和隔板结构相同，与出口转接头相通。

前面所述的分流汇流型混合器，优选的方案是，所述出口转接头外边螺纹与混合室端口螺纹相匹配，中间有一带螺纹孔，可与带螺丝和不锈钢刃环的不锈钢管连接，形成混合流体出口。

本发明还提供了利用所述分流汇流型混合器的的混合方法，待混合流体由恒流泵系统流出后，通过混合器池体的三通接头进入混合室隔板中心孔，经分流板分流成多液路至分流板通道末端，再经隔板的圆孔进入汇流板，沿汇流板通道汇流至中心，从而实现混合、分流、汇流、混合的过程。

本发明提供的一种分流汇流型混合器，混合器池体含有三通接头、混合室、出口转接头组成。所述的三通接头包括2个可与不锈钢管通过螺丝和不锈钢刃环形成密封连接的进料通道；三通接头的另一端口与混合室相连。所述的混合室包括入口、混合室体、螺纹、出口孔；混合室一端的入口为三通的出口，另一端的螺纹与出口转接头的螺纹相匹配；隔板4、分流板、隔板6、汇流板、隔板8交替安置在混合室中；为强化混合效果，也可多组串联；混合室形状选自圆柱形、方形、或者楔形中的一种；所述的隔板、分流板、隔板、汇流板、隔板为不锈钢板，或PEEK板，其形状与混合室形状相匹配；所述的隔板中心有一圆孔，与混合室包括入口相通；

所述的分流板刻有自中心向外的长度相同的通道，通道数目和通道形状可根据实际需要确定；所述的隔板钻有与分流板通道末端对应的圆孔；所述的汇流板刻有自外向中心的长度相同的通道，通道数目和通道形状可根据实际需要确定，通道外端与隔板的圆孔对应，汇流板与分流板可以相同，也可以不同。为方便表示，本发明图示汇流板与分流板结构相同，但不仅限于相同，也包括相同理念下得到的其他结构；所述的隔板中心有一圆孔，与出口转接头相通，隔板和隔板结构相同。所述的出口转接头外边螺纹与混合室端口螺纹相匹配，中间有一带螺纹孔，可与带螺丝和不锈钢刃环的不锈钢管连接，形成混合流体出口。所述的分流板、隔板汇流板也可以在一块板上实现，在一块板的两面加工相应的沟槽，两面沟槽的末端以通孔连接，实现分流板、隔板汇流板的作用。

本发明提供的一种分流汇流型静态混合器的混合方法为，包含步骤为，待混合流体由恒流泵系统流出后，通过混合器池体的三通接头进入混合室隔板中心孔，经分流板分流成多液路至分流板通道末端，再经隔板的圆孔进入汇流板，沿汇流板通道汇流至中心，从而实现混合、分流、汇流、混合的过程。为强化混合效果，也可在混合室内安置串联多组分流汇流板，实现多次分流汇流混合。

本发明一种分流汇流型静态混合器及其方法的突出效果是：

(1) 本发明通过采用分流汇流流道设计，能形成许多湍流区域和多次混合，加强了混合效果，具有混合效率高的优点；

(2) 混合器体积可根据实际需要混合液体流量方便设计，当混合流体流量小时，可采用微尺寸分流汇流通道，混合器体积较小，混合效率高，特别适用于微流量流体混合，克服了常规混合器延迟大的弱点；当混合流体流量较大时，可采用适当增大的分流汇流通道。通过控制分流汇流通道的尺寸，方便地满足不同流量的混合需要。

(3) 混合器设计有三通接头和出口接头，可方便地与各种设备配合使用，具有使用方便，应用广泛的特点；

(4) 采用分流汇流流道设计，具有结构简单，易于生产加工的特点，生产加工成本低。

(5) 本发明可应用于化学、化工、石化、医药和食品等众多领域，特别是液相色谱梯度混合器、化学化工的反应混合器。

附图说明

图1为混合器池体结构示意图；

图2为隔板4和隔板8结构示意图；

图3为分流板5和汇流板7结构示意图；

图4为隔板6结构示意图；

图5 为单组64通道分流汇流混合器组装示意图；

图6 为双组24通道串联分流汇流混合器组装示意图；

图7 本发明试验例2台阶梯度色谱图；

图8 本发明试验例2线性梯度色谱图。

具体实施方式

以下提供本发明一种分流汇流型静态混合器及其方法的具体实施方式。

实施例l 参见附图1，一种分流汇流型静态混合器及其混合方法，混合器池体含有三通接头1、混合室2、出口转接头3组成。混合室3中交替安置有隔板4、64通道分流板5、64通道隔板6、64通道汇流板7、隔板8，具体装配方式请参见附图5所示。所述的三通接头1包括2个可与不锈钢管通过螺丝和不锈钢刃环形成密封连接的进料通道；三通接头1的另一端口与混合室2相连，所述混合室2包括入口、混合室体、螺纹和出口孔；混合室一端的入口为三通接头1的出口，另一端的螺纹与出口转接头的螺纹相匹配；隔板4、6、8、分流板5、汇流板7交替安置在混合室2中。所述隔板4、6、8、分流板5、汇流板7为不锈钢板，形状与混合室形状相匹配。所述隔板4中心有一圆孔，与混合室2入口相通；混合室2形状为圆柱形、方形或者楔形。所述分流板5刻有自中心向外的长度相同的通道，道数目和通道形状根据实际需要确定，所述隔板6钻有与分流板5通道末端对应的圆孔。所述汇流板7刻有自外向中心的长度相同的通道，通道数目和通道形状根据实际需要确定，通道外端与隔板6的圆孔对应。所述隔板8和隔板4结构相同，与出口转接头3相通。所述出口转接头3外边螺纹与混合室端口螺纹相匹配，中间有一带螺纹孔，可与带螺丝和不锈钢刃环的不锈钢管连接，形成混合流体出口。

各部分功能为：三通接头1将两路不同的液体连接到混合室2中进行混合，起到使高压恒流泵系统与混合室匹配的作用，同时也起到使两路液体形成预混合作用；混合室内的分流板5使液体分成多路在多个孔道中流动，隔板6提供分流板5和汇流板7的连接通道，汇流板7提供向中心汇流通道，各孔道中的流体在湍流作用下得到混合，汇流到一起又强化了混合，得到混合均匀的流体。

流体的流路方向为：待混合的两路液体经三通接头形成对流，进行了预混合，然后进入混合室中，沿分流板通道分成多流道，至分流板5通道末端时通过隔板6的孔道进入汇流板7的通道流动并逐步汇合混合，在流动过程中形成了许多湍流区域，两液体之间充分接触混合，在流出混合室后，液体具有均一的性质。

实施例2  参见附图1，一种分流汇流型静态混合器及其方法，混合器池体含有三通接头1、混合室2、出口转接头3组成。混合室3中交替安置有隔板4、24通道分流板5、24通道隔板6、24通道汇流板7、隔板8、隔板4、24通道分流板5、24通道隔板6、24通道汇流板7、隔板8，具体装配方式请参见附图6所示。分流板5、隔板6、汇流板7包括在一块板的两面加工相应的沟槽，两面沟槽的末端以通孔连接，三板合一，实现分流板5、隔板6、汇流板7的作用。所述隔板4、6、8、分流板5、汇流板7为PEEK板，形状与混合室形状相匹配。其他安排同实施例1。

各部分功能为：三通接头1将两路不同的液体连接到混合室2中进行混合，起到使高压恒流泵系统与混合室匹配的作用，同时也起到使两路液体形成预混合作用；混合室内的分流板5使液体分成多路在多个孔道中流动，隔板6提供分流板5和汇流板7的连接通道，汇流板7提供向中心汇流通道，各孔道中的流体在湍流作用下得到混合，汇流到一起又强化了混合，得到混合均匀的流体。

流体的流路方向为：待混合的两路液体经三通接头形成对流，进行了预混合，然后进入混合室中，沿分流板通道分成多流道，至分流板5通道末端时通过隔板6的孔道进入汇流板7的通道流动并逐步汇合混合，汇流混合的流体通过隔板（8）再进入下一组进行分流汇流混合，在流动过程中形成了许多湍流区域，两液体之间充分接触混合，在流出混合室后，液体具有均一的性质。

试验例1 将实施例1的混合器用于高效液相色谱梯度混合器进行混合实验，混合器的两进液品接高压泵，混合器的出液口接色谱柱，流传动相A为纯水，B为1%甲酸，流速为1.0 ml/min，连续检测从色谱柱流出液体甲酸的含量。梯度程序为台阶梯度程序；(B%)：0min，0%；2min，25%；4min，50%；6min，75%；8min，100%；10min，75%；12min，50%；14min，25%；16min，0%。图7为台阶梯度色谱图。由此可知：台阶变化陡峭，台阶平台平直，说明混合器响应，混合效率高，混合液体稳定。

试验例2  将实施例1的混合器用于高效液相色谱梯度混合器进行混合实验，混合器的两进液口接高压泵，混合器的出液口接色谱柱，流传动相A为纯水，B为1%甲酸，流速为1.0 ml/min，连续检测从色谱柱流出液体甲酸的含量。梯度程序为线性梯度程序；(B%)：0min，0%；1min，0%；4min，100%；7min，0%；10min，0%。图8 为线性梯度色谱图。由此可知：线性输出色谱图梯度线平滑，混合效率高，浓度梯度准确。

试验例3  将实施例2的混合器用于甲苯硝化反应混合器，混合器出口接一5m不锈钢细管作为反应区，含有62.6%的酸和16.4%硝酸的混酸为一种流体，甲苯为另一流体，两种流体通过计量泵计量从混合器三通接头的两进液口进入混合器，经混合器混合后从出口进入不锈钢细管作继续反应。从不锈钢细管流出的液体经分离后得到一硝基甲苯，经检测产品中无二硝基甲苯。由此可知：本发明所提供的混合器混合速度快，混合效率高，适用于作为化工微反应器的高效混合器。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种分流汇流型混合器，其特征是，混合器池体主要由三通接头（1）、混合室（2）和出口转接头（3）组成，所述的三通接头（1）包括2个可与不锈钢管通过螺丝和不锈钢刃环形成密封连接的进料通道；三通接头（1）的另一端口与混合室（2）相连，所述混合室（2）包括入口、混合室体、螺纹和出口孔；混合室一端的入口为三通接头（1）的出口，另一端的螺纹与出口转接头的螺纹相匹配；隔板（4、6、8）、分流板（5）、汇流板（7）交替安置在混合室（2）中。

2.根据权利要求1所述的分流汇流型混合器，其特征是，所述隔板（4、6、8）、分流板（5）和汇流板（7）为多组串联。

3.根据权利要求1所述的分流汇流型混合器，其特征是，所述的分流板（5）、隔板（6）、汇流板（7）包括在一块板的两面加工相应的沟槽，两面沟槽的末端以通孔连接，三板合一，实现分流板（5）、隔板（6）、汇流板（7）的作用。

4.根据权利要求1所述的分流汇流型混合器，其特征是，所述隔板（4、6、8）、分流板（5）、汇流板（7）为不锈钢板或PEEK板，形状与混合室形状相匹配。

5.根据权利要求4所述的分流汇流型混合器，其特征是，所述隔板（4）中心有一圆孔，与混合室（2）入口相通；混合室（2）形状为圆柱形、方形或者楔形。

6.根据权利要求4所述的分流汇流型混合器，其特征是，所述分流板（5）刻有自中心向外的长度相同的通道，道数目和通道形状根据实际需要确定，所述隔板（6）钻有与分流板（5）通道末端对应的圆孔。

7.根据权利要求4所述的分流汇流型混合器，其特征是，所述汇流板（7）刻有自外向中心的长度相同的通道，通道数目和通道形状根据实际需要确定，通道外端与隔板（6）的圆孔对应。

8.根据权利要求4所述的分流汇流型混合器，其特征是，所述隔板（8）和隔板（4）结构相同，与出口转接头（3）相通。

9.根据权利要求4所述的分流汇流型混合器，其特征是，所述出口转接头（3）外边螺纹与混合室端口螺纹相匹配，中间有一带螺纹孔，可与带螺丝和不锈钢刃环的不锈钢管连接，形成混合流体出口。

10.利用权利要求1-9任一所述分流汇流型混合器的的混合方法，其特征是，待混合流体由恒流泵系统流出后，通过混合器池体的三通接头（1）进入混合室隔板（4）中心孔，经分流板（5）分流成多液路至分流板（5）通道末端，再经隔板（6）的圆孔进入汇流板（7），沿汇流板（7）通道汇流至中心，从而实现混合、分流、汇流、混合的过程。