CN109078662A - 一种基于离心与毛细作用的两相分离微装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于离心与毛细作用的两相分离微装置，属于微流控技术领域。该基于离心与毛细作用的两相分离微装置，包括多头蛇形弯管、螺旋盘管和螺旋盘管外的承接圆筒，螺旋盘管外侧表面均均匀设有若干圆孔，多头蛇形弯管一端连接推进装置，另一端连接螺旋盘管入口，每个螺旋盘管置于一个螺旋盘管外的承接圆筒内部，且螺旋盘管入口顶部穿过螺旋盘管外的承接圆筒顶部以及螺旋盘管出口穿过螺旋盘管外的承接圆筒底部，螺旋盘管外的承接圆筒顶部设有承接圆筒通气孔，螺旋盘管外的承接圆筒底部一侧设有承接圆筒集液口。本发明有成本低，效率高，可以进行多个模块组合的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于离心与毛细作用的两相分离微装置，属于微流控技术领域。
背景技术
微流控技术是指在微观尺寸下控制流体的技术，最早出现于1975年，目前已被广泛应用于生物分析，药物输送等领域。除了有机合成，微反应器和化学分析外，微流控技术在生物医学领域也发挥着越来越重要的作用。微流控芯片的基本特征和最大的优势就是多种单元技术在微小可控平台上灵活组合和规模集成，可以将液滴合并，分裂与排序。
近年来，不断发生海上原油泄漏事件，造成严重的环境污染，生物死亡，甚至由此引发爆炸，导致人员伤亡。还有许多石油在开采时遇到大量水混合的情况，难开采，难利用。本发明装置在于解决两相不相溶物质混合难分离的问题，采用一种特殊的微流控芯片，基于离心作用与液滴相界面压力所产出的毛细阻力，有效地将连续相从乳液中去除，从而调整液滴体积比例和速度，实现两相流体的有效分离。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种基于离心与毛细作用的两相分离微装置。本发明有成本低，效率高，可以进行多个模块组合的优点。本发明通过以下技术方案实现。
一种基于离心与毛细作用的两相分离微装置，包括多头蛇形弯管1、螺旋盘管2和螺旋盘管外的承接圆筒6，螺旋盘管2外侧表面均均匀设有若干圆孔3，多头蛇形弯管1一端连接推进装置，另一端连接螺旋盘管2入口，每个螺旋盘管2置于一个螺旋盘管外的承接圆筒6内部，且螺旋盘管2入口顶部穿过螺旋盘管外的承接圆筒6顶部以及螺旋盘管2出口穿过螺旋盘管外的承接圆筒6底部，螺旋盘管外的承接圆筒6顶部设有承接圆筒通气孔7，螺旋盘管外的承接圆筒6底部一侧设有承接圆筒集液口8。
所述多头蛇形弯管1水平放置，多头蛇形弯管1管道直径等于一个离散相液滴4直径。
所述多头蛇形弯管1直管段的长度a大于多头蛇形弯管1弯头直径b。
所述螺旋盘管2管道直径等于多头蛇形弯管1管道直径，螺旋盘管2为上大下小螺旋状或者上下尺寸相同的螺旋状，螺旋盘管2外侧表面圆孔3直径小于离散相液滴4直径。
所述螺旋盘管2为若干个，若干个螺旋盘管2为串联连接或者并联连接。
若干个螺旋盘管2串联连接时，多头蛇形弯管1出口连接第一个螺旋盘管2入口，第一个螺旋盘管2出口连接第二个螺旋盘管2入口，依次类推串联连接。
所述若干个螺旋盘管2并联时，多头蛇形弯管1出口设有若干条支路，支路分别与每个螺旋盘管2入口连接进行并联连接。
该基于离心与毛细作用的两相分离微装置的工作原理为：
用推进装置将乳浊液形式的两相不相溶物质注入多头蛇形弯管1入口处，多头蛇形弯管1中弯头的作用是使得团聚在一起的离散相液滴4在连续相5中分布均匀，经过多个弯头的作用，在进入螺旋盘管2之前离散相液滴4基本等距排列；
进入螺旋盘管2中，由于离心作用和毛细作用，密度较大的离散相液滴4受到的向心力大于离心力而靠近内侧管壁（如图4中的圆形物和图5所示），质轻的连续相5靠近外侧管壁，外侧管壁上均匀分布有圆孔3，连续相5因离心作用从圆孔3中甩出，被外部的螺旋盘管外的承接圆筒6承接收集。离散相液滴4靠近内侧不容易被甩出，另一方面，由于外侧的圆孔3孔径小于离散相液滴4直径，离散相液滴4通过圆孔3需要克服较大的表面张力所产生的毛细作用。最终，大部分较轻的连续相5从螺旋盘管2中分离出去，达到较高纯度，而较重的离散相液滴4及少部分连续相5富集在螺旋盘管2的出口处，可进入下一级进一步处理。
本发明的有益效果是：
1、本发明装置结合离心作用、毛细作用和微流控技术对流体进行操纵，使得两相不相溶物质分离得比较彻底。
2、本发明装置耗时短，耗材少，成本低且效率高。
3、本发明装置并不局限于分离油水，只要是两相不相容的液体均可分离，往后甚至可以分离三相不相溶物质等，也可用于分析细胞分离，化学制药等领域。
附图说明
图1是本发明平面俯视结构图；
图2是本发明蛇形弯管的工作示意图；
图3是本发明螺旋盘管立体结构示意图A；
图4是本发明螺旋盘管平面工作示意图；
图5是本发明螺旋盘管中离散相液滴的受力示意图；
图6是本发明螺旋盘管串联结构示意图；
图7是本发明螺旋盘管并联结构示意图；
图8是本发明螺旋盘管立体结构示意图B。
图中：1-多头蛇形弯管，2-螺旋盘管，3-圆孔，4-离散相液滴，5-连续相，6-螺旋盘管外的承接圆筒，7-承接圆筒通气孔，8-承接圆筒集液口，a-多头蛇形弯管直管段的长度，b-多头蛇形弯管弯头直径，F1是液滴受到的推力，F2是液滴受到的阻力，F3是液滴受到的向心力，F4是液滴受到的离心力。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1至4所示，该基于离心与毛细作用的两相分离微装置，包括多头蛇形弯管1、螺旋盘管2和螺旋盘管外的承接圆筒6，螺旋盘管2外侧表面均均匀设有若干圆孔3，多头蛇形弯管1一端连接推进装置，另一端连接螺旋盘管2入口，每个螺旋盘管2置于一个螺旋盘管外的承接圆筒6内部，且螺旋盘管2入口顶部穿过螺旋盘管外的承接圆筒6顶部以及螺旋盘管2出口穿过螺旋盘管外的承接圆筒6底部，螺旋盘管外的承接圆筒6顶部设有承接圆筒通气孔7，螺旋盘管外的承接圆筒6底部一侧设有承接圆筒集液口8。
其中多头蛇形弯管1水平放置，多头蛇形弯管1管道直径等于一个离散相液滴4直径；所述多头蛇形弯管1直管段的长度a为20~40mm，多头蛇形弯管1弯头直径b为1~2mm；所述螺旋盘管2管道直径等于多头蛇形弯管1管道直径，螺旋盘管2为上大下小螺旋状，共有15环，螺旋盘管2外侧表面圆孔3直径为孔径为0.5~1.5mm小于离散相液滴4直径。
实施例2
如图1至4以及6所示，该基于离心与毛细作用的两相分离微装置，包括多头蛇形弯管1、螺旋盘管2和螺旋盘管外的承接圆筒6，螺旋盘管2外侧表面均均匀设有若干圆孔3，多头蛇形弯管1一端连接推进装置，另一端连接螺旋盘管2入口，每个螺旋盘管2置于一个螺旋盘管外的承接圆筒6内部，且螺旋盘管2入口顶部穿过螺旋盘管外的承接圆筒6顶部以及螺旋盘管2出口穿过螺旋盘管外的承接圆筒6底部，螺旋盘管外的承接圆筒6顶部设有承接圆筒通气孔7，螺旋盘管外的承接圆筒6底部一侧设有承接圆筒集液口8。
其中多头蛇形弯管1水平放置，多头蛇形弯管1管道直径等于一个离散相液滴4直径；所述多头蛇形弯管1直管段的长度a为20~40mm，多头蛇形弯管1弯头直径b为1~2mm；所述螺旋盘管2管道直径等于多头蛇形弯管1管道直径，螺旋盘管2为上大下小螺旋状，共有15环，螺旋盘管2外侧表面圆孔3直径为孔径为0.5~1.5mm小于离散相液滴4直径；上述螺旋盘管2为3个，若干个螺旋盘管2为串联连接，多头蛇形弯管1出口连接第一个螺旋盘管2入口，第一个螺旋盘管2出口连接第二个螺旋盘管2入口，依次类推串联连接。
实施例3
如图1至4以及7所示，该基于离心与毛细作用的两相分离微装置，包括多头蛇形弯管1、螺旋盘管2和螺旋盘管外的承接圆筒6，螺旋盘管2外侧表面均均匀设有若干圆孔3，多头蛇形弯管1一端连接推进装置，另一端连接螺旋盘管2入口，每个螺旋盘管2置于一个螺旋盘管外的承接圆筒6内部，且螺旋盘管2入口顶部穿过螺旋盘管外的承接圆筒6顶部以及螺旋盘管2出口穿过螺旋盘管外的承接圆筒6底部，螺旋盘管外的承接圆筒6顶部设有承接圆筒通气孔7，螺旋盘管外的承接圆筒6底部一侧设有承接圆筒集液口8。
其中多头蛇形弯管1水平放置，多头蛇形弯管1管道直径等于一个离散相液滴4直径；所述多头蛇形弯管1直管段的长度a为20~40mm，多头蛇形弯管1弯头直径b为1~2mm；所述螺旋盘管2管道直径等于多头蛇形弯管1管道直径，螺旋盘管2为上大下小螺旋状，共有15环，螺旋盘管2外侧表面圆孔3直径为孔径为0.5~1.5mm小于离散相液滴4直径；上述螺旋盘管2为3个，若干个螺旋盘管2为并联连接，多头蛇形弯管1出口连接第一个螺旋盘管2入口，多头蛇形弯管1出口设有若干条支路，支路分别与每个螺旋盘管2入口连接进行并联连接。
实施例4
如图8所示，该基于离心与毛细作用的两相分离微装置，包括多头蛇形弯管1、螺旋盘管2和螺旋盘管外的承接圆筒6，螺旋盘管2外侧表面均均匀设有若干圆孔3，多头蛇形弯管1一端连接推进装置，另一端连接螺旋盘管2入口，每个螺旋盘管2置于一个螺旋盘管外的承接圆筒6内部，且螺旋盘管2入口顶部穿过螺旋盘管外的承接圆筒6顶部以及螺旋盘管2出口穿过螺旋盘管外的承接圆筒6底部，螺旋盘管外的承接圆筒6顶部设有承接圆筒通气孔7，螺旋盘管外的承接圆筒6底部一侧设有承接圆筒集液口8。
其中多头蛇形弯管1水平放置，多头蛇形弯管1管道直径等于一个离散相液滴4直径；所述多头蛇形弯管1直管段的长度a为20~40mm，多头蛇形弯管1弯头直径b为1~2mm；所述螺旋盘管2管道直径等于多头蛇形弯管1管道直径，螺旋盘管2为上下尺寸相同的螺旋状，共有15环，螺旋盘管2外侧表面圆孔3直径为孔径为0.5~1.5mm小于离散相液滴4直径。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (7)
1.一种基于离心与毛细作用的两相分离微装置，其特征在于：包括多头蛇形弯管（1）、螺旋盘管（2）和螺旋盘管外的承接圆筒（6），螺旋盘管（2）外侧表面均均匀设有若干圆孔（3），多头蛇形弯管（1）一端连接推进装置，另一端连接螺旋盘管（2）入口，每个螺旋盘管（2）置于一个螺旋盘管外的承接圆筒（6）内部，且螺旋盘管（2）入口顶部穿过螺旋盘管外的承接圆筒（6）顶部以及螺旋盘管（2）出口穿过螺旋盘管外的承接圆筒（6）底部，螺旋盘管外的承接圆筒（6）顶部设有承接圆筒通气孔（7），螺旋盘管外的承接圆筒（6）底部一侧设有承接圆筒集液口（8）。
2.根据权利要求1所述的基于离心与毛细作用的两相分离微装置，其特征在于：所述多头蛇形弯管（1）水平放置，多头蛇形弯管（1）管道直径等于一个离散相液滴（4）直径。
3.根据权利要求1所述的基于离心与毛细作用的两相分离微装置，其特征在于：所述多头蛇形弯管（1）直管段的长度a大于多头蛇形弯管（1）弯头直径b。
4.根据权利要求1所述的基于离心与毛细作用的两相分离微装置，其特征在于：所述螺旋盘管（2）管道直径等于多头蛇形弯管（1）管道直径，螺旋盘管（2）为上大下小螺旋状或者上下尺寸相同的螺旋状，螺旋盘管（2）外侧表面圆孔（3）直径小于离散相液滴（4）直径。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的基于离心与毛细作用的两相分离微装置，其特征在于：所述螺旋盘管（2）为若干个，若干个螺旋盘管（2）为串联连接或者并联连接。
6.根据权利要求5所述的基于离心与毛细作用的两相分离微装置，其特征在于：若干个螺旋盘管（2）串联连接时，多头蛇形弯管（1）出口连接第一个螺旋盘管（2）入口，第一个螺旋盘管（2）出口连接第二个螺旋盘管（2）入口，依次类推串联连接。
7.根据权利要求5所述的基于离心与毛细作用的两相分离微装置，其特征在于：所述若干个螺旋盘管（2）并联时，多头蛇形弯管（1）出口设有若干条支路，支路分别与每个螺旋盘管（2）入口连接进行并联连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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