CN109261036B - 一种用于高粘流体混合的微结构混合器 - Google Patents
一种用于高粘流体混合的微结构混合器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109261036B CN109261036B CN201811171018.2A CN201811171018A CN109261036B CN 109261036 B CN109261036 B CN 109261036B CN 201811171018 A CN201811171018 A CN 201811171018A CN 109261036 B CN109261036 B CN 109261036B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- micro
- mixing
- grooves
- distribution chamber
- mixer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000002156 mixing Methods 0.000 title claims abstract description 71
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 12
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 abstract description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 3
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 15
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 8
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 8
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 description 4
- PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N rhodamine B Chemical compound [Cl-].C=12C=CC(=[N+](CC)CC)C=C2OC2=CC(N(CC)CC)=CC=C2C=1C1=CC=CC=C1C(O)=O PYWVYCXTNDRMGF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229940043267 rhodamine b Drugs 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
- B01F33/30—Micromixers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/40—Static mixers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/40—Static mixers
- B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
- B01F25/421—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions by moving the components in a convoluted or labyrinthine path
- B01F25/423—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions by moving the components in a convoluted or labyrinthine path by means of elements placed in the receptacle for moving or guiding the components
- B01F25/4233—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions by moving the components in a convoluted or labyrinthine path by means of elements placed in the receptacle for moving or guiding the components using plates with holes, the holes being displaced from one plate to the next one to force the flow to make a bending movement
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
- B01F33/30—Micromixers
- B01F33/301—Micromixers using specific means for arranging the streams to be mixed, e.g. channel geometries or dispositions
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
Abstract
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。
Description
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。
本发明的有益效果为：所述微结构混合器以混合通道两侧交错布置的纵向微槽作为流体分散结构，通过在混合通道内引发轴向旋涡促进两种流体的高效混合。该微混合器一方面保留了传统微混合器混合尺度小的特点，另一方面毫米以上级长度的纵向微槽能够大幅降低高粘流体在混合过程中的流动阻力。在低流动阻力的情况下实现高粘流体的快速均匀混合。
附图说明
图1为本发明微反应器的结构原理图。
图2为本发明微反应器中微分散结构部件上微槽位置示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明进行进一步说明，但并不因此而限制本发明的保护范围。
使用图1所示微反应器，将含有荧光染料的甘油或聚乙烯醇溶液打入进料口(6)，将普通甘油或者聚乙烯醇水溶液打入主进料口(7)，混合产物从出口(8)流出，通过带有CCD的荧光显微镜观察产物中荧光染料是否分布均匀，根据如下公式计算混合因子，混合因子接近1说明接近完全混合。
其中SDAIOD表示混合器出口溶液中荧光染料浓度的相对标准偏差，SDAIOD，0表示无混合发生时荧光染料浓度的相对标准偏差。当混合完全均匀的时候，混合器出口的SDAIOD值为零，混合因子值等于1，当混合完全不理想的时候，混合器出口的SDAIOD值等于SDAIOD，0，混合因子值等于0。
实施例1：
使用含有罗丹明B的甘油水溶液(粘度＝100mPas)作为混合介质，微混合器中含有1个宽度5mm，高度1mm的混合通道，混合通道两侧含有1组宽度0.4mm，长度10mm的微槽，从进料口(6)进入的甘油溶液流量为20mL/min，从主进料口(7)进入的甘油溶液流量为10mL/min，测量得到混合因子＝0.95，混合器最高流动阻力0.1MPa。
实施例2：
使用含有罗丹明B的甘油水溶液(粘度＝100mPas)作为混合介质，微混合器中含有10个宽度1mm，高度1mm的混合通道，混合通道两侧含有1组宽度0.2mm，长度4mm的微槽，从进料口(6)进入的甘油溶液流量为100mL/min，从主进料口(7)进入的甘油溶液流量为50mL/min，测量得到混合因子＝0.93，混合器最高流动阻力0.3MPa。
实施例3：
使用含有罗丹明B的聚乙烯醇水溶液(粘度＝500mPas)作为混合介质，微混合器中含有1个宽度20mm，高度4mm的混合通道，混合通道两侧含有2组宽度1mm，长度30mm的微槽，从进料口(6)进入的聚乙烯醇溶液流量为50mL/min，从主进料口(7)进入的聚乙烯醇溶液流量为5mL/min，测量得到混合因子＝0.90，混合器最高流动阻力0.1MPa。
实施例4：
使用含有罗丹明B的聚乙烯醇水溶液(粘度＝500mPas)作为混合介质，微混合器中含有3个宽度2mm，高度0.5mm的混合通道，混合通道两侧含有1组宽度0.4mm，长度40mm的微槽，从进料口(6)进入的聚乙烯醇溶液流量为100mL/min，从主进料口(7)进入的聚乙烯醇溶液流量为40mL/min，测量得到混合因子＝0.91，混合器最高流动阻力0.2MPa。
上述实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明并不局限于所描述的实施例。基于本发明中的实施例，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。
Claims (3)
1.一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：
（1）所述微分散结构部件布置在高度与宽度之比为0.2-1的混合通道上下两侧，为含有纵向微槽的板式机械部件，微槽长度与宽度比例>20，上侧微分散结构部件内的微槽（9）和下侧微分散结构部件内的微槽（10）平行交替排列，在垂直方向上不重合；所述混合通道宽度为1-20mm；
（2）所述上侧微分散结构部件和下侧微分散结构部件分别连接所述侧分布室（4），所述侧分布室（4）连接所述侧进料口（6）；所述侧分布室截面积大于同侧微槽面积之和；
（3）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；待混合流体粘度100-500mPa∙s，流体流量偏大的由侧进料口进入微结构混合器，流量偏小的由主进料口进入微结构混合器。
2.根据权利要求1所述的微结构混合器，其特征在于，所述微结构混合器至少含有一个混合通道（2），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。
3.根据权利要求1所述的微结构混合器，其特征在于，所述混合通道内至少含有上下一组微槽，所述上下微槽结构相同，宽度为0.2-1mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811171018.2A CN109261036B (zh) | 2018-10-09 | 2018-10-09 | 一种用于高粘流体混合的微结构混合器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811171018.2A CN109261036B (zh) | 2018-10-09 | 2018-10-09 | 一种用于高粘流体混合的微结构混合器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109261036A CN109261036A (zh) | 2019-01-25 |
| CN109261036B true CN109261036B (zh) | 2020-07-07 |
Family
ID=65195108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811171018.2A Active CN109261036B (zh) | 2018-10-09 | 2018-10-09 | 一种用于高粘流体混合的微结构混合器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109261036B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110201589B (zh) * | 2019-05-10 | 2020-09-11 | 清华大学 | 一种在高粘流体内分散液滴或气泡的微混合器 |
| CN112206668B (zh) * | 2019-07-12 | 2023-01-06 | 欧特捷实业股份有限公司 | 流体混合机构 |
| WO2022056814A1 (zh) * | 2020-09-18 | 2022-03-24 | 清华大学 | 用于高粘流体或气液两相流体混合的微混合器 |
| CN113041941A (zh) * | 2021-04-06 | 2021-06-29 | 清华大学 | 一种列管式高压微分散混合器 |
| CN115608299B (zh) * | 2022-10-24 | 2024-04-12 | 贵州大学 | 一种制备纳米碳酸钙的微反应设备及使用方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1993174A (zh) * | 2003-12-18 | 2007-07-04 | 维罗西股份有限公司 | 微通道中的原位混合 |
| CN101224405A (zh) * | 2007-10-18 | 2008-07-23 | 清华大学 | 一种带有微筛孔结构的反应器或混合器 |
| CN103752244A (zh) * | 2014-01-08 | 2014-04-30 | 清华大学 | 一种用于实施氯气与溴碘离子溶液反应的微结构反应器 |
-
2018
- 2018-10-09 CN CN201811171018.2A patent/CN109261036B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1993174A (zh) * | 2003-12-18 | 2007-07-04 | 维罗西股份有限公司 | 微通道中的原位混合 |
| CN101224405A (zh) * | 2007-10-18 | 2008-07-23 | 清华大学 | 一种带有微筛孔结构的反应器或混合器 |
| CN103752244A (zh) * | 2014-01-08 | 2014-04-30 | 清华大学 | 一种用于实施氯气与溴碘离子溶液反应的微结构反应器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109261036A (zh) | 2019-01-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109261036B (zh) | 一种用于高粘流体混合的微结构混合器 | |
| CN102794119B (zh) | 一种单分散乳液的制备方法 | |
| CN102974255B (zh) | 一种被动式螺旋微结构混合装置及应用 | |
| CN112206695B (zh) | 一种多层次结构微通道混合器及其流体混合方法 | |
| CN110201589B (zh) | 一种在高粘流体内分散液滴或气泡的微混合器 | |
| CN101224405B (zh) | 一种带有微筛孔结构的反应器或混合器 | |
| CN105664773B (zh) | 平面被动式微混合器 | |
| Fu et al. | Rapid vortex microfluidic mixer utilizing double-heart chamber | |
| CN110090607B (zh) | 一种微反应器 | |
| CN215463918U (zh) | 一种基于特斯拉阀结构的微混合器 | |
| KR101432729B1 (ko) | 원반형의 혼합부와 교차되는 혼합채널을 가진 미세혼합기 | |
| CN209646393U (zh) | 一种非同心圆o形通道微流体混合器 | |
| CN205055990U (zh) | 新型微反应器反应通道结构 | |
| CN102284262A (zh) | 一种微流控微球制备装置 | |
| CN104069757A (zh) | 一种双重微乳液快速制备装置 | |
| CN209934621U (zh) | 一种流体混合结构及微混合器和烷醇胺反应系统 | |
| CN101920183B (zh) | 一种微通道反应器 | |
| CN206381935U (zh) | 一种3d不对称分合结构被动式微混合器 | |
| CN109985543B (zh) | 一种纺锤形被动式微混合器 | |
| CN113198402B (zh) | 一种多级串联微反应器及流体混合方法 | |
| CN105214546B (zh) | 一种基于脉动流的震荡射流式微混合器 | |
| CN110124592B (zh) | 一种微反应器 | |
| CN108201848A (zh) | 一种3d不对称分合结构被动式微混合器 | |
| CN207237948U (zh) | 一种微反应通道、基板以及微反应器 | |
| CN107551967B (zh) | 用于微反应器的微通道装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |