CN109758786B - 一种形成稳定环状流的微通道装置 - Google Patents

Abstract

本发明所述形成稳定环状流的微通道装置，包括底座、第一分流引导夹具、第二分流引导夹具、第一内管、第二内管、外管、线状中心插件、第一支架、导轨和第二支架，当线状中心插件用亲油材料制作时，外管用亲水材料制作，当线状中心插件用亲水材料制作时，外管用亲油材料制作。实验表明，使用本发明所述微通道装置，液液两相流体在较宽的流量及流量比范围内形成稳定的环状流，在流出微通道时可即时分相，若选择外形轮廓规则变化的线状中心插件，可形成规律变形的稳定环状流，在流体内部产生二次循环流，有效强化传质过程。

Description

一种形成稳定环状流的微通道装置

技术领域

本发明属于微化工设备领域，特别涉及一种能形成稳定环状流的微通道装置。

背景技术

微通道装置在液液萃取上应用广泛，关于微通道内液液两相流型的研究备受关注，因为流型会显著影响传质速率和出口流体的分相。微通道内两相流体的研究表明，在微通道内液液两相流体可形成弹状流、滴状流、并行流和环状流等一系列流型。环状流与其它流型相比，其形成时两相流体的流量比范围更大，因而适用范围更广，但现有微通道装置形成的环状流两相界面并不稳定，存在随机波动现象，且波动幅度随着流体流速的增加而增大，导致两相流体流出微通道时不能即时分相；在两相流量比超过一定值时，内环相会被剪切成分散液滴，两相流体不再呈双连续相流动，影响两相分离。

此外，常见的微通道装置往往不能承受较高压力，处理的物料流量较小，而且容易受腐蚀而损坏。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种形成稳定环状流的微通道装置，以使液液两相流体能以稳定环状流的流型在微通道内流动，在流出微通道时能即时分相以及拓宽形成环状流的两相流量和流量比范围，并提高装置的耐压、耐腐蚀性。

本发明所述形成稳定环状流的微通道装置，包括底座、第一分流引导夹具、第二分流引导夹具、第一内管、第二内管、外管、线状中心插件、第一支架、导轨和第二支架，当线状中心插件用亲油材料制作时，外管用亲水材料制作，当线状中心插件用亲水材料制作时，外管用亲油材料制作；所述第一分流引导夹具主要由第一外壳、第一前端盖、第一后端盖、第一限位片、第一分流固位块和第一橡胶密封塞组合而成；第一外壳侧面设置有第一进液口和第二进液口，两进液口之间相隔一间距，第一外壳两环状端面上设置有螺孔；第一分流固位块用耐腐蚀的弹性高分子材料制作，外部形状和尺寸与第一外壳内孔的形状和尺寸相匹配，第一分流固位块的中心部位依次设置有线状中心插件第一过孔、第一内环流体储槽、内管第一固位孔、第一外环流体储槽、外管第一固位孔，所述线状中心插件第一过孔、第一内环流体储槽、内管第一固位孔、第一外环流体储槽和外管第一固位孔的中心线均与第一分流固位块的中心线重合，所述第一内环流体储槽与所述第二进液口相对应，且第一内环流体储槽与第一分流固位块侧面之间设置有用于连通第二进液口与第一内环流体储槽的第二进液孔，所述第一外环流体储槽与第一进液口相对应，且第一外环流体储槽与第一分流固位块侧面之间设置有用于连通第一进液口与第一外环流体储槽的第一进液孔；第一前端盖中心部位设置有线状中心插件过孔、周边设置有螺钉过孔，第一后端盖中心部位设置有外管过孔、周边设置有螺钉过孔，第一限位片中心部位设置有与第一橡胶密封塞组合的中心孔；第一分流固位块安装在第一外壳的内孔中，安装时应使所述第二进液孔与第一外壳侧面的第二进液口衔接，所述第一进液孔与第一外壳侧面的第一进液口衔接；第一限位片安装在第一外壳的内孔中且与第一分流固位块设置线状中心插件第一过孔端的端面相贴，第一橡胶密封塞安装在第一限位片的中心孔内，第一前端盖与第一外壳内孔装有第一限位片的一端通过螺钉固连，第一后端盖与第一外壳的另一端通过螺钉固连；所述第二分流引导夹具主要由第二外壳、第二前端盖、第二后端盖、第二限位片、第二分流固位块和第二橡胶密封塞组合而成；第二外壳侧面设置有第一出液口和第二出液口，两出液口之间相隔一间距，第二外壳两环状端面上设置有螺孔；第二分流固位块用耐腐蚀的弹性高分子材料制作，外部形状和尺寸与第二外壳内孔的形状和尺寸相匹配，第二分流固位块的中心部位依次设置有线状中心插件第二过孔、第二内环流体储槽、内管第二固位孔、第二外环流体储槽、外管第二固位孔，所述线状中心插件第二过孔、第二内环流体储槽、内管第二固位孔、第二外环流体储槽和外管第二固位孔的中心线均与第二分流固位块的中心线重合，所述第二内环流体储槽与所述第二出液口相对应，且第二内环流体储槽与第二分流固位块侧面之间设置有用于连通第二出液口与第二内环流体储槽的第二出液孔，所述第二外环流体储槽与第一出液口相对应，且第二外环流体储槽与第二分流固位块侧面之间设置有用于连通第一出液口与第二外环流体储槽的第一出液孔；第二前端盖中心部位设置有线状中心插件过孔、周边设置有螺钉过孔，第二后端盖中心部位设置有外管过孔、周边设置有螺钉过孔，第二限位片中心部位设置有与第二橡胶密封塞组合的中心孔；第二分流固位块安装在第二外壳的内孔中，安装时应使所述第二出液孔与第二外壳侧面的第二出液口衔接，所述第一出液孔与第二外壳侧面的第一出液口衔接；第二限位片安装在第二外壳的内孔中且与第二分流固位块设置线状中心插件第二过孔端的端面相贴，第二橡胶密封塞安装在第二限位片的中心孔内，第二前端盖与第二外壳内孔装有第二限位片的一端通过螺钉固连，第二后端盖与第二外壳的另一端通过螺钉固连；上述构件或部件的组合方式：所述第二支架为两件，分别安装在底座上并位于底座的两端，所述导轨为两根，相隔一间距相互平行地安装在第二支架上，所述第一支架为两件，分别安装在底座的两端并位于第二支架的外侧；所述第一分流引导夹具、第二分流引导夹具放置在导轨上，放置时应使第一分流引导夹具的第一前端盖、第二分流引导夹具的第二前端盖分别朝向底座的两端，且第一分流引导夹具的中心线与第二分流引导夹具的中心线重合；第一内管的一端插入第一分流引导夹具中的第一分流固位块设置的内管第一固位孔，通过该孔固定并与所述第一内环流体储槽衔接，其另一端伸出第一分流引导夹具，第二内管的一端插入第二分流引导夹具中的第二分流固位块设置的内管第二固位孔，通过该孔固定并与所述第二内环流体储槽衔接，其另一端伸出第二分流引导夹具；外管的一端与第一内管套装并插入第一分流引导夹具中的第一分流固位块设置的外管第一固位孔，通过该孔固定且与所述第一外环流体储槽衔接，外管的另一端与第二内管套装并插入第二分流引导夹具中的第二分流固位块设置的外管第二固位孔，通过该孔固定且与所述第二外环流体储槽衔接；线状中心插件插装在所述第一内管、第二内管和外管中，其两端分别伸出第一分流引导夹具的第一前端盖、第二分流引导夹具的第二前端盖并分别固定在底座两端的第一支架上，固定时应使线状中心插件处于拉紧状态；线状中心插件及第一内管、第二内管和外管安装到位后，将第一分流引导夹具、第二分流引导夹具与底座可拆卸式固连。

上述形成稳定环状流的微通道装置，所述外管的内径不大于1.5mm，第一内管和第二内管的内径不大于0.8mm，第一内管外壁与外管内壁之间的间隙及第二内管外壁与外管内壁之间的间隙为0.1～0.4mm，外管的长度至少为50mm。

上述形成稳定环状流的微通道装置，所述线状中心插件为等直径圆形横截面线状体或外形轮廓规则变化的线状体。当线状中心插件为等直径圆形横截面线状体时，线状中心插件的线径不大于内管(包括第一内管、第二内管)内径的1/2；当线状中心插件为外形轮廓规则变化的线状体时，线状中心插件的径向最大尺寸不大于内管(包括第一内管、第二内管)内径的1/2。

上述形成稳定环状流的微通道装置，所述外形轮廓规则变化的线状体为麻花状、螺旋状、珠串状、挡板状或扭绳状线状体。

上述形成稳定环状流的微通道装置，所述线状中心插件的一端或两端连接有弹簧，以便在固定线状中心插件时，易于使其处于拉紧状态。

上述形成稳定环状流的微通道装置，所述第一外壳、第一前端盖、第一后端盖、第一限位片、第二外壳、第二前端盖、第二后端盖和第二限位片优选用中碳钢或不锈钢制作；制作线状中心插件的亲油材料优选聚乙烯、聚丙烯或尼龙，亲水材料优选低碳钢、中碳钢、不锈钢或钛；制作外管的亲油材料优选聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或尼龙，亲水材料优选石英玻璃、不锈钢或钛。

上述形成稳定环状流的微通道装置，所述制作第一分流固位块和第二分流固位块的耐腐蚀的弹性高分子材料优选聚四氟乙烯或聚甲醛。

上述形成稳定环状流的微通道装置，所述第一分流固位块和第二分流固位块可以是一个模块，也可以由两个或两个以上的模块组成，从兼顾内部通道清洗和便于组合的角度考虑，优选由三个模块组成。即：第一分流固位块由第一模块、第二模块和第三模块组成；第一模块的中心部位依次设置有线状中心插件第一过孔、第一内环流体储槽、内管第一固位孔，第一内环流体储槽与第一模块侧面之间设置有用于连通第二进液口与第一内环流体储槽的第二进液孔；第二模块中心部位依次设置有内管第一固位孔、第一外环流体储槽、外管第一固位孔，第一外环流体储槽与第二模块侧面之间设置有用于连通第一进液口与第一外环流体储槽的第一进液孔；第三模块的中心部位设置有外管第一固位孔。第二分流固位块由第四模块、第五模块和第六模块组成；第四模块的中心部位依次设置有线状中心插件第二过孔、第二内环流体储槽、内管第二固位孔，第二内环流体储槽与第四模块侧面之间设置有用于连通第二出液口与第二内环流体储槽的第二出液孔；第五模块中心部位依次设置有内管第二固位孔、第二外环流体储槽、外管第二固位孔，第二外环流体储槽与第五模块侧面之间设置有用于连通第一出液口与第二外环流体储槽的第一出液孔；第六模块的中心部位设置有外管第二固位孔。

上述形成稳定环状流的微通道装置，适用于液液萃取或液液反应。形成外环的流体可以是水相，也可以是有机相；当形成外环的流体为水相、形成内环的流体为有机相时，线状中心插件用亲油材料制作，外管用亲水材料制作；当形成外环的流体为有机相、形成内环的流体为水相时，线状中心插件用亲水材料制作，外管用亲油材料制作。操作时控制形成内环的流体的流量为0.8～20mL/min，形成内环的流体与形成外环的流体的流量比为1:(0.2～20)，即可在微通道中形成稳定的环状流。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明所述微通道装置由于设置了一根线状中心插件，且线状中心插件用亲油材料制作时，外管用亲水材料制作，线状中心插件用亲水材料制作时，外管用亲油材料制作，因而可使液液两相流体在较宽的流量及流量比范围内能形成稳定的环状流，拓宽了形成环状流的两相流量及流量比范围。

2、由于本发明所述微通道装置可使液液两相流体在微通道内形成稳定的环状流，因而两相流体在流出微通道时可即时分相(见实施例)。

3、由于线状中心插件为等直径圆形横截面线状体或外形轮廓规则变化的线状体，因而变换线状中心插件，可形成不同形状的环状流，若使用外形轮廓规则变化的线状中心插件，可形成规律变形的稳定环状流，在流体内部产生二次循环流，有效强化传质过程，增强传质速率(见实施例)。

4、由于第一分流固位块和第二分流固位块用耐腐蚀的弹性高分子材料制作，因而本发明所述微通道装置的耐腐蚀性强，可提高使用寿命。

5、由于第一外壳、第一前端盖、第一后端盖、第一限位片、第二外壳、第二前端盖、第二后端盖和第二限位片优选用中碳钢或不锈钢制作，因而本发明所述微通道装置的耐压性提高，处理的物料流量增大。

6、本发明所述微通道装置，其构件与部件的结构便于拆卸与组合，因而便于更换构件，便于清洗内部通道，保证装置正常运行。

附图说明

图1为本发明所述形成稳定环状流的微通道装置的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的侧视图；

图4为图1的A-A剖视图，描述了第一分流引导夹具的结构；

图5为图1的B-B剖视图，描述了第二分流引导夹具的结构；

图6为麻花状线状中心插件的示意图；

图7为扭绳状线状中心插件的示意图；

图8为珠串状线状中心插件的示意图；

图9为挡板状线状中心插件的示意图；

图10为螺旋状线状中心插件的示意图；

图11为等直径圆形横截面线状中心插件的示意图；

图12为实施例2中微通道内两相流体的流型图片；

图13为实施例6中微通道内两相流体的流型图片。

图中，1—线状中心插件，2—第一进液口，3—第一分流引导夹具，3-1—第一紧固螺钉，3-2—第一前端盖，3-3—第一限位片，3-4—第一橡胶密封塞，3-5—第一模块，3-6—第一外壳，3-7—第三模块，3-8—第二模块，3-9—第一后端盖，3-10—第一内环流体储槽，3-11—第一外环流体储槽，3-12—第一进液孔，3-13—第二进液孔，4-1—第一内管，4-2—第二内管，5—外管，6—第二分流引导夹具、6-1—第二紧固螺钉，6-2—第二前端盖、6-3—第二限位片，6-4—第二橡胶密封塞，6-5—第四模块，6-6—第二外壳，6-7—第六模块，6-8—第五模块，6-9—第二后端盖，6-10—第二内环流体储槽，6-11—第二外环流体储槽，6-12—第一出液孔，6-13—第二出液孔，7—第一出液口，8—弹簧，9—第一支架，10—第二支架，11—底座，12—固位螺栓，13—导轨，14—第二进液口，15—第二出液口、16—水相流体、17—有机相流体。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明所述形成稳定环状流的微通道装置及其使用作进一步说明。显然，所描述实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

下述实施例中，微通道内两相流体的流型图片使用数码相机连接倒置光学显微镜从外管的下方拍摄。

下述实施例、对比例中，萃取率的计算公式为：

实施例1

本实施例中的形成稳定环状流的微通道装置如图1、图2、图3所示，由底座11、第一分流引导夹具3、第二分流引导夹具6、第一内管4-1、第二内管4-2、外管5、线状中心插件1、弹簧8、第一支架9、导轨13、第二支架10和固位螺栓12组成。

所述外管5为石英玻璃管，外径为3.0mm、内径为1.5mm、长度为150mm，第一内管4-1和第二内管4-2为316L不锈钢管，外径均为0.7mm、内径均为0.5mm，第一内管外壁与外管内壁之间的间隙及第二内管外壁与外管内壁之间的间隙均为0.4mm，线状中心插件1为图11所示的等直径圆形横截面尼龙线，线径为0.2mm。

所述第一分流引导夹具3如图4所示，由第一外壳3-6、第一前端盖3-2、第一后端盖3-9、第一紧固螺钉3-1、第一限位片3-3、第一分流固位块和第一橡胶密封塞3-4组合而成；第一外壳3-6为圆筒体，用316L不锈钢制作，它的侧面设置有第一进液口2和第二进液口14，两进液口之间相隔一间距，它的两环状端面上设置有与第一紧固螺钉匹配的螺孔；第一分流固位块由第一模块3-5、第二模块3-8和第三模块3-7组成，各模块均用聚四氟乙烯制作，各模块均为圆台形，它们组合后的外部形状和尺寸与第一外壳内孔的形状和尺寸相匹配，第一模块3-5的中心部位依次设置有线状中心插件第一过孔、第一内环流体储槽3-10、内管第一固位孔，第一内环流体储槽与第一模块侧面之间设置有用于连通第二进液口14与第一内环流体储槽的第二进液孔3-13，第二模块3-8中心部位依次设置有内管第一固位孔、第一外环流体储槽3-11、外管第一固位孔，第一外环流体储槽3-11与第二模块侧面之间设置有用于连通第一进液口2与第一外环流体储槽的第一进液孔3-12，第三模块3-7的中心部位设置有外管第一固位孔；第一前端盖3-2中心部位设置有线状中心插件过孔、周边设置有螺钉过孔，第一后端盖3-9中心部位设置有外管过孔、周边设置有螺钉过孔，第一限位片3-3中心部位设置有与第一橡胶密封塞组合的中心孔，第一前端盖3-2、第一后端盖3-9和第一限位片3-3均用316L不锈钢制作；上述构件的组合方式：第一模块3-5、第二模块3-8和第三模块3-7按图4所示安装在第一外壳3-6的内孔中，安装时应使第一模块3-5上的第二进液孔3-13与第一外壳侧面的第二进液口14衔接，第二模块3-8上的第一进液孔3-12与第一外壳侧面的第一进液口2衔接；第一限位片3-3安装在第一外壳3-6的内孔中且与第一模块3-5设置线状中心插件第一过孔端的端面相贴，第一橡胶密封塞3-4安装在第一限位片3-3的中心孔内，第一前端盖3-2与第一外壳3-6内孔装有第一限位片3-3的一端组合，通过第一紧固螺钉3-1固连，第一后端盖3-9与第一外壳3-6的另一端组合，通过第一紧固螺钉3-1固连。

所述第二分流引导夹具6如图5所示，由第二外壳6-6、第二前端盖6-2、第二后端盖6-9、第二紧固螺钉6-1、第二限位片6-3、第二分流固位块和第二橡胶密封塞6-4组合而成；第二外壳6-6为圆筒体，用316L不锈钢制作，它的侧面设置有第一出液口7和第二出液口15，两出液口之间相隔一间距，它的两环状端面上设置有与第二紧固螺钉匹配的螺孔；第二分流固位块由第四模块6-5、第五模块6-8和第六模块6-7组成，各模块均用聚四氟乙烯制作，各模块均为圆台形，它们组合后的外部形状和尺寸与第二外壳内孔的形状和尺寸相匹配，第四模块6-5的中心部位依次设置有线状中心插件第二过孔、第二内环流体储槽6-10、内管第二固位孔，第二内环流体储槽与第四模块侧面之间设置有用于连通第二出液口15与第二内环流体储槽的第二出液孔6-13，第五模块6-8中心部位依次设置有内管第二固位孔、第二外环流体储槽6-11、外管第二固位孔，第二外环流体储槽6-11与第五模块侧面之间设置有用于连通第一出液口7与第二外环流体储槽的第一出液孔6-12，第六模块6-7的中心部位设置有外管第二固位孔；第二前端盖6-2中心部位设置有线状中心插件过孔、周边设置有螺钉过孔，第二后端盖6-9中心部位设置有外管过孔、周边设置有螺钉过孔，第二限位片6-3中心部位设置有与第二橡胶密封塞组合的中心孔，第二前端盖6-2、第二后端盖6-9和第二限位片6-3均用316L不锈钢制作；上述构件的组合方式：第四模块6-5、第五模块6-8和第六模块6-7按图5所示安装在第二外壳6-6的内孔中，安装时应使第四模块6-5上的第二出液孔6-13与第二外壳侧面的第二出液口15衔接，第五模块6-8上的第一出液孔6-12与第二外壳侧面的第一出液口7衔接；第二限位片6-3安装在第二外壳6-6的内孔中且与第四模块6-5设置线状中心插件第一过孔端的端面相贴，第二橡胶密封塞6-4安装在第二限位片6-3的中心孔内，第二前端盖6-2与第二外壳6-6内孔装有第二限位片6-3的一端组合，通过第二紧固螺钉6-1固连，第二后端盖6-9与第二外壳6-6的另一端组合，通过第二紧固螺钉6-1固连。

如图1、图2、图3所示，所述第二支架10为长方形板体，数量为两件，分别安装在底座11上并位于底座的两端，所述导轨13为圆柱形，数量为两根，相隔一间距相互平行地安装在第二支架10上，所述第一支架9杆状体，数量为两件，分别安装在底座11的两端并位于第二支架10的外侧；所述第一分流引导夹具3、第二分流引导夹具6放置在导轨13上，放置时应使第一分流引导夹具3的第一前端盖3-2、第二分流引导夹具6的第二前端盖6-2分别朝向底座11的两端，且第一分流引导夹具3的中心线与第二分流引导夹具6的中心线重合；如图4、图5所示，第一内管4-1的一端插入第一分流引导夹具中的第一分流固位块设置的内管第一固位孔通过该孔固定并与所述第一内环流体储槽3-10衔接，其另一端伸出第一分流引导夹具，第二内管4-2的一端插入第二分流引导夹具中的第二分流固位块设置的内管第二固位孔通过该孔固定并与所述第二内环流体储槽6-10衔接，其另一端伸出第二分流引导夹具；外管5的一端与第一内管4-1套装并插入第一分流引导夹具中的第一分流固位块设置的外管第一固位孔通过该孔固定且与所述第一外环流体储槽3-11衔接，外管5的另一端与第二内管4-2套装并插入第二分流引导夹具中的第二分流固位块设置的外管第二固位孔通过该孔固定且与所述第二外环流体储槽6-11衔接；线状中心插件1插入第一内管4-1、第二内管4-2和外管5中，其两端分别伸出第一分流引导夹具的第一前端盖3-2、第二分流引导夹具的第二前端盖6-2，从第一前端盖3-2伸出的线状中心插件端部固定在位于底座左端的第一支架9上，从第二前端盖6-2伸出的线状中心插件端部连接有弹簧8，通过弹簧固定在位于底座右端的第一支架9上，固定时应使线状中心插件处于拉紧状态；线状中心插件及第一内管、第二内管和外管安装到位后，将第一分流引导夹具3、第二分流引导夹具6与底座通过固位螺栓12可拆卸式固连。

实施例2

本实施例以去离子水为水相、以染上苏丹红Ⅲ的甲苯为有机相，对实施例1所述形成稳定环状流的微通道装置进行验证。

本实施例在室温25℃下实施，通过注射泵及注射泵上安装的注射器将形成外环的水相以10mL/min的流量经第一进液口2、第一进液孔3-12、第一外环流体储槽3-11、外管5左端输入微通道，待形成外环的流体充满微通道后，再将形成内环的有机相以2mL/min的流量经第二进液口14、第二进液孔3-13、第一内环流体储槽3-10、第一内管4-1输入微通道，在微通道内，有机相流体17环绕线状中心插件1并紧贴线状中心插件流动，水相流体16环绕有机相17并在与有机相流体17和外管5内壁接触的状态下流动，且水相流体与有机相流体接触的界面平直、稳定、清晰，即两种流体在微通道内以稳定的环状流流型流动(见图12)；形成外环的水相流体16经外管右端进入第二外环流体储槽6-11，再经第一出液孔6-12、第一出液口7流出微通道装置，形成内环的有机相流体17经第二内管4-2进入第二内环流体储槽6-10，再经第二出液孔6-13、第二出液口15流出微通道装置。

实施例3

本实施例中的形成稳定环状流的微通道装置与实施例1相同，如图1、图2、图3所示，由底座11、第一分流引导夹具3、第二分流引导夹具6、第一内管4-1、第二内管4-2、外管5、线状中心插件1、弹簧8、第一支架9、导轨13、第二支架10和固位螺栓12组成。所述第一分流引导夹具3如图4所示，所述第二分流引导夹具6如图5所示，与实施例1相同。

与实施例1不同之处是：所述外管5的外径为3.0mm、内径为0.9mm、长度为150mm，内管外壁与外管内壁之间的间隙为0.1mm。

实施例4

本实施例使用实施例3所述形成稳定环状流的微通道装置，在室温25℃下实施，以磷酸-氯化钙水溶液(磷酸质量分数为10.77％；氯化钙质量分数为24.81％，密度为1.35g/cm³)为水相，以萃取剂磷酸三丁酯(TBP)为有机相。

通过注射泵及注射泵上安装的注射器将形成外环的水相以3mL/min的流量经第一进液口2、第一进液孔3-12、第一外环流体储槽3-11、外管5左端输入微通道，待形成外环的流体充满微通道后，再将形成内环的有机相以3mL/min的流量经第二进液口14、第二进液孔3-13、第一内环流体储槽3-10、第一内管4-1输入微通道，在微通道内，有机相流体17环绕线状中心插件1并紧贴线状中心插件流动，水相流体16环绕有机相流体17并在与有机相流体17和外管5内壁接触的状态下流动，且水相流体与有机相流体接触的界面稳定清晰，即两种流体在微通道内以稳定的环状流流型流动(与图12所示流型类似)；两相传质完成后，形成外环的水相流体16经外管右端进入第二外环流体储槽6-11，再经第一出液孔6-12、第一出液口7流出微通道装置，形成内环的有机相流体17经第二内管4-2进入第二内环流体储槽6-10，再经第二出液孔6-13、第二出液口15流出微通道装置。

定时收集萃取有机相，测量收集时间段所收集到的萃取有机相的质量，计算萃取有机相质量流量为3.34g/min；测量所收集的萃取有机相中的磷酸质量分数为6.65％。根据萃取率的计算公式计算，得到此实施例的磷酸萃取率为50.92％。

实施例5

本实施例中的形成稳定环状流的微通道装置与实施例1相同，如图1、图2、图3所示，由底座11、第一分流引导夹具3、第二分流引导夹具6、第一内管4-1、第二内管4-2、外管5、线状中心插件1、弹簧8、第一支架9、导轨13、第二支架10和固位螺栓12组成。所述第一分流引导夹具3如图4所示，所述第二分流引导夹具6如图5所示，与实施例1相同。

与实施例1不同之处是：所述外管5的外径为3.0mm、内径为0.9mm、长度为150mm，内管外壁与外管内壁之间的间隙为0.1mm；线状中心插件1为图6所示的麻花状线状体，其径向最大尺寸直径为0.2mm。

实施例6

本实施例在室温25℃下实施，以磷酸-氯化钙水溶液(磷酸质量分数为10.77％；氯化钙质量分数为24.81％，密度为1.35g/cm³)为水相，以萃取剂磷酸三丁酯(TBP)为有机相。通过注射泵及注射泵上安装的注射器将形成外环的水相以3mL/min的流量经第一进液口2、第一进液孔3-12、第一外环流体储槽3-11、外管5左端输入微通道，待形成外环的流体充满微通道后，再将形成内环的有机相以3mL/min的流量经第二进液口14、第二进液孔3-13、第一内环流体储槽3-10、第一内管4-1输入微通道，在微通道内，有机相流体17贴附于麻花状线状中心插件沿水平方向流动，水相流体16环绕有机相流体17并在与有机相流体17和外管5内壁接触的状态下形成规律变形的稳定环状流(见图13)；两相传质完成后，形成外环的水相流体16经外管右端进入第二外环流体储槽6-11，再经第一出液孔6-12、第一出液口7流出微通道装置，形成内环的有机相流体17经第二内管4-2进入第二内环流体储槽6-10，再经第二出液孔6-13、第二出液口15流出微通道装置。

定时收集萃取有机相，测量收集时间段所收集到的萃取有机相的质量，计算萃取有机相质量流量为3.36g/min；测量所收集的萃取有机相中的磷酸质量分数为7.08％。根据萃取率的计算公式计算，得到此实施例的磷酸萃取率为54.54％。

Claims (10)

1.一种形成稳定环状流的微通道装置，其特征在于包括底座(11)、第一分流引导夹具(3)、第二分流引导夹具(6)、第一内管(4-1)、第二内管(4-2)、外管(5)、线状中心插件(1)、第一支架(9)、导轨(13)和第二支架(10)，当线状中心插件(1)用亲油材料制作时，外管(5)用亲水材料制作，当线状中心插件(1)用亲水材料制作时，外管(5)用亲油材料制作；

所述第一分流引导夹具(3)主要由第一外壳(3-6)、第一前端盖(3-2)、第一后端盖(3-9)、第一限位片(3-3)、第一分流固位块和第一橡胶密封塞(3-4)组合而成；第一外壳(3-6)侧面设置有第一进液口(2)和第二进液口(14)，两进液口之间相隔一间距，第一外壳两环状端面上设置有螺孔；第一分流固位块用耐腐蚀的弹性高分子材料制作，外部形状和尺寸与第一外壳内孔的形状和尺寸相匹配，第一分流固位块的中心部位依次设置有线状中心插件第一过孔、第一内环流体储槽(3-10)、内管第一固位孔、第一外环流体储槽(3-11)、外管第一固位孔，所述线状中心插件第一过孔、第一内环流体储槽(3-10)、内管第一固位孔、第一外环流体储槽(3-11)和外管第一固位孔的中心线均与第一分流固位块的中心线重合，所述第一内环流体储槽(3-10)与所述第二进液口(14)相对应，且第一内环流体储槽与第一分流固位块侧面之间设置有用于连通第二进液口(14)与第一内环流体储槽的第二进液孔(3-13)，所述第一外环流体储槽(3-11)与第一进液口(2)相对应，且第一外环流体储槽与第一分流固位块侧面之间设置有用于连通第一进液口(2)与第一外环流体储槽的第一进液孔(3-12)；第一前端盖(3-2)中心部位设置有线状中心插件过孔、周边设置有螺钉过孔，第一后端盖(3-9)中心部位设置有外管过孔、周边设置有螺钉过孔，第一限位片(3-3)中心部位设置有与第一橡胶密封塞组合的中心孔；第一分流固位块安装在第一外壳(3-6)的内孔中，安装时应使所述第二进液孔(3-13)与第一外壳侧面的第二进液口(14)衔接，所述第一进液孔(3-12)与第一外壳侧面的第一进液口(2)衔接；第一限位片(3-3)安装在第一外壳(3-6)的内孔中且与第一分流固位块设置线状中心插件第一过孔端的端面相贴，第一橡胶密封塞(3-4)安装在第一限位片(3-3)的中心孔内，第一前端盖(3-2)与第一外壳(3-6)内孔装有第一限位片(3-3)的一端通过螺钉固连，第一后端盖(3-9)与第一外壳(3-6)的另一端通过螺钉固连；

所述第二分流引导夹具(6)主要由第二外壳(6-6)、第二前端盖(6-2)、第二后端盖(6-9)、第二限位片(6-3)、第二分流固位块和第二橡胶密封塞(6-4)组合而成；第二外壳(6-6)侧面设置有第一出液口(7)和第二出液口(15)，两出液口之间相隔一间距，第二外壳两环状端面上设置有螺孔；第二分流固位块用耐腐蚀的弹性高分子材料制作，外部形状和尺寸与第二外壳内孔的形状和尺寸相匹配，第二分流固位块的中心部位依次设置有线状中心插件第二过孔、第二内环流体储槽(6-10)、内管第二固位孔、第二外环流体储槽(6-11)、外管第二固位孔，所述线状中心插件第二过孔、第二内环流体储槽(6-10)、内管第二固位孔、第二外环流体储槽(6-11)和外管第二固位孔的中心线均与第二分流固位块的中心线重合，所述第二内环流体储槽(6-10)与所述第二出液口(15)相对应，且第二内环流体储槽与第二分流固位块侧面之间设置有用于连通第二出液口(15)与第二内环流体储槽的第二出液孔(6-13)，所述第二外环流体储槽(6-11)与第一出液口(7)相对应，且第二外环流体储槽与第二分流固位块侧面之间设置有用于连通第一出液口(7)与第二外环流体储槽的第一出液孔(6-12)；第二前端盖(6-2)中心部位设置有线状中心插件过孔、周边设置有螺钉过孔，第二后端盖(6-9)中心部位设置有外管过孔、周边设置有螺钉过孔，第二限位片(6-3)中心部位设置有与第二橡胶密封塞组合的中心孔；第二分流固位块安装在第二外壳(6-6)的内孔中，安装时应使所述第二出液孔(6-13)与第二外壳侧面的第二出液口(15)衔接，所述第一出液孔(6-12)与第二外壳侧面的第一出液口(7)衔接；第二限位片(6-3)安装在第二外壳(6-6)的内孔中且与第二分流固位块设置线状中心插件第二过孔端的端面相贴，第二橡胶密封塞(6-4)安装在第二限位片(6-3)的中心孔内，第二前端盖(6-2)与第二外壳(6-6)内孔装有第二限位片(6-3)的一端通过螺钉固连，第二后端盖(6-9)与第二外壳(6-6)的另一端通过螺钉固连；

所述第二支架(10)为两件，分别安装在底座(11)上并位于底座的两端，所述导轨(13)为两根，相隔一间距相互平行地安装在第二支架(10)上，所述第一支架(9)为两件，分别安装在底座(11)的两端并位于第二支架(10)的外侧；所述第一分流引导夹具(3)、第二分流引导夹具(6)放置在导轨(13)上，放置时应使第一分流引导夹具(3)的第一前端盖(3-2)、第二分流引导夹具(6)的第二前端盖(6-2)分别朝向底座(11)的两端，且第一分流引导夹具(3)的中心线与第二分流引导夹具(6)的中心线重合；第一内管(4-1)的一端插入第一分流引导夹具中的第一分流固位块设置的内管第一固位孔通过该孔固定并与所述第一内环流体储槽(3-10)衔接，其另一端伸出第一分流引导夹具，第二内管(4-2)的一端插入第二分流引导夹具中的第二分流固位块设置的内管第二固位孔通过该孔固定并与所述第二内环流体储槽(6-10)衔接，其另一端伸出第二分流引导夹具；外管(5)的一端与第一内管(4-1)套装并插入第一分流引导夹具中的第一分流固位块设置的外管第一固位孔通过该孔固定且与所述第一外环流体储槽(3-11)衔接，外管(5)的另一端与第二内管(4-2)套装并插入第二分流引导夹具中的第二分流固位块设置的外管第二固位孔通过该孔固定且与所述第二外环流体储槽(6-11)衔接；线状中心插件(1)插装在所述第一内管(4-1)、第二内管(4-2)和外管(5)中，其两端分别伸出第一分流引导夹具的第一前端盖(3-2)、第二分流引导夹具的第二前端盖(6-2)并分别固定在底端两端的第一支架(9)上，固定时应使线状中心插件处于拉紧状态；线状中心插件及第一内管、第二内管和外管安装到位后，将第一分流引导夹具(3)、第二分流引导夹具(6)与底座可拆卸式固连。

2.根据权利要求1所述形成稳定环状流的微通道装置，其特征在于所述外管内径不大于1.5mm，第一内管和第二内管的内径不大于0.8mm，第一内管外壁与外管内壁之间的间隙及第二内管外壁与外管内壁之间的间隙为0.1～0.4mm，外管的长度至少为50mm。

3.根据权利要求1或2所述形成稳定环状流的微通道装置，其特征在于所述线状中心插件(1)为等直径圆形横截面线状体或外形轮廓规则变化的线状体。

4.根据权利要求3所述形成稳定环状流的微通道装置，其特征在于所述线状中心插件(1)为等直径圆形横截面线状体时，线状中心插件的线径不大于内管内径的1/2；所述线状中心插件(1)为外形轮廓规则变化的线状体时，线状中心插件的径向最大尺寸不大于内管内径的1/2。

5.根据权利要求3所述形成稳定环状流的微通道装置，其特征在于所述外形轮廓规则变化的线状体为珠串状、挡板状或扭绳状线状体。

6.根据权利要求4所述形成稳定环状流的微通道装置，其特征在于所述外形轮廓规则变化的线状体为珠串状、挡板状或扭绳状线状体。

7.根据权利要求1或2所述形成稳定环状流的微通道装置，其特征在于所述线状中心插件(1)的一端或两端连接有弹簧(8)。

8.根据权利要求1或2所述形成稳定环状流的微通道装置，其特征在于所述第一外壳(3-6)、第一前端盖(3-2)、第一后端盖(3-9)、第一限位片(3-3)、第二外壳(6-6)、第二前端盖(6-2)、第二后端盖(6-9)和第二限位片(6-3)用中碳钢或不锈钢制作；制作线状中心插件的亲油材料为聚乙烯、聚丙烯或尼龙，亲水材料为低碳钢、中碳钢、不锈钢或钛；制作外管的亲油材料为聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或尼龙，亲水材料为石英玻璃、不锈钢或钛。

9.根据权利要求1或2所述形成稳定环状流的微通道装置，其特征在于制作第一分流固位块和第二分流固位块的耐腐蚀弹性高分子材料为聚四氟乙烯或聚甲醛。

10.根据权利要求1或2所述形成稳定环状流的微通道装置，其特征在于所述第一分流固位块由第一模块(3-5)、第二模块(3-8)和第三模块(3-7)组成；第一模块(3-5)的中心部位依次设置有线状中心插件第一过孔、第一内环流体储槽(3-10)、内管第一固位孔，第一内环流体储槽与第一模块侧面之间设置有用于连通第二进液口(14)与第一内环流体储槽的第二进液孔(3-13)；第二模块(3-8)中心部位依次设置有内管第一固位孔、第一外环流体储槽(3-11)、外管第一固位孔，第一外环流体储槽(3-11)与第二模块侧面之间设置有用于连通第一进液口(2)与第一外环流体储槽的第一进液孔(3-12)；第三模块(3-7)的中心部位设置有外管第一固位孔；

所述第二分流固位块由第四模块(6-5)、第五模块(6-8)和第六模块(6-7)组成；第四模块(6-5)的中心部位依次设置有线状中心插件第二过孔、第二内环流体储槽(6-10)、内管第二固位孔，第二内环流体储槽与第四模块侧面之间设置有用于连通第二出液口(15)与第二内环流体储槽的第二出液孔(6-13)；第五模块(6-8)中心部位依次设置有内管第二固位孔、第二外环流体储槽(6-11)、外管第二固位孔，第二外环流体储槽(6-11)与第五模块侧面之间设置有用于连通第一出液口(7)与第二外环流体储槽的第一出液孔(6-12)；第六模块(6-7)的中心部位设置有外管第二固位孔。

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