CN110893328A - 一种孔阵列微套管强化混合的高剪切混合器 - Google Patents

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李文鹏
张敏卿
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周鸣亮
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Abstract

本发明公开了一种孔阵列微套管强化混合的高剪切混合器，包括圆筒状外壳、转子、定子和主传动轴，在圆筒状外壳上设置有出料口，圆筒状外壳一端端壁的中心位置设置有第一进料管，第一进料管的顶端封闭设置，位于高剪切区处设置有出料孔阵列，与第一进料管同轴的、套在第一进料管外的第二进料管贯通所述端壁设置。本发明使环隙尺寸即使在微米尺寸时也具有高通量的特性，与管式进料相比，物料层厚度大大减小，减小了传质距离，提高了混合及分散性能。微孔阵列使分散相物料充分分散，提高了高剪切混合器的混合及分散性能。连续相物料与分散相物料经错流碰撞后直接进入高剪切定转子区域，充分利用了物料带入的动能与高剪切区域的能量。

Description

一种孔阵列微套管强化混合的高剪切混合器
技术领域
本发明属于反应设备技术领域，涉及一种孔阵列微套管强化混合的高剪切混合器，应用于快速化学反应。
背景技术
微混合器是一种新型的过程强化设备，由于其特征尺寸的微细化而具有比表面积大，传热和传质速率快，安全度、集成度、可控度高，放大效应小和能耗物耗低等优点，被广泛应用在各种快速混合、乳化、传质、传热及反应过程中。近十几年来，微化工技术的基础、应用研究及过程技术开发等各方面迅速发展，已成为过程强化领域的典型范例，并逐渐形成一门新的学科方向——微化学工程与技术。
高剪切混合器是另一种新型的过程强化设备。该反应器的核心结构是由高速旋转的转子和固定不动的定子组成的高速剪切头，由于定转子间剪切间隙狭窄(0.1-3.0mm)和定子齿转速高(10-50m/s)而具有超快的剪切速率(2-10×104s-1)和超高的局部能量耗散速率 (103-105m2/s3)，已被广泛应用于一些能量密集型过程，包括液-液乳化与传质，气-液传质，固-液溶解与悬浮液制，化学反应等过程。
中国专利CN201791525U公开了一种带有进料分布装置的高剪切反应器，将平板式分布器、槽盘式分布器或排管式分布器与高剪切相结合，实现物料的快速混合。中国专利CN101716486A公开了一种用于液-液快速混合与反应的撞击流高剪切反应器，将撞击流混合器与高剪切混合器相结合，物料首先通过撞击流进行充分预混后进入高剪切进一步充分混合。中国专利CN106492728A公开了一种用于快速分子级混合的高效反应器，其采用中空结构的转子将一股物料直接分布在定转子高湍动能耗散区域，实现物料的快速分子级混合。中国专利 CN105833822A公开了一种用于快速竞争反应的高剪切反应器，其通过在转子齿的内部设置径流式的叶轮，使从中心管进料的物料获得更大的动能且避免物料的返混，从而实现两股物料在毫秒级达到均匀混合。中国专利CN105854776A公开了一种用于快速竞争反应的高剪切反应器，其通过在高剪切转子齿内设置圆筒状分布器将两股物料直接分布在定转子高湍动能耗散区域，实现物料的快速分子级混合。
上述专利均通过对进料分布器进行优化，尽量充分利用物料带入的能量或将物料直接分布在高剪切的高湍动能耗散区域等方式强化高剪切混合器的混合性能。然而，未将两者充分结合起来，即充分利用物料带入的能量的同时将物料直接分布在高湍动能耗散区域。
发明内容
本发明目的是克服现有技术的不足，提供一种孔阵列微套管强化混合的高剪切混合器。
本发明的技术方案概述如下：
一种孔阵列微套管强化混合的高剪切混合器，包括圆筒状外壳7、转子3、定子5和主传动轴6，在圆筒状外壳上设置有出料口8，圆筒状外壳一端端壁11的中心位置设置有第一进料管1，第一进料管的顶端是封闭设置，第一进料管位于高剪切区处设置有出料孔阵列4，与第一进料管同轴的、套在第一进料管外的第二进料管2贯通所述端壁11设置。
第一进料管1与第二进料管2的环隙尺寸为0.1-10mm，较好的是环隙尺寸为0.1-1.0mm。
出料孔阵列4的孔的孔径为0.1-3.0mm，较好的孔径为0.1-1.0mm。
本发明的优点：
1.套管式结构使环隙尺寸即使在微米尺寸时也具有高通量的特性，完美地实现了微结构混合器与高剪切混合器的耦合。
2.套管式结构的环隙使连续相物料从环隙进入沿第一进料管圆周分布，与管式进料相比，物料层厚度大大减小，减小了传质距离，大大提高了混合及分散性能。
3.微孔阵列提供足够小和足够多的孔，使分散相物料充分分散，大大提高了高剪切混合器的混合及分散性能。
4.从环隙进入的连续相物料与从孔阵列进入的分散相物料经错流碰撞后直接进入高剪切定转子区域，充分利用了物料带入的动能与高剪切区域的能量。
附图说明
图1为一种孔阵列微套管强化混合的高剪切混合器示意图。
图2为孔阵列分布示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。
一种孔阵列微套管强化混合的高剪切混合器(见图1)，包括圆筒状外壳7、转子3、定子5和主传动轴6，在圆筒状外壳上设置有出料口8，圆筒状外壳一端端壁11的中心位置设置有第一进料管1，第一进料管的顶端是封闭设置，第一进料管位于高剪切区处设置有出料孔阵列4(见图2)，与第一进料管同轴的、套在第一进料管外的第二进料管2贯通所述端壁11设置。
第一进料管1与第二进料管2的环隙尺寸为0.1-10mm，例如：0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、2.0mm、3.0mm、4.0mm、5.0mm、6.0mm、7.0mm、8.0mm、9.0mm、10mm。较好的是环隙尺寸为0.1-1.0mm，例如：0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm。
出料孔阵列4的孔的孔径为0.1-3.0mm，例如：0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm、2.0mm、3.0mm。较好的孔径为0.1-1.0mm。例如： 0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm。

Claims (5)

1.一种孔阵列微套管强化混合的高剪切混合器，包括圆筒状外壳(7)、转子(3)、定子(5)和主传动轴(6)，在圆筒状外壳上设置有出料口(8)，圆筒状外壳一端端壁(11)的中心位置设置有第一进料管(1)，其特征是第一进料管的顶端是封闭设置，第一进料管位于高剪切区处设置有出料孔阵列(4)，与第一进料管同轴的、套在第一进料管外的第二进料管(2)贯通所述端壁(11)设置。
2.根据权利要求1所述一种孔阵列微套管强化混合的高剪切混合器，其特征是所述第一进料管(1)与第二进料管(2)的环隙尺寸为0.1-10mm。
3.根据权利要求2所述一种孔阵列微套管强化混合的高剪切混合器，其特征是所述环隙尺寸为0.1-1.0mm。
4.根据权利要求1所述一种孔阵列微套管强化混合的高剪切混合器，其特征是所述出料孔阵列(4)的孔的孔径为0.1-3.0mm。
5.根据权利要求4所述一种孔阵列微套管强化混合的高剪切混合器，其特征是所述孔径为0.1-1.0mm。
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WO2021034252A1 (en) * 2019-08-16 2021-02-25 Sanso Mixing Ab Outflow unit for mixer

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