CN110918019A - 一种在竖直方向上进行级联的微混合反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在竖直方向上进行级联的微混合反应器，包括混合反应层、温度控制层及连接流道；本发明采用是由一条第一蛇形流道构成的数片混合反应层；是由一条第二蛇形流道构成的数片温度控制层，采用连接流道将数层混合反应层的混合介质出口与混合介质进口依次串联连通；采用连接流道将数层温度控制层的温控介质出口与温控介质进口依次串联连通；将混合反应层与温度控制层的层与层之间依次交替设置构成的微混合反应器。本发明能够实现气体、液体、固体三相之间的混合反应，通过数片混合反应层在竖直方向上进行级联以延长混合通道及混合时间。本发明具有混合结构简单、面积小、操控简便、反应温度可控及混合效率高的优点。

Description

一种在竖直方向上进行级联的微混合反应器
技术领域
本发明涉及微流控芯片技术领域，将混合反应层1与温度控制层2的层与层之间依次交替设置的反应器，尤其是一种在竖直方向上进行级联的微混合反应器。
技术背景
自20世纪90年代中期，微流控芯片即芯片上的实验室开始发展，是由于其低消耗，高灵敏性，可移植性和环境友好型的特点，在合成、分析、检测、分离、治疗等方面中存在巨大优势，并被广泛应用于化学反应，材料制备，生物化学分析中，具有广泛的适用性和应用前景。其中，微混合反应器能够以极低的消耗实现气体、液体、固体三相之间的混合反应。微米级别的结构导致流体微团表面力与粘性力远大于惯性力，这对应着低雷诺数，相应地，流体流动为层流模式。因此混合过程主要依赖于分子扩散，对于较简单的混合结构，这需要相当长的混合时间和反应流道。存在的问题是，对于现有的微混合反应芯片，反应流道的增长将增加芯片的面积，导致产品外形尺寸无法与现有设备匹配。仅管三维混合结构的反应器混合效果较好，仍存在制备工艺复杂、重复性较低及不利于大规模制备的缺陷。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种在竖直方向上进行级联的微混合反应器。本发明采用是由一条第一蛇形流道构成的数片混合反应层；是由一条第二蛇形流道构成的数片温度控制层，采用连接流道将数层混合反应层的混合介质出口与混合介质进口依次串联连通；采用连接流道将数层温度控制层的温控介质出口与温控介质进口依次串联连通；将混合反应层与温度控制层的层与层之间依次交替设置构成的微混合反应器。本发明能够实现气体、液体、固体三相之间的混合反应，通过数片混合反应层在竖直方向上进行级联以延长混合通道及混合时间。本发明具有混合结构简单、面积小、操控简便、反应温度可控及混合效率高的优点。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种在竖直方向上进行级联的微混合反应器，其特点包括混合反应层、温度控制层及连接流道；
所述混合反应层是由一条第一蛇形流道构成的板状体，第一蛇形流道的一端设有混合介质进口、第一蛇形流道的另一端设有混合介质出口；
所述温度控制层是由一条第二蛇形流道构成的板状体，第二蛇形流道的一端设有温控介质进口、第二蛇形流道的另一端设有温控介质出口；
所述混合反应层为数层，温度控制层为数层，混合反应层与温度控制层的层与层之间依次交替设置；
所述连接流道将数层混合反应层的混合介质出口与混合介质进口依次串联连通；
所述连接流道将数层温度控制层的温控介质出口与温控介质进口依次串联连通。
所述混合反应层处于顶层的混合介质进口为一个口或数个口。
在实现气体、液体、固体三相之间的混合反应过程中，微米级别的结构导致流体微团表面力与粘性力远大于惯性力，这对应着低雷诺数，相应地，流体流动为层流模式。因此混合过程主要依赖于分子扩散，对于较简单的混合结构，这需要相当长的混合通道和混合时间，然而较长的混合反应通道意味着较大的芯片面积。本发明是由一条第一蛇形流道构成的混合反应层，并采用连接流道将数层混合反应层的混合介质出口与混合介质进口依次串联连通，构成延长的混合通道；通过将数层温度控制层与数层混合反应层按层与层之间依次交替设置的结构，使混合反应层包裹在稳定可控的温度场内，以可靠地控制反应温度。
本发明是由一条第一蛇形流道构成的数片混合反应层；是由一条第二蛇形流道构成的数片温度控制层，采用连接流道将数层混合反应层的混合介质出口与混合介质进口依次串联连通；采用连接流道将数层温度控制层的温控介质出口与温控介质进口依次串联连通；将混合反应层与温度控制层的层与层之间依次交替设置构成的微混合反应器。本发明能够实现气体、液体、固体三相之间的混合反应，通过数片混合反应层在竖直方向上进行级联以延长混合通道及混合时间。本发明具有混合结构简单、面积小、操控简便、反应温度可控及混合效率高的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明混合反应层的平面结构示意图；
图3为本发明温度控制层的平面结构示意图；
图4为本发明混合反应层设置两个混合介质进口的平面结构示意图；
图5为本发明的使用状态示意图。
具体实施方式
参阅图1、图2、图3，本发明包括混合反应层1、温度控制层2及连接流道3；所述混合反应层1是由一条第一蛇形流道11构成的板状体，第一蛇形流道11的一端设有混合介质进口12、第一蛇形流道11的另一端设有混合介质出口13；
所述温度控制层2是由一条第二蛇形流道21构成的板状体，第二蛇形流道21的一端设有温控介质进口22、第二蛇形流道21的另一端设有温控介质出口23；
所述混合反应层1为数层，温度控制层2为数层，混合反应层1与温度控制层2的层与层之间依次交替设置；
所述连接流道3将数层混合反应层1的混合介质出口13与混合介质进口12依次串联连通；
所述连接流道3将数层温度控制层2的温控介质出口23与温控介质进口22依次串联连通。
参阅图1、图4，所述混合反应层1处于顶层的混合介质进口12为一个口或数个口。
参阅图1、图5，本发明为用于化学反应、材料制备及生物化学分析的微混合反应器，本发明通过在混合反应层1的混合介质进口12加入待混合的介质，使得待混合的介质在数层混合反应层1的第一蛇形流道11内充分反应，最终，是由混合反应层1的混合介质出口13获取完成混合的介质。通过温度控制层2的温控介质出口23与温控介质进口22与热媒或冷媒供给装置连接，使冷媒或热媒供给装置在温度控制层2的温控介质进口22及温控介质出口23之间循环提供冷媒或热媒，实现对混合反应层1的温度控制。
参阅图1、图4，为便于多种介质输入，本发明将混合反应层1上处于顶层的混合介质进口12设为一个口或数个进口，便于多种介质分别控制及输入。
实施例
参阅图1、图5，本发明以典型的酸和碱的中和反应为例，将酸介质4与碱介质5分别从混合反应层1上处于顶层的两个混合介质进口12加入，是由于酸介质4与碱介质5在混合反应层1发生中和反应时会产生大量的热量，为此，将冷媒供给装置6与温度控制层2的温控介质出口23与温控介质进口22 连接，冷媒通过温度控制层2的第二蛇形流道21及时带走混合反应层1散出的热量，确保中和反应在可控的温度环境下进行，最终，在混合介质出口13获得混合反应物。
参阅图1、图5，本发明通过温度控制层2的温控介质出口23及温控介质进口22与热媒或冷媒供给装置6连接，以控制混合反应层1在反应过程中的环境温度，确保反应在可控的温度环境中完成。
参阅图1、图5，本发明能够实现气体、液体、固体三相之间的混合反应，通过数片混合反应层1在竖直方向上进行级联以延长混合通道及混合时间。
参阅图1、图5，本发明数层温度控制层2与数层混合反应层1按层与层之间依次交替设置的结构，能够在不增加芯片面积的前提下增加混合反应流道的长度以提高混合效率，减小芯片的面积，级联简单的混合反应流道有利于大规模制备。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，如增加竖直方向上的混合反应层和温控层的数量，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (2)

1.一种在竖直方向上进行级联的微混合反应器，其特征在于，它包括混合反应层（1）、温度控制层（2）及连接流道（3）；
所述混合反应层（1）是由一条第一蛇形流道（11）构成的板状体，第一蛇形流道（11）的一端设有混合介质进口（12）、第一蛇形流道（11）的另一端设有混合介质出口（13）；
所述温度控制层（2）是由一条第二蛇形流道（21）构成的板状体，第二蛇形流道（21）的一端设有温控介质进口（22）、第二蛇形流道（21）的另一端设有温控介质出口（23）；
所述混合反应层（1）为数层，温度控制层（2）为数层，混合反应层（1）与温度控制层（2）的层与层之间依次交替设置；
所述连接流道（3）将数层混合反应层（1）的混合介质出口（13）与混合介质进口（12）依次串联连通；
所述连接流道（3）将数层温度控制层（2）的温控介质出口（23）与温控介质进口（22）依次串联连通。
2.根据权利要求1所述的一种在竖直方向上进行级联的微混合反应器，其特征在于，所述混合反应层（1）处于顶层的混合介质进口（12）为一个口或数个口。
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