CN111001348A

CN111001348A - 一种多单元混合器

Info

Publication number: CN111001348A
Application number: CN201911178166.1A
Authority: CN
Inventors: 程亚; 李文博; 储蔚; 王鹏; 齐家
Original assignee: East China Normal University
Current assignee: East China Normal University
Priority date: 2019-11-27
Filing date: 2019-11-27
Publication date: 2020-04-14

Abstract

本发明公开了一种多单元混合器，本发明采用由一件三分流入口单元、数件依次串联的混合单元及一件出口单元依次沿轴线连接并与轴线对称设置的混合器，以解决在高通量时，快速高效的完成液体与液体、气体与液体或气体与气体的均匀混合，本发明用于对两种或多种流体进行高通量快速混合。本发明在较高的雷诺指数下，形成部分湍流混合，提高分子扩散的量级，拥有极高效的混合效率。

Description

一种多单元混合器

技术领域

本发明涉及混合器技术领域的微混合装置，尤其是一种多单元混合器。

背景技术

微混合器已经成为微流控制集成系统设计的重要组成部分；快速均一混合对于化学合成、生化分析、药物传递、核算测序或合成领域中的微流控制系统具有重要的意义。在多相以及多物质的化学反应中，快速高效的混合尤为重要，由于微流控芯片通道结构在微米量级，通道中的流体通常处于层流状态，不利于高通量快速混合，因此实现微尺度下流体的高通量快速混合也变得至关重要。在不同的雷诺数条件下，通道中的流体通过分子扩散和对流混合的途径实现混合。而在较高的雷诺指数下，对于一些较大尺度的微反应通道，可以达到部分湍流混合，湍流混合可将分子扩散提高几个数量级，拥有极高效的混合效率。为实现在高通量情况下达到预期的混合效果，设计一种微混合器将显得十分必要。

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多单元混合器，本发明采用由一件三分流入口单元、数件依次串联的混合单元及一件出口单元依次沿轴线连接并与轴线对称设置的混合器，以解决在高通量时，快速高效的完成液体与液体、气体与液体或气体与气体的均匀混合，本发明用于对两种或多种流体进行高通量快速混合。本发明在较高的雷诺指数下，形成部分湍流混合，提高分子扩散的量级，拥有极高效的混合效率。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种多单元混合器，其特点包括三分流入口单元、混合单元及出口单元；

所述三分流入口单元由直线的第一流道、直线的第二流道及环形流道构成，第一流道、第二流道依次沿轴线设置，环形流道与轴线对称设于第一流道及第二流道之间，且第一流道与环形流道一侧位于轴线的交点贯通、第二流道与环形流道另一侧位于轴线的交点贯通，第二流道与环形流道的连接处设有第一出口；

所述混合单元由“T”形流道、第一混合腔及第二混合腔构成，“T”形流道、第一混合腔及第二混合腔沿轴线对称设置并依次贯通；

所述混合单元的“T”形流道为设有一个垂直的进口端与两个水平的出口端的通道；

所述混合单元的第二混合腔的顶部设有第二出口；

所述出口单元为直线的第三流道；

所述一件三分流入口单元、N件依次串联的混合单元及一件出口单元依次沿轴线对称设置并连接；

其中，三分流入口单元的第一出口与第一件混合单元“T”形流道上的垂直的进口端连接，第N件混合单元的第二出口与出口单元的第三流道连接。

所述N件依次串联的混合单元由第一件第二混合腔的第二出口与第二件“T”形流道上垂直的进口端相连……，第N-1件第二混合腔的第二出口与第N件“T”形流道上垂直的进口端相连；其中，N 为2～20。

所述第一混合腔呈两个椭圆拼接的腔体，在两个椭圆拼接的腔体内设有两块“S”形导流板，且两块“S”形导流板呈“八”字形对称设置。

所述第二混合腔呈“菱”形的腔体，在“菱”形腔体内设有“⌒”形导流板，且“⌒”形导流板对称设于“菱”形腔体的中心。

所述混合单元内“T”形流道的两个水平的出口端与第一混合腔两个椭圆拼接的腔体底部贯通。

所述混合单元内第一混合腔两个椭圆拼接的腔体的顶部与第二混合腔“菱”形腔体的底部贯通。

本发明采用由一件三分流入口单元、数件依次串联的混合单元及一件出口单元依次沿轴线连接并与轴线对称设置的混合器，以解决在高通量时，快速高效的完成液体与液体、气体与液体或气体与气体的均匀混合，本发明用于对两种或多种流体进行高通量快速混合。本发明在较高的雷诺指数下，形成部分湍流混合，提高分子扩散的量级，拥有极高效的混合效率。

本发明在第一混合腔内设置两块“S”形导流板，在第二混合腔内设置“⌒”形导流板，“S”形导流板及“⌒”形导流板的设置利于流体形成部分湍流混合，提高分子扩散的量级，以极高流体的混合效率。

本发明采用的三分流入口单元、混合单元及出口单元均设置在2D的平面内，具有结构简单、节省空间、易加工及低成本的优点，利于规模化生产及普及应用。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明三分流入口单元的结构示意图；

图3为本发明混合单元的结构示意图；

图4为本发明出口单元的结构示意图。

具体实施方式

参阅图1，本发明包括三分流入口单元1、混合单元2及出口单元3。

参阅图1、图2，所述三分流入口单元1由直线的第一流道11、直线的第二流道12及环形流道13构成，第一流道11、第二流道12依次沿轴线设置，环形流道13与轴线对称设于第一流道11及第二流道12之间，且第一流道11与环形流道13一侧位于轴线的交点贯通、第二流道12与环形流道13另一侧位于轴线的交点贯通，第二流道12与环形流道13的连接处设有第一出口121。

参阅图1、图3，所述混合单元2 由“T”形流道21、第一混合腔22及第二混合腔23构成，“T”形流道21、第一混合腔22及第二混合腔23沿轴线对称设置并依次贯通；所述混合单元2 的“T”形流道21为设有一个垂直的进口端与两个水平的出口端的通道；所述混合单元2的第二混合腔23的顶部设有第二出口231。

参阅图1、图4，所述出口单元3为直线的第三流道。

参阅图1，所述一件三分流入口单元1、N件依次串联的混合单元2及一件出口单元3依次沿轴线对称设置并连接；

其中，三分流入口单元1的第一出口121与第一件混合单元2“T”形流道21上的垂直的进口端连接，第N件混合单元2的第二出口231与出口单元3的第三流道31连接。

参阅图1，所述N件依次串联的混合单元2由第一件第二混合腔23的第二出口231与第二件“T”形流道21上垂直的进口端相连……，第N-1件第二混合腔23的第二出口231与第N件“T”形流道21上垂直的进口端相连；其中，N 为2～20。

参阅图1、图3，所述第一混合腔22呈两个椭圆拼接的腔体，在两个椭圆拼接的腔体内设有两块“S”形导流板221，且两块“S”形导流板221呈“八”字形对称设置。

参阅图1、图3，所述第二混合腔23呈“菱”形的腔体，在“菱”形腔体内设有“⌒”形导流板232，且“⌒”形导流板232对称设于“菱”形腔体的中心。

参阅图3，所述混合单元2 内“T”形流道21的两个水平的出口端与第一混合腔22两个椭圆拼接的腔体底部贯通。

参阅图3，所述混合单元2 内第一混合腔22两个椭圆拼接的腔体的顶部与第二混合腔23“菱”形腔体的底部贯通。

实施例1

硝化反应：采用一件三分流入口单元1、6件依次串联的混合单元2及一件出口单元3依次沿轴线对称设置并连接。

本发明与散热器配合使用，将本发明置于外接的散热层内，散热层温度控制在摄氏30度。

将硝酸经柱塞泵从三分流入口单元1的第一流道11注入，将芳环经柱塞泵从三分流入口单元1的第二流道12注入，由第一流道11注入的硝酸经环形流道13的一侧分为两路流入环形流道13的另一侧与第二流道12的芳环初次混合；

初次混合的流体由三分流入口单元1的第一出口121流向混合单元2 的“T”形流道21，并由“T”形流道21的垂直的进口端分为两路流向两个水平的出口端，再由第一混合腔22两个椭圆拼接腔体的底部进入第一混合腔22，在第一混合腔22内流体被两块呈“八”字形设置的“S”形导流板221分隔为三股流体，其中，两股位于“八”字形的外侧、一股位于“八”字形的内侧，三股流体流至第一混合腔22两个椭圆拼接腔体的顶部二次混合，由第一混合腔22的顶部进入第二混合腔23“菱”形腔体的底部，在第二混合腔23内流体被“⌒”形导流板232分隔为两股流体，并在第二混合腔23“菱”形腔体的顶部再次混合，并由第二混合腔23的第二出口231流向下一件混合单元2，依次连续直至流向第六件混合单元2后，并由第六件混合单元2上第二混合腔23的第二出口231流向出口单元3的第三流道，在第三流道的端口收集反应后的产物，并进行进一步分离。

本发明可以在反应过程中进行高效换热，极大提高了硝化反应的安全性与转化效率。

实施例2

氨化反应：氨化反应广泛用于制备脂肪胺和芳香胺类化合物，采用一件三分流入口单元1、6件依次串联的混合单元2及一件出口单元3依次沿轴线对称设置并连接。

本发明与散热器配合使用，将本发明置于外接的散热层内，散热层温度控制在摄氏90度。

将次氯酸经柱塞泵从三分流入口单元1的第一流道11注入，将氨水经柱塞泵从三分流入口单元1的第二流道12注入，由第一流道11注入的硝酸经环形流道13的一侧分为两路流入环形流道13的另一侧与第二流道12的氨水初次混合；

本发明可以在反应中进行高效换热，极大提高了氨化反应的安全性与转化效率。

本发明在第一混合腔22内设置两块“S”形导流板221，在第二混合腔23内设置“⌒”形导流板232，“S”形导流板221及“⌒”形导流板232的设置利于流体形成部分湍流混合，提高分子扩散的量级，以极高流体的混合效率。

Claims

1.一种多单元混合器，其特征在于，它包括三分流入口单元（1）、混合单元（2）及出口单元（3）；

所述一件三分流入口单元（1）、N件依次串联的混合单元（2）及一件出口单元（3）依次沿轴线对称设置并连接；

所述三分流入口单元（1）由直线的第一流道（11）、直线的第二流道（12）及环形流道（13）构成，第一流道（11）、第二流道（12）依次沿轴线设置，环形流道（13）与轴线对称设于第一流道（11）及第二流道（12）之间，且第一流道（11）与环形流道（13）一侧位于轴线的交点贯通、第二流道（12）与环形流道（13）另一侧位于轴线的交点贯通，第二流道（12）与环形流道（13）的连接处设有第一出口（121）；

所述混合单元（2）由“T”形流道（21）、第一混合腔（22）及第二混合腔（23）构成，“T”形流道（21）、第一混合腔（22）及第二混合腔（23）沿轴线对称设置并依次贯通；

所述混合单元（2）的“T”形流道（21）为设有一个垂直的进口端与两个水平的出口端的通道；所述混合单元（2）的第二混合腔（23）的顶部设有第二出口（231）；

所述出口单元（3）为直线的第三流道；

所述混合单元（2）内“T”形流道（21）的两个水平的出口端与第一混合腔（22）腔体的底部贯通，第一混合腔（22）的顶部与第二混合腔（23）腔体的底部贯通；

其中，三分流入口单元（1）的第一出口（121）与第一件混合单元（2） “T”形流道（21）上的垂直的进口端连接，第N件混合单元（2）的第二出口（231）与出口单元（3）的第三流道（31）连接。

2.根据权利要求1所述的一种多单元混合器，其特征在于，所述N件依次串联的混合单元（2）由第一件第二混合腔（23）的第二出口（231）与第二件“T”形流道（21）上垂直的进口端相连……，第N-1件第二混合腔（23）的第二出口（231）与第N件“T”形流道（21）上垂直的进口端相连；其中，N 为2～20。

3.根据权利要求1所述的一种多单元混合器，其特征在于，所述第一混合腔（22）呈两个椭圆拼接的腔体，在两个椭圆拼接的腔体内设有两块“S”形导流板（221），且两块“S”形导流板（221）呈“八”字形对称设置。

4.根据权利要求1所述的一种多单元混合器，其特征在于，所述第二混合腔（23）呈“菱”形的腔体，在“菱”形腔体内设有“⌒”形导流板（232），且“⌒”形导流板（232）对称设于“菱”形腔体的中心。