CN114011265B - 一种低压降、高混合效率的短路径微混合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微化工领域，公开了一种低压降、高混合效率的短路径微混合器，包括依次叠层连接的盖板，分配板，第一混合通道板和第二混合通道板。分配板上设有A流体分配环槽和B流体分配环槽；盖板与分配板构成的结合体中设有A流体入口和B流体入口；A流体分配环槽和B流体分配环槽上分别分布有A流体分配孔和B流体分配孔；第一混合通道板和第二混合通道板构成的结合体的中心设有汇流腔以及多条混合通道；汇流腔上设有流体出口。本发明微混合器通量灵活性高、压降低，且在混合路径较短的情况下即可瞬时完成高效混合，尤其适合线速度高的情况，可适用于要求混合时间小于反应时间的反应。

Description

一种低压降、高混合效率的短路径微混合器

技术领域

本发明涉及微化工领域，尤其涉及一种低压降、高混合效率的短路径微混合器。

背景技术

在微反应系统领域，由容积输送设备输送的原料在进入反应器后，由于原料的初步混合没能达到需要的程度，势必会造成原料在反应器中停留时间的增加， 影响反应效率。实验表明，微反应系统中，前端混合器的加入可以对反应效率、产物转化率及收率产生明显的促进作用。因此微化工领域中微混合器的应用很有必要。

中国专利CN 107626250 A公开了一种微混合器，具体是一个由许多混合板构成的叠摞的微混合器，通过2个入口流体以涡轮的方式汇聚在中心混合，再进入下一层后反向分为2路，重复上一阶段的步骤。多个混合区之间为串联连接，产品依次流过，在混合区内进行混合反应，最后从混合区的主通道流出， 完成微混合反应。

然而，上述方案存在以下几方面的缺点：

（1）不同层之间的混合区为串联连接，通量受限明显，增加通量对压降影响较大，在需要达到一定的通量和控制特定的压降条件下，则必然会增加通道尺寸，牺牲混合效果。

（2）上述方案的混合器，虽然最终的混合效果能够达到预期，但是其混合路径长，不能达到瞬时混合的结果，对于一些要求混合时间小于反应时间的反应不利，因此无法适用。

发明内容

为了克服现有微混合器存在的通量灵活性低、压降高、混合路径长效率低等缺陷，本发明提供了一种低压降、高混合效率的短路径微混合器，本发明微混合器通量灵活性高、压降低，且在混合路径较短的情况下即可瞬时完成高效混合，尤其适合线速度高的情况，可适用于要求混合时间小于反应时间的反应。

本发明的具体技术方案为：一种低压降、高混合效率的短路径微混合器，包括依次叠层连接的盖板，分配板，第一混合通道板和第二混合通道板。其中：

所述分配板朝向盖板的面上设有不同直径且同心的A流体分配环槽和B流体分配环槽；所述盖板与分配板构成的结合体中设有至少一个贯穿至所述A流体分配环槽的A流体入口和至少一个贯穿至所述B流体分配环槽的B流体入口。

所述A流体分配环槽和B流体分配环槽上分别等角度分布有多个A流体分配孔和B流体分配孔；且所述A流体分配孔贯穿至第一混合通道板，所述B流体分配孔贯穿至第二混合通道板。

所述第一混合通道板和第二混合通道板构成的结合体的中心设有汇流腔以及多条并联的、与所述汇流腔连通的混合通道；所述汇流腔上设有流体出口；每一条所述混合通道的入口分别与对应位置所在的所述A流体分配孔和B流体分配孔连通。

本发明微混合器的具体工作原理为：A流体从A流体入口进入A流体分配环槽，B流体从B流体入口进入B流体分配环槽。两股流体分别在各自的流体分配槽内流动，并分别通过A流体分配孔和B流体分配孔进入到下层的多条并联的混合通道中。在每一条的混合通道中，两股流体充分发生混合后汇流至中心的汇流腔中，并最终由流体出口流出，完全反应前的预混合。

在上述过程中，A流体和B流体先分别通过流体分配环槽进行均匀分配；分配后进入混合通道后，A流体和B流体先两两混合，然后进行高效混合，多通道并联的方式更能发挥微通道的优势；最后多支混合通道再进一步混合，混合速度快，发挥急速瞬时混合的优势。从A流体和B流体接触到完成混合路径短，混合时间短，特别适合要求混合时间小于反应时间的工艺。

作为优选，每一条所述混合通道以与汇流腔边缘相切的方式与汇流腔连通，且多条并联的混合通道在平面上等角度地与汇流腔连通以形成涡流。

在每一条的混合通道，经流体分配环槽均匀分配后的少量的两股流体已经完成了高效的混合，并继续通过多支混合通道进一步混合至汇流腔。并且每一条混合通道以相切的方式与汇流腔连通，如此连接方式的混合速度快，多支混合通道的流体能够在汇流腔内形成旋转的涡流，发挥急速瞬时混合的优势，进一步提升混合效率。

作为优选，每一条所述混合通道的出口端的槽面按流向逐渐升高，与水平面呈0-10°，不含0。

通过上述设置，每一条混合通道的出口端被逐渐抬升，与水平面呈一定的角度。如此每条混合通道内的流体流出至汇流腔的瞬间，呈斜向上的角度与汇流腔边缘相切，与水平面相切相比，多股流体汇流后能够形成更为强烈的涡流效果，进一步提升混合效率；并且由于流体是斜向上流入汇流腔的，在惯性作用以及后续新喷出流体的向上冲击下，能够延缓在先喷出流体受重力流至底部流体出口，在一定程度上可争取更多的涡流混合时间。

作为优选，所述第一混合通道板和第二混合通道板相向的面上分别设有上通道和下通道，所述上通道和下通道的局部上下叠合后构成所述混合通道。

作为优选，所述上通道按流向包括A独流段和上混流段；所述下通道按流向包括B独流段和下混流段；所述A独流段和B独流段不构成上下叠合，所述上混流段和下混流段构成上下叠合。

作为优选，所述上混流段和下混流段上下叠合构成的局部混合通道呈现为由多个按流向首尾串联的长条扁块状促混腔构成的细长通道，且相邻促混腔的横截面中心线呈70-110°夹角。

作为优选，所述Y字型的开叉角度为0-90度，不含0。

从流体力学理论来看，本发明上述交替设置的促混腔，与普通的缩径混合腔等相比，可更为有效地增加流体扰动，促进混合；且由于通道横截面不变，因此对压降影响非常小。而缩径结构，其通道横截面为突减，会产生一个比较大的压差。

作为优选，各所述促混腔的尺寸相同，长宽高比为（4-6）：（1.5-2.5）:1，且同一细长通道上各促混腔按流向等距分布。

作为优选，所述A独流段和B独流段在起始端的横截面尺寸大于混合通道上其余部分的横截面尺寸，且A独流段和B独流段的横截面尺寸按流向递减。

作为优选，每一条所述混合通道呈Y字型。

作为优选，所述混合通道的数量为4-8条。

作为优选，所述A分配环槽和B分配环槽位于分配板的同一水平面上。

与现有技术对比，本发明的有益效果是：

（1）本发明先将两股流体单独均匀分配至流体分配环槽内，进入混合通道后，多股流体先少量的两两混合，每一分支均是微混合的过程，最终汇流后实现高效混合，多通道并联的方式可以增加通量，压降低，提高混合效率。该结构下，线速度越快，混合越好。

（2）本发明通过优化结构设计，将多支混合通道以相切方式与汇流腔连通，可形成旋转涡流，混合速度快，可发挥急速瞬时混合的优势。在混合路径较短的情况下即可瞬时完成高效混合，尤其适合线速度高的情况，可适用于要求混合时间小于反应时间的反应。

附图说明

图1为本发明微混合器的一种拆分结构示意图；

图2为本发明微混合器的一种透视结构示意图；

图3为本发明微混合器的另一种透视结构示意图；

图4为本发明微混合器的一种外观侧视图；

图5为本发明微混合器中盖板的一种俯视图；

图6为本发明微混合器中分配板的一种俯视图；

图7为本发明微混合器中分配板的一种仰视图；

图8为本发明微混合器中第一混合通道板的一种仰视图；

图9为本发明微混合器中第一混合通道板的一种俯视图；

图10为本发明微混合器中第二混合通道板的一种俯视图；

图11为本发明微混合器中第二混合通道板的一种仰视图；

图12为本发明微混合器中多条混合通道并联后的一种分布示意图；

图13为本发明微混合器中单条混合通道的一种结构示意图。

附图标记为：盖板1、分配板2、第一混合通道板3、第二混合通道板4、A流体分配环槽5、B流体分配环槽6、A流体入口7、B流体入口8、A流体分配孔9、B流体分配孔10、汇流腔11、混合通道12、流体出口13、定位销14、上通道121、下通道122、促混腔123、A独流段1211、上混流段1212、B独流段1221、下混流段1222。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

总实施例

一种低压降、高混合效率的短路径微混合器（整体优选呈圆柱型），包括依次叠层（通过扩散焊接成一体，焊接前先通过定位销14固定位置防止焊接时移位）连接的盖板1，分配板2，第一混合通道板3和第二混合通道板4。上述部件的材质为316L不锈钢。其中：

所述分配板朝向盖板的面上设有处于同一平面、不同直径且同心的A流体分配环槽5和B流体分配环槽6；所述盖板与分配板构成的结合体中设有至少一个贯穿至所述A流体分配环槽的A流体入口7和至少一个贯穿至所述B流体分配环槽的B流体入口8。

所述A流体分配环槽和B流体分配环槽上分别等角度分布有多个A流体分配孔9和B流体分配孔10；且所述A流体分配孔贯穿至第一混合通道板，所述B流体分配孔贯穿至第二混合通道板。

所述第一混合通道板和第二混合通道板构成的结合体的中心设有圆形的汇流腔11以及多条（优选4-8条）并联的、与所述汇流腔连通的混合通道12；所述汇流腔上设有流体出口13；每一条所述混合通道的入口分别与对应位置所在的所述A流体分配孔和B流体分配孔连通，且每一条所述混合通道以与汇流腔边缘相切的方式与汇流腔连通，且多条并联的混合通道在平面上等角度地与汇流腔连通以形成涡流。

具体地，所述第一混合通道板和第二混合通道板相向的面上分别设有上通道121和下通道122，所述上通道和下通道的局部上下叠合后构成所述混合通道（呈Y字型，开叉角度0-90度）。所述上通道按流向包括A独流段1211和上混流段1212；所述下通道按流向包括B独流段1221和下混流段1222；所述A独流段和B独流段不构成上下叠合，所述上混流段和下混流段构成上下叠合。所述A独流段和B独流段在起始端的横截面尺寸大于混合通道上其余部分的横截面尺寸，且A独流段和B独流段的横截面尺寸按流向递减。所述上混流段和下混流段上下叠合构成的局部混合通道呈现为由多个按流向首尾串联的长条扁块状促混腔123构成的细长通道，且相邻促混腔的横截面中心线呈70-110°夹角。各所述促混腔的尺寸相同，长宽高比为（4-6）：（1.5-2.5）:1，且同一细长通道上各促混腔按流向等距分布。

作为优选，每一条所述混合通道的出口端的槽面按流向逐渐升高，与水平面呈0-10°，不含0。

实施例1

一种低压降、高混合效率的短路径微混合器，呈圆柱型，包括依次叠层（通过扩散焊接成一体，焊接前先通过定位销14固定位置防止焊接时移位）连接的盖板1，分配板2，第一混合通道板3和第二混合通道板4。上述部件的材质为316L不锈钢。其中：

所述分配板朝向盖板的面上设有处于同一平面、不同直径且同心的A流体分配环槽5（直径较大）和B流体分配环槽6（直径较小）；所述盖板与分配板构成的结合体中设有一个贯穿至所述A流体分配环槽的A流体入口7和一个贯穿至所述B流体分配环槽的B流体入口8。

所述A流体分配环槽和B流体分配环槽上分别等角度分布有六个A流体分配孔9和B流体分配孔10；且所述A流体分配孔贯穿至第一混合通道板，所述B流体分配孔贯穿至第二混合通道板。

所述第一混合通道板和第二混合通道板构成的结合体的中心设有圆形的汇流腔11以及六条并联的、与所述汇流腔连通的混合通道12；所述汇流腔的中心设有流体出口13；每一条所述混合通道的入口分别与对应位置所在的所述A流体分配孔和B流体分配孔连通，且每一条所述混合通道以与汇流腔边缘相切的方式与汇流腔连通，且多条并联的混合通道在平面上等角度地与汇流腔连通以形成涡流。且每一条混合通道的出口端的槽面按流向逐渐升高，与水平面齐平。

具体地，所述第一混合通道板和第二混合通道板相向的面上分别设有上通道121和下通道122，所述上通道和下通道的局部上下叠合后构成所述混合通道（呈Y字型，开叉角度45度）。所述上通道按流向包括A独流段1211和上混流段1212；所述下通道按流向包括B独流段1221和下混流段1222；所述A独流段和B独流段不构成上下叠合，所述上混流段和下混流段构成上下叠合。所述A独流段和B独流段在起始端的横截面尺寸大于混合通道上其余部分的横截面尺寸，且A独流段和B独流段的横截面尺寸按流向递减。所述上混流段和下混流段上下叠合构成的局部混合通道呈现为由七个按流向首尾串联的长条扁块状（大体呈长方体状）促混腔123构成的细长通道，且相邻促混腔的横截面中心线呈90°夹角。其中，各所述促混腔的尺寸相同，长宽比为5:2:1，且同一细长通道上各促混腔按流向等距分布。

本发明微混合器的具体工作原理为：A流体从A流体入口进入A流体分配环槽，B流体从B流体入口进入B流体分配环槽。两股流体分别在各自的流体分配槽内流动，并分别通过A流体分配孔和B流体分配孔进入到下层的多条并联的混合通道中。在每一条的混合通道中，两股流体充分发生混合后汇流至中心的汇流腔中，并最终由流体出口流出，完成反应前的预混合。

实施例2

实施例2与实施例1的不同之处在于：每一条混合通道的出口端的槽面按流向逐渐升高，与水平面呈5°。

实施例3

实施例3与实施例1的不同之处在于：混合通道的数量为4条，单条混合通道中促混腔的数量为10个。

实施例4

实施例4与实施例1的不同之处在于：混合通道的数量为8条，单条混合通道中促混腔的数量为4个。

本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种低压降、高混合效率的短路径微混合器，其特征在于：包括依次叠层连接的盖板（1），分配板（2），第一混合通道板（3）和第二混合通道板（4）；其中：

所述第一混合通道板和第二混合通道板构成的结合体的中心设有汇流腔（11）以及多条并联的、与所述汇流腔连通的混合通道（12）；所述汇流腔上设有流体出口（13）；每一条所述混合通道的入口均与由所述盖板和分配板构成的结合体上设有的流体入口连通；每一条所述混合通道以与汇流腔边缘相切的方式与汇流腔连通，且多条并联的混合通道在平面上等角度地与汇流腔连通以形成涡流；

所述分配板朝向盖板的面上设有不同直径且同心的A流体分配环槽（5）和B流体分配环槽（6）；所述盖板与分配板构成的结合体中设有至少一个贯穿至所述A流体分配环槽的A流体入口（7）和至少一个贯穿至所述B流体分配环槽的B流体入口（8）；

所述A流体分配环槽和B流体分配环槽上分别等角度分布有多个A流体分配孔（9）和B流体分配孔（10）；且所述A流体分配孔贯穿至第一混合通道板，所述B流体分配孔贯穿至第二混合通道板；

所述第一混合通道板和第二混合通道板相向的面上分别设有上通道（121）和下通道（122），所述上通道和下通道的局部上下叠合后构成所述混合通道；所述上通道按流向包括A独流段（1211）和上混流段（1212）；所述下通道按流向包括B独流段（1221）和下混流段（1222）；所述A独流段和B独流段不构成上下叠合，所述上混流段和下混流段构成上下叠合；所述上混流段和下混流段上下叠合构成的局部混合通道呈现为由多个按流向首尾串联的长条扁块状促混腔（123）构成的细长通道，且相邻促混腔的横截面中心线呈70-110°夹角。

2.如权利要求1所述的低压降、高混合效率的短路径微混合器，其特征在于：每一条所述混合通道的出口端的槽面按流向逐渐升高，与水平面呈0-10°，不含0。

3.如权利要求1所述的低压降、高混合效率的短路径微混合器，其特征在于：每一条所述混合通道的入口分别与对应位置所在的所述A流体分配孔和B流体分配孔连通。

4.如权利要求1所述的低压降、高混合效率的短路径微混合器，其特征在于：所述A独流段和B独流段在起始端的横截面尺寸大于混合通道上其余部分的横截面尺寸，且A独流段和B独流段的横截面尺寸按流向递减。

5.如权利要求1-3之一所述的低压降、高混合效率的短路径微混合器，其特征在于：每一条所述混合通道呈Y字型。

6.如权利要求1或2所述的低压降、高混合效率的短路径微混合器，其特征在于：所述混合通道的数量为4-8条。

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