CN219518591U - 一种微流控混合器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种微流控混合器，包括基板和盖板，所述基板表面设置通道，所述通道包括进料通道和沿竖直方向延伸的混合流道，所述进料通道与所述混合流道相连通，所述混合流道内部设置有交叉微结构，混合流体在所述交叉微结构中形成错流；所述盖板竖直设置且能够与所述基板配合锁紧，所述盖板设置有一个出料口和至少两个进料口，所述进料口与所述进料通道连通，所述出料口与所述混合流道连通；本实用新型基于微流控技术，在混合流道内设置微米级的交叉微结构，具备较大的比表面积，流体在其中进行内交叉错流时能够形成连续流动，流动过程没有死体积，传质效率高、放大反应小，工艺过程具有高重现性和良好的稳定性。

Description

一种微流控混合器

技术领域

本实用新型涉及微混合器技术领域，尤其是指一种微流控混合器。

背景技术

传统的管道混合器设置相错的螺旋叶片，使物料流经时被动进行流动分割、径向混合和反向旋转实现混合效果，但由于其比表面积较小，传质和传热效率并不理想，存在一定安全隐患；同时，传统的管道混合器通过环氧树脂粘合连接缝隙，使混合器的密封性能对加工精度较为依赖。

微混合器根据混合方式的不同可以分为主动式微混合器和被动式微混合器，其中主动式微混合器依赖超声、磁或机械搅拌等外界提供的动力对微通道内的流体进行扰动以实现混合效果；被动式微混合器则是在通道内设置挡板或障碍，通过拉伸和折叠流体通道以增大流体之间的接触面积，促进扩散，无需外界动力。被动式微混合器因其加工难度小、易于集成等优点被广泛应用；但被动式微混合器内通道结构的复杂设计可能会产生死体积、影响混合效果，因此被动式微混合器的通道设计需要既保证流体的混合效果，又同时避免堵塞、漏液、难于清洁等状况，控制设计和生产成本。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中被动式微混合器需要对通道设计的复杂程度和死体积产生情况进行平衡的技术难点，提供一种微流控混合器，密封性好、具有较大的比表面积能够充分混合物料并避免死体积的影响。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种微流控混合器，其包括，

基板，其表面设置通道；所述通道包括进料通道和沿竖直方向延伸的混合流道，所述进料通道与所述混合流道相连通；所述混合流道内部设置有交叉微结构，所述交叉微结构包括排列设置的多组交叉单元，所述交叉单元包括倾斜设置的第一挡块和第二挡块，所述第一挡块长度方向的表面用于接触流体并将其导流至所述第二挡块，所述第二挡块长度方向的表面用于接触沿所述第一挡块的表面滑落的流体并将其导流至另一所述交叉单元的所述第一挡块，混合流体在所述交叉微结构中形成错流；

盖板，其设置有一个出料口和至少两个进料口，所述进料口与所述进料通道连通，所述出料口与所述混合流道连通。

在本实用新型的一个实施例中，所述通道设置为“Y”字型，其包括所述混合流道和两条所述进料通道；所述混合流道和进料通道的连通处对应在所述盖板上设置为第一进料口，所述进料通道远离连通处的一侧对应在所述盖板上分别设为第二进料口和第三进料口，所述混合流道远离连通处的一侧对应在所述盖板上设置为出料口。

在本实用新型的一个实施例中，所述两条进料通道对称设置且夹角为120°。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一挡块和第二挡块设置为腰形结构，所述第一挡块和第二挡块均沿流体流动方向、由所述混合流道的侧壁向其轴线方向倾斜延伸，其延伸方向的末端交错设置。

在本实用新型的一个实施例中，所述交叉单元与所述混合流道内壁之间具有一定间隙；所述第一挡块和第二挡块的延伸方向关于所述混合流道的轴线对称。

在本实用新型的一个实施例中，所述交叉单元包括固定在所述混合流道内的腰形槽和能够拆卸的腰形密封填料，所述腰形密封填料具有与所述腰形槽相仿形的结构。

在本实用新型的一个实施例中，所述交叉微结构的当量特征尺寸小于1000μm。

在本实用新型的一个实施例中，所述基板表面在所述通道的外周紧贴设置密封圈，所述盖板正对所述基板的一侧表面设置密封槽，所述密封槽能够与所述密封圈配合使所述通道封闭。

在本实用新型的一个实施例中，所述基板和盖板正对的板体表面设置为平面，所述基板和盖板的外周对应设置安装孔，所述安装孔内穿设螺栓将所述基板与盖板锁紧。

在本实用新型的一个实施例中，所述微流控混合器的材质设置为不锈钢或钛合金。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本实用新型所述的一种微流控混合器，基于微流控技术，在混合流道内阵列设置微米级的交叉微结构，相较于传统的管道混合器具备较大的比表面积；使用交叉单元折叠拉伸流体通道，流体在其中进行内交叉错流时能够形成连续流动，由于交叉单元外周为曲面和倾斜设置的平面，流动过程没有死体积，传质效率高、放大反应小，工艺过程具有高重现性和良好的稳定性；被动式混合无需外部动力源，节约使用成本。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中：

图1是本实用新型优选实施例中基板的结构示意图；

图2是本实用新型优选实施例中盖板的结构示意图；

图3是本实用新型优选实施例中混合流道内部的放大示意图。

说明书附图标记说明：1、基板；2、盖板；3、进料通道；31、第一进料口；32第二进料口；33、第三进料口；4、混合流道；41、交叉微结构；42、交叉单元；43、出料口；44、第一挡块；45、第二挡块；5、密封圈；6、密封槽；7、安装孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

实施例

参照图1和图2所示，本实用新型提供一种微流控混合器，其包括能够对接闭合的基板1和盖板2；所述微流控混合器竖直放置使用，使物料通过内部的交叉微结构41充分均匀混合。

具体的，参照图1和图2所示，所述基板1竖直放置，其表面设置通道，所述通道包括相连通的进料通道3和混合流道4，所述混合流道4设置为沿竖直方向延伸的直线槽。所述盖板2竖直设置且能够与所述基板1配合锁紧，使所述通道内部封闭；所述盖板2设置有一个出料口43和至少两个进料口，所述出料口和进料口均设置为通孔结构，所述进料口与所述进料通道3连通，所述出料口43与所述混合流道4连通。

具体的，参照图2所示，在本实用新型优选实施例中，所述通道设置为“Y”字型，其包括所述混合流道4和两条所述进料通道3；所述混合流道4和进料通道3的连通处对应在所述盖板2上设置为第一进料口31，所述进料通道3远离连通处的一侧对应在所述盖板2上分别设为第二进料口32和第三进料口33，所述混合流道4远离连通处的一侧对应在所述盖板2上设置为出料口43。所述第一进料口31、第二进料口32和第三进料口33均能够外接供料设备进料；其中，所述第二进料口32和第三进料口33进料后均经过所述进料通道3进入所述混合流道4；经所述第一进料口31通入的物料则直接进入所述混合流道4；因此本实用新型能够在产品混合测试时根据产品组分和流动性能的差异由不同的进料口进行进料，完成不同形式的混合过程；所述第一进料口31能够通入液相物料，所述第二进料口32和所述第三进料口33均能够添加气相物料、固相物料或液相物料。本实施例优选设计中，两条所述进料通道3对称设置且夹角为120°，所述进料通道3相对于所述混合流道4轴线的倾斜角度均为60°，便于控制物料进入所述混合流道4的速度。

具体的，参照图1和图2所示，所述基板1表面在所述通道的外周紧贴设置密封圈5，所述盖板2正对所述基板1的一侧表面设置密封槽6，所述密封槽6能够与所述密封圈5配合使所述通道封闭；所述基板1和盖板2正对设置的板体表面为平面，所述基板1和盖板2的外周对应设置安装孔7，所述安装孔7内穿设螺栓将所述基板1与盖板2锁紧。在一些实施例中，所述安装孔7设置为十四个，使所述基板1与盖板2能够对称密封并通过螺栓与螺母机械固定，密封性和安全性更好，避免漏液情况，在所述通道内部发生堵塞等异常情况时，便于拆装清洗；当然，所述安装孔的设置数量不限于此。

具体的，参照图1和图3所示，所述混合流道4内部设置有交叉微结构41，所述交叉微结构41的当量特征尺寸小于1000μm，微米级别的交叉结构具有较大的比表面积，通过微尺寸效应，能够提高传质效率、更好的控制混合后产品的粒径，使其呈正态分布；所述交叉微结构41包括排列设置的多组交叉单元42，所述交叉单元42均包括倾斜设置的第一挡块44和第二挡块45；所述第一挡块44长度方向的表面用于接触流体并将其导流至所述第二挡块45，所述第二挡块45长度方向的表面用于接触沿所述第一挡块44的表面滑落的流体并将其导流至另一所述交叉单元42的所述第一挡块44，混合流体在所述交叉微结构41中形成错流；所述第一挡块44和第二挡块45沿流体流动方向、由所述混合流道4的侧壁向其轴线方向倾斜延伸，其延伸方向的末端交错设置。所述交叉单元42与所述混合流道4内壁具有一定间隙；所述第一挡块44和第二挡块45的延伸方向关于所述混合流道4的轴线对称。由所述进料口进入所述混合流道4内的物料能够在所述交叉微结构41中错流混合，同时进行紊流传质；由于所述第一挡块44和第二挡块45的外周为曲面和倾斜设置的平面，流体在其中进行内交叉错流时能够形成连续流动，放大反应较小，整个工艺过程没有死体积。

进一步的，在一些实施例中，所述交叉单元42包括固定在所述混合流道4内的腰形槽和能够拆卸的腰形密封填料，所述腰形密封填料具有与所述腰形槽相仿形的结构。使用填料形成所述混合流道4内的遮挡或障碍物，拉伸流体通道增大比表面积，且异常工况中所述腰形密封填料便于拆装清洗，使混合器装置整体灵活度更高。

具体的，所述微流控混合器设置为不锈钢或钛合金材质，具备较优的耐蚀性和耐热性，材料结构强度高、抗疲劳性好，使混合器具有较长的使用寿命。进一步的，待混合物料在所述混合流道4内混合时根据其自身特性也能够发生反应，本实用新型既能够作为微混合器对物料进行混合，也能够作为微反应器为化学反应提供反应空间，混合与反应过程均具备高重现性、稳定性和高效性，传质及传热效率高。金属材质的使用，使得所述微流控混合器能够用于强放热的化学反应过程，灵活性更好。本实用新型所述的微流控混合器能够实现的工艺过程包括：迈克尔加成反应、付-克烷基化反应、羟醛缩合反应、磺化反应、硝化反应、重氮化反应、叠氮化反应、无溶剂反应、油水两相乳化混合、气液两相混合等；由于其使用方便、混合错流效果较好，所述微流控混合器能够在医药中间体、药物合成、精细化工、农药化学、特殊化学品、日用品工业、纳米工业、药物制剂、聚合物改性等领域广泛应用。

本实用新型所述的一种微流控混合器的工作原理如下：

将腰形密封填料与腰形槽密封配合，再将基板1与盖板2正对设置的表面配合对齐并压紧填料，同时使所述基板1表面的密封圈5与所述盖板2表面的密封槽6紧密配合，将通道内部封闭。将所述微流控混合器竖直放置，使用螺丝穿设于安装孔7内并在所述螺丝对侧安装螺母，拧紧后使用卡套接头固定。

根据混合或/和反应的实际需求，确定待通入的物料及进料口，通过调节进料的流速比，控制混合或/和反应的进程，物料在混合流道4内发生错流混合，同时进行紊流传质，并由出料口43得到混合产物或/和反应产物；通过流速比、材料物相和进料口的调节和设置，所述微流控混合器能够进行多步工艺的连续化操作。混合或/和反应完成后，能够通过拆卸基板1和盖板2，更换填料并清洗，进行多次重复使用。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种微流控混合器，其特征在于，包括，

基板，其表面设置通道；所述通道包括进料通道和沿竖直方向延伸的混合流道，所述进料通道与所述混合流道相连通；所述混合流道内部设置有交叉微结构，所述交叉微结构包括排列设置的多组交叉单元，所述交叉单元包括倾斜设置的第一挡块和第二挡块，所述第一挡块长度方向的表面用于接触流体并将其导流至所述第二挡块，所述第二挡块长度方向的表面用于接触沿所述第一挡块的表面滑落的流体并将其导流至另一所述交叉单元的所述第一挡块，混合流体在所述交叉微结构中形成错流；

盖板，其设置有一个出料口和至少两个进料口，所述进料口与所述进料通道连通，所述出料口与所述混合流道连通。

2.根据权利要求1所述的一种微流控混合器，其特征在于：所述通道设置为“Y”字型，其包括所述混合流道和两条所述进料通道；所述混合流道和进料通道的连通处对应在所述盖板上设置为第一进料口，所述进料通道远离连通处的一侧对应在所述盖板上分别设为第二进料口和第三进料口，所述混合流道远离连通处的一侧对应在所述盖板上设置为出料口。

3.根据权利要求2所述的一种微流控混合器，其特征在于：所述两条进料通道对称设置且夹角为120°。

4.根据权利要求1所述的一种微流控混合器，其特征在于：所述第一挡块和第二挡块设置为腰形结构，所述第一挡块和第二挡块均沿流体流动方向、由所述混合流道的侧壁向其轴线方向倾斜延伸，其延伸方向的末端交错设置。

5.根据权利要求4所述的一种微流控混合器，其特征在于：所述交叉单元与所述混合流道内壁之间具有一定间隙；所述第一挡块和第二挡块的延伸方向关于所述混合流道的轴线对称。

6.根据权利要求4所述的一种微流控混合器，其特征在于：所述交叉单元包括固定在所述混合流道内的腰形槽和能够拆卸的腰形密封填料，所述腰形密封填料具有与所述腰形槽相仿形的结构。

7.根据权利要求1所述的一种微流控混合器，其特征在于：所述交叉微结构的当量特征尺寸小于1000μm。

8.根据权利要求1所述的一种微流控混合器，其特征在于：所述基板表面在所述通道的外周紧贴设置密封圈，所述盖板正对所述基板的一侧表面设置密封槽，所述密封槽能够与所述密封圈配合使所述通道封闭。

9.根据权利要求1所述的一种微流控混合器，其特征在于：所述基板和盖板正对的板体表面设置为平面，所述基板和盖板的外周对应设置安装孔，所述安装孔内穿设螺栓将所述基板与盖板锁紧。

10.根据权利要求1所述的一种微流控混合器，其特征在于：所述微流控混合器的材质设置为不锈钢或钛合金。