專利名稱：一種帶有微篩孔結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器或混合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種反應(yīng)器或混合器，具體涉及流體微分散技術(shù)和設(shè)備，并將其用于不同流 體間的混合或反應(yīng)過程，屬于化學(xué)化工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景傳統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)器或混合器，主要采用攪拌的方式混合，這種混合方式雖然原理簡單， 但因?yàn)樵O(shè)備內(nèi)的混合尺度在毫米級甚至更大的尺度，所以存在混合效率低下，混合過程能耗 大的問題。傳統(tǒng)意義上的塔式、管式等反應(yīng)器或混合器，雖然相對全混釜來說具有各自的特 點(diǎn)，但因?yàn)樗鼈円蔡幱诤撩准壔旌铣叨鹊姆秶酝瑯泳哂谢旌闲实拖碌膯栴}。此外， 因?yàn)檫@些設(shè)備采用經(jīng)驗(yàn)放大的方式，所以存在放大周期長、過程復(fù)雜等問題。而反應(yīng)器的作 用歸根結(jié)底就是要提供良好的混合環(huán)境，對于混合器來說則更是需要做到使物料快速、高效 的混合?；旌蠁栴}解決不好、或者混合效率低下就會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)周期長，單位體積反應(yīng)器處理 量低，反應(yīng)器不易控制。對于伴有副反應(yīng)的反應(yīng)過程，混合效果不好更會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)器的選擇 性低下。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，化工設(shè)備正在不斷向著高效、節(jié)能的方向發(fā)展，在此基礎(chǔ)上化工 設(shè)備的微結(jié)構(gòu)化成為了一個(gè)重要的趨勢。近幾年來在微加工、微測試技術(shù)的不斷促進(jìn)下，關(guān) 于微尺度下混合、換熱等方面的技術(shù)和科學(xué)發(fā)展極為迅速。眾多的帶有微結(jié)構(gòu)的化工器件相 繼出現(xiàn)，這一出現(xiàn)徹底改變了傳統(tǒng)的攪拌式的混合模式。在微結(jié)構(gòu)的作用下，帶有微結(jié)構(gòu)的 化工設(shè)備把設(shè)備內(nèi)的混合尺度降到了微米尺度，取代了傳統(tǒng)反應(yīng)器和混合器內(nèi)的毫米級以上 的混合尺度，利用微米尺度下的更短傳遞距離，更大的傳質(zhì)面積有效地強(qiáng)化了傳熱、傳質(zhì)過 程，因此微結(jié)構(gòu)化工設(shè)備的混合效率要遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)化工設(shè)備。同時(shí)，微結(jié)構(gòu)化工設(shè)備采用數(shù) 目放大的思想，只需將眾多小型的反應(yīng)器或混合室并聯(lián)就可以實(shí)現(xiàn)放大過程，因此微結(jié)構(gòu)設(shè) 備具有放大過程簡單，放大效應(yīng)小和放大周期短的特點(diǎn)?？傊⒔Y(jié)構(gòu)設(shè)備改變了傳統(tǒng)反應(yīng) 器或混合器的混合方式，強(qiáng)化了設(shè)備內(nèi)的傳熱、傳質(zhì)性能，更增加了反應(yīng)器放大過程的安全 性和有效性，因此開發(fā)新型的微結(jié)構(gòu)反應(yīng)器或混合器是十分必要的。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種帶有微篩孔結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器或混合器，可以使均相或非均相的兩 種流體快速混合，形成微分散體系，從而進(jìn)一步提高混合效率，強(qiáng)化反應(yīng)器內(nèi)的傳熱、傳質(zhì) 性能。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種帶有微篩孔結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器或混合器，其特征在于該反應(yīng)器或混合器由本體、微篩孔結(jié)構(gòu)、第一種流體入口管、第一種流體分配室、第二種流體入口管、第二種流體分配室、 混合通道、產(chǎn)物收集室和出口管組成；所述的第一種流體入口管和第二種流體入口管分別與 第一種流體分配室和第二種流體分配室相連，所述的產(chǎn)物收集室和出口管相連，所述的混合 通道分別與第一種流體分配室和產(chǎn)物收集室連接，第二種流體分配室與混合通道通過微篩孔 結(jié)構(gòu)連接。本發(fā)明的技術(shù)特征還在于微篩孔結(jié)構(gòu)的孔中心線垂直于混合通道的軸線；微篩孔結(jié)構(gòu) 的開孔率為1% 25%，微篩孔的水力學(xué)直徑在10 100(Vm之間，孔間距在0.3 3mm之間。 所述的混合通道采用單通道或采用由并排的多個(gè)單通道組成的多通道結(jié)構(gòu)，所述單通道的寬 度在lmm 100ram之間，高度在0. 2鵬 20mm之間。所述第一流體分配室的體積為混合通道總 體積的9 100倍，第二流體分配室的體積為混合通道總體積的0.4 5倍，所述混合或反應(yīng) 產(chǎn)物收集室的體積為混合通道總體積的1 10倍。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果本發(fā)明提供的帶有微篩孔結(jié)構(gòu)的 反應(yīng)器或混合器，在第一種流體錯(cuò)流剪切作用下以微米級的液滴或氣泡的形式均勻分散到第 一種流體中，形成微分散體系。利用微米級的高分散性、高比表面積的液滴和氣泡所體現(xiàn)出 的傳質(zhì)距離短、傳質(zhì)面積大的特點(diǎn)強(qiáng)化傳質(zhì)過程，研究表明，該設(shè)備內(nèi)傳質(zhì)速度可以達(dá)到傳 統(tǒng)攪拌設(shè)備的5到20倍，待混合的兩種流體在設(shè)備內(nèi)停留時(shí)間小于l秒的情況下，即可實(shí)現(xiàn) 95%以上的傳質(zhì)效率。該設(shè)備單位體積的處理量大，并可以利用多通道并聯(lián)數(shù)目放大方法輕松 實(shí)現(xiàn)放大。本發(fā)明可應(yīng)用于化學(xué)、化工、石化、醫(yī)藥和食品等眾多領(lǐng)域，特別是化學(xué)化工的 反應(yīng)與分離過程。


圖1為本發(fā)明提供的帶有微篩孔結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器或混合器結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為微篩孔結(jié)構(gòu)示意圖。圖中l(wèi)一第一種流體入口管；2 —第一種流體分配室；3 —混合通道；4一產(chǎn)物收集室；5 —出口管；6 —微篩孔結(jié)構(gòu)；7 —第二種流體入口管；8 —第二種流體分配室；9一反應(yīng)器或混 合器本體。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的原理、結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步的說明。圖1為本發(fā)明提供的帶有微篩孔結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器或混合器結(jié)構(gòu)示意圖。該反應(yīng)器或混合器由本體9，微篩孔結(jié)構(gòu)6，的第一種流體入口管l，第一種流體分配室2，混合通道3，產(chǎn)物 收集室4，與該產(chǎn)物收集室相連的出口管5，以及第二種流體入口管7和第二種流體分配室8 組成；所述的第一種流體入口管1和第二種流體入口管7分別與第一種流體分配室2和第二 種流體分配室8相連，所述的產(chǎn)物收集室4和出口管5相連，所述的混合通道3分別與第一 種流體分配室2和產(chǎn)物收集室4連接，第二種流體分配室8與混合通道3通過微篩孔結(jié)構(gòu)6連接。本發(fā)明所述的微篩孔結(jié)構(gòu)如圖2所示，微篩孔結(jié)構(gòu)6的孔中心線垂直于混合通道的軸線， 該微篩孔結(jié)構(gòu)的開孔率一般在1% 25%之間，微篩孔的水力學(xué)直徑在10 100(Vm之間，孔間 距在0.3 3mm之間為宜?；旌贤ǖ揽梢圆捎脝瓮ǖ阑蚨嗤ǖ澜Y(jié)構(gòu)，多通道由并排的多個(gè)單通 道組成。單通道的寬度一般在lmm 100ram之間，高度在0. 2mm 20mm之間；第一流體分配室 的體積為混合通道總體積的9 100倍，第二流體分配室的體積為混合通道總體積的0. 4 5 倍，而收集室的體積為混合通道總體積的1 10倍。使用時(shí)，將待反應(yīng)或混合的兩種流體分別從第一種流體入口管1和第二種流體入口管7 直接通入，第二種流體在壓力作用下通過微篩孔結(jié)構(gòu)6，再在第一種流體錯(cuò)流剪切作用下， 于混合通道3內(nèi)形成具有大比表面積的微米級液滴或氣泡，使第二種流體均勻的分散在第一 種流體中，從而使兩種流體得以高效的混合或反應(yīng)。實(shí)施例1利用單通道的帶有微篩孔結(jié)構(gòu)的微反應(yīng)器，進(jìn)行納米硫酸鋇顆粒制備反應(yīng)。其中，微篩 孔水力學(xué)直徑為15^ ，開孔率為5%，孔間距為0.3咖?；旌贤ǖ缹抣mm，高0. 2mm。硫酸鈉 溶液作為第一種流體，其分配室體積是混合通道總體積的9倍，氯化鋇作為第二種流體，其 分配室體積為混合通道總體積的0.4倍，產(chǎn)物收集室的體積是混合通道總體積的l倍。反應(yīng) 產(chǎn)物納米硫酸鋇的平均粒徑為42nm。實(shí)施例2利用20通道的帶有微篩孔結(jié)構(gòu)的微反應(yīng)器，進(jìn)行酰胺化預(yù)混合反應(yīng)。其中，微篩孔水力 學(xué)直徑為10pm，開孔率為25%，孔間距為lmm。混合通道寬8mra，高15mm。 CCA正己烷溶液作 為第一種流體，其分配室體積是混合通道總體積的20倍，發(fā)煙硫酸作為第二種流體穿過為篩 孔進(jìn)入混合通道，其分配室體積為混合通道總體積的2.5倍，產(chǎn)物收集室的體積是混合通道 總體積的2倍。反應(yīng)選擇性為95%。實(shí)施例3利用IOOO通道的帶有微篩孔結(jié)構(gòu)的微反應(yīng)器，進(jìn)行納米碳酸鈣制備反應(yīng)。其中，微篩孔 水力學(xué)直徑為1000|am，開孔率為1%，孔間距為3mm?；旌贤ǖ缹?00mm,高20剛。Ca(OH)2 水溶液作為第一種流體，其分配室體積是混合通道總體積的100倍，C02-N2混合氣作為第二種 流體穿過為篩孔進(jìn)入混合通道，其分配室體積為混合通道總體積的5倍，產(chǎn)物收集室的體積 是混合通道總體積的IO倍。反應(yīng)產(chǎn)物為平均粒徑61nm、單分散性好的碳酸鈣顆粒。
權(quán)利要求
1、一種帶有微篩孔結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器或混合器，其特征在于該反應(yīng)器或混合器由本體(9)、微篩孔結(jié)構(gòu)(6)、第一種流體入口管(1)、第一種流體分配室(2)、第二種流體入口管(7)、第二種流體分配室(8)、混合通道(3)、產(chǎn)物收集室(4)和出口管(5)組成；所述的第一種流體入口管和第二種流體入口管分別與第一種流體分配室和第二種流體分配室相連，所述的產(chǎn)物收集室和出口管相連，所述的混合通道分別與第一種流體分配室和產(chǎn)物收集室連接，第二種流體分配室與混合通道通過微篩孔結(jié)構(gòu)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有微篩孔結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器或混合器，其特征在于微篩孔結(jié)構(gòu) 的孔中心線垂直于混合通道的軸線；微篩孔結(jié)構(gòu)的開孔率為1% 25%，微篩孔的水力學(xué)直徑 在10 100(^m之間，孔間距在0. 3 3咖之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶有微篩孔結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器或混合器，其特征在于所述的 混合通道采用單通道或采用由并排的多個(gè)單通道組成的多通道結(jié)構(gòu)，所述單通道的寬度在 l咖 100mm之間，高度在0. 2mm 20mm之間。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的帶有微篩孔結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器或混合器，其特征在于所述第一流 體分配室的體積為混合通道總體積的9 100倍，第二流體分配室的體積為混合通道總體積的 0. 4 5倍，所述產(chǎn)物收集室的體積為混合通道總體積的1 10倍。
全文摘要
一種帶有微篩孔結(jié)構(gòu)的反應(yīng)器或混合器，涉及流體微分散技術(shù)和設(shè)備。本發(fā)明含有微篩孔結(jié)構(gòu)、混合通道和流體分配室，利用微篩孔將一種流體以微米級的液滴或氣泡的形式分散到另一種流體中，在混合通道內(nèi)利用高分散性、高比表面積的液滴和氣泡快速完成混合與反應(yīng)過程，是一種利用微篩孔結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)均相、非均相流體高效反應(yīng)或混合的新型微結(jié)構(gòu)反應(yīng)器或混合器。本發(fā)明具有加工簡單、操作簡便、單位體積處理量大等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于化學(xué)、化工、石化、醫(yī)藥、食品等眾多技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B01J19/00GK101224405SQ20071017604
公開日2008年7月23日 申請日期2007年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月18日
發(fā)明者呂陽成, 凱 王, 邵華偉, 駱廣生 申請人:清華大學(xué)