[实用新型]一种面接触式微萃取装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种面接触式微萃取装置，属于冶金和化工萃取分离技术领域。 

背景技术

微反应器是一种借助于特殊微加工技术或精密加工技术以固体基质制造的可用于进行化学反应的三维结构元件。微反应器内流体的微通道尺寸在亚微米到亚毫米量级，所要求的化学反应在这些通道中进行。因此，微反应器又叫“微结构”或“微通道”反应器。按功能分为微混合器，微换热器，微分离器，气、液或气液两相反应器等。 

由于微反应器的有效通道或腔室的物理尺寸缩小到微米甚至纳米级别，使得流体物理量如温度、压力、浓度和密度等的梯度急剧增加，导致传热传质推动力的大大增加，可使传热系数提高一个数量级而传质反应时间降低一个数量级。由此带来的优势还表现在：由于反应速度的提高，反应设备以及反应体系可大大缩减，使得反应过程的安全性大大提高，用地投资大大节约，材料消耗大大减少；对于原料、过程或产物存在毒性的反应，可通过采用分区域小型的分布式生产方式，从而避免有毒有害原料产品运输的风险；其处理能力可以通过增加功能单元的数目(Numbering-up)来提高，而不需要逐级放大反应设备。目前先进的微制造技术正在促进微反应器的快速发展，已经在化学、医药及生命科学等领域上造成革命性的冲击。目前，在化学和化工领域，如气体处理、化学合成及颗粒合成等，微反应器技术已经能够达到提供年产数吨的产能。 

利用微反应器系统的高效、低耗、安全等特点来改造冶金产业的传统单元过程如萃取、换热和混合等，有可能开发出新的节能工艺过程，从而推动冶金行业的产业升级。萃取过程是冶金溶液体系分离净化的关键环节，湿法冶金的萃取分离过程可以直接从溶液中将多种金属离子进行分离提纯，避免了沉淀、结晶或还原等分离过程产生废渣、以及溶液到渣再到溶液的繁多工序，是冶金溶液体系分离净化的关键手段。但传统萃取过程仍然存在的一些需要解决的关键问题，如萃取剂耗量大；共萃严重，萃取效率低，易出现乳化现象，火灾隐患大等。 

因此，常规萃取的这些局限性亟待解决，密闭、高效的萃取设备的开发是解决这一问题的关键所在。微反应器的应用可以避免传统萃取过程的这些问题。在微流体领域，溶剂萃取是非常高效的，因为它具有能提供很高的比表面积和短的扩散距离的特征。有利于降低扩散的路径长度及增加两相界面的传质速率，从而提高化学反应速率。此外，层流控制下的相传质可以避免乳化发生。 

而迄今为止，虽然已经有很多利用微反应器设备来进行萃取分离的研究。如在通道界面截为100×100μm的Y型微管道反应器内以溶于甲苯的PC-88A为萃取剂，研究了溶解于氯化物体系的三种稀土金属离子的萃取分离Pr³⁺、Nd³⁺和Sm³⁺的效果。控制在低的流速时就能成功地进行水相和有机相的相分离操作，同时实现溶液中金属离子的有效分离。(Syouher NISHIHAMA, Yasuyuki TAJIRI, Kazuharu YOSHIZUKA. SEPARATION OF LANTHANIDES USING MICRO SOLVENT EXTRACTION SYSTEM.ArsSeparatoriaActa 4 (2006) 18-26)。 

现有的微流体萃取设备，例如常见的派莱克斯玻璃(Pyrex^TM)微芯片，是利用光刻蚀法、湿法腐蚀和热粘合相结合的技术制备的Pyrex玻璃来制作的。它由两个微型通道(100μm×40μm)Y型交叉后合并形成一个微通道(160μm×40μm)，通过导引构件使两个微通道进入的不融流体合并后可以保持平行层流流动，从而保持液—液界面的位置，在出口方向第二个Y型连接处萃取通道又分开分别向两个方向，从而可以进行两相分离。但此类微流体设备的弊端在于现有微萃取器管道狭窄、接触面积小、易堵塞和工业放大困难的问题。 

又如现有常见的交叉指型微通道混合器，两股进料流体分别通过一个带坡形壁面的通道结构对流注入混合单元。通过狭缝状交叉型通道（通道尺寸为40μm）可以形成两种待混合流体的流动薄层周期性结构。层流流体在于入口流垂直的方向上离开混合器，通过这样的扩散过程即可实现快速混合。但此类微流体设备的弊端也很明显，主要在于强混合过程带来的强湍流、高分散的混合萃取过程带来的易乳化、水相含油高、萃取剂消耗大等。 

实用新型内容

为克服上述缺陷，本实用新型提供一种面接触式微萃取装置，两相流体在流经此通道过程内，可以保持稳定的相界面，并在出口处实现完全分流。