[发明专利]一种在微通道内构建稳定环状流的方法

说明书

本发明所述在微通道内构建稳定环状流的方法，是在微通道内设置一根线状中心插件，操作时先将形成外环的流体以一定的流量输入微通道，待形成外环的流体充满微通道后，再将形成内环的流体以一定的流量输入微通道，两种流体在微通道内即以稳定的环状流流型流动；控制形成内环的流体的流量为0.8～20mL/min，形成内环的流体与形成外环的流体的流量比为1:(0.2～20)；当形成外环的流体为水相、形成内环的流体为有机相时，线状中心插件用亲油材料制作，外管用亲水材料制作；当形成外环的流体为有机相、形成内环的流体为水相时，线状中心插件用亲水材料制作，外管用亲油材料制作。

技术领域

本发明属于微化工技术领域，特别是涉及一种在微通道内构建稳定环状流的方法。

背景技术

微化工技术涉及的微通道因其微小的尺度而具有较短的传质距离和传质时间，以及较小的雷诺数，因而能够克服传统化工技术常规单元操作的弊端，相较于传统化工技术具有过程强化、反应安全、易控制、数增放大等特点。

微化工技术在液液萃取上应用广泛，关于微通道内液液两相流型的研究备受关注，因为流型会显著影响传质速率和出口流体的分相。微通道内两相流体的研究表明，在微通道内液液两相流体可形成弹状流、滴状流、并行流和环状流等一系列流型。与其它流型相比，环状流形成时两相流体的流量比范围更大{当外环流体为水相、内环流体为有机相时，有机相与水相的流量比为1：(0.43～2.4)都能形成环状流，见陈丹.微通道内液液两相流型和传质特性研究[D].天津大学.2012.}，因而适用范围更广，更能满足实际应用需要。但是现有微通道内液液两相形成的环状流存在下述问题：(1)环状流两相界面会随着流速增大而出现随机波动现象，且波动幅度随着流速的增加而变大，两相流体之间不能保持界面清晰稳定，导致两相流体不能即时分相；(2)在两相流量比超过一定值时，内环相会被剪切成分散液滴，破坏流型，两相流体不再呈双连续相流动，影响两相分离。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在微通道内构建稳定环状流的方法，以使液液两相流体能以稳定环状流的流型在微通道内流动，在流出微通道时能够即时分相及进一步拓宽形成环状流的两相流量和流量比范围。

本发明所述微通道包括外管和分别与外管两端内孔组合的内管，所述内管的中心线与外管的中心线重合，外管的内径不大于1.5mm，内管的内径不大于0.8mm，内管的外壁与外管内壁之间的间隙为0.1～0.4mm。

本发明所述在微通道内构建稳定环状流的方法，是在微通道内设置一根线状中心插件，操作时先将形成外环的流体以一定的流量输入微通道，待形成外环的流体充满微通道后，再将形成内环的流体以一定的流量输入微通道，两种流体在微通道内即以稳定的环状流流型流动，形成内环的流体经内管至内环流体出口流出微通道，形成外环的流体经外管至外环流体出口流出微通道；所述形成外环的流体为水相、形成内环的流体为有机相，或者所述形成外环的流体为有机相、形成内环的流体为水相，控制形成内环的流体的流量为0.8～20mL/min，形成内环的流体与形成外环的流体的流量比为1:(0.2～20)；当形成外环的流体为水相、形成内环的流体为有机相时，线状中心插件用亲油材料制作，外管用亲水材料制作；当形成外环的流体为有机相、形成内环的流体为水相时，线状中心插件用亲水材料制作，外管用亲油材料制作。

上述在微通道内构建稳定环状流的方法，所述线状中心插件的线径不大于内管内径的1/2。

上述在微通道内构建稳定环状流的方法，外管的长度至少为50mm，以便稳定环状流的形成。

上述在微通道内构建稳定环状流的方法，制作线状中心插件的亲油材料优选聚乙烯、聚丙烯或尼龙，亲水材料优选低碳钢、中碳钢、不锈钢或钛；制作外管的亲油材料优选聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或尼龙，亲水材料优选石英玻璃、不锈钢或钛。

本发明具有以下有益效果：