[发明专利]一种混沌流与嵌段流相结合的危险性离子盐制备系统

说明书

本发明公开了一种混沌流与嵌段流相结合的危险性离子盐制备系统，包括计算机控制单元通过程序控制流体驱动单元；流体驱动单元驱动反应液至混沌流微混合器实现快速混合，驱动连续相载流液至嵌段单元对反应液进行剪切形成尺寸均匀的液滴进入合成单元；合成单元包括温控装置，盘管器一及盘绕其上的PTFE管道；结晶单元包括温控装置，盘管器二及盘绕其上的PTFE管道；样品分离单元用于实现连续相载流液与反应液、反应液与固体产物的先后分离；连接组件为各个单元之间的连接件；混沌流微混合器和嵌段单元可设置多组以并联的方式组合。本发明的系统，可以实现危险性离子盐的快速安全制备，并可以对合成产物进行在线分离。

技术领域

本发明涉及火工品和起爆装置领域，特别是一种混沌流与嵌段流相结合的危险性离子盐制备系统。

背景技术

危险性离子盐本质上等同于含能离子盐，作为含能材料的一种，广泛应用于工程爆破、航空航天、爆炸成形、武器系统等，对推动人类社会进步起着关键作用。危险性离子盐的制备是运用组合化学的方法，通过阳离子和阴离子的自由组合，从而快速获得大量离子盐化合物。危险性离子盐作为含能材料的一种，其主要特性是对外界作用比较敏感，在较小的外界作用，如撞击、摩擦、火焰、加热、静电火花等作用下，即能发生爆炸变化，且迅速由燃烧转变为爆轰。

然而，由于常规间歇式反应器尺度大，传热、传质效率不高，反应体系中不可避免地存在大范围的浓度梯度、温度梯度，这使得在反应器内不同区域的反应环境差异很大。所以采用常规间歇釜式反应器合成的危险性离子盐常以不同的结晶形态出现，聚晶颗粒和单晶颗粒掺杂存在，晶体颗粒具有非常宽的粒度分布。同时，作为含能材料，危险性离子盐的合成过程本身就带有一定的危险性，威胁着人员与设备的安全。此外，常规合成危险性离子盐的反应器容量大，单次生产量大，而单位体积和单位时间内得到的信息量很少，不仅不利于常规分析工作的开展，对于筛选工作的进行也带来了巨大的挑战，这也使得合成过程中产生大量的废药，增加了销爆的危险性。

微流控技术是利用微管道精确控制和操控微尺度流体，尤其特指亚微米结构的技术，是一个包括了工程学，物理学，化学，微加工和生物工程的多交叉学科。近几十年来，随着微流控技术的快速发展，人们开始探索微尺度下多相流液滴动力学原理及流动行为，微通道中的液滴操控技术，以及对这一技术的应用研究，其中之一即广泛应用于微纳米颗粒的制备。与传统间歇式反应相比，微流控技术具有更高的混合效率、更快的传热传质速率、更低的试剂消耗量以及更精确的反应参数控制。

目前，利用微流控技术制备含能材料已开展了一定研究工作，主要利用两T型接口形成嵌段流随后进入管道，通过增加管道的长度实现反应液的混合及反应。一方面，反应液之间的混合主要依靠微流体的自由扩散，混合相对较慢，混合效率相对较低；另一方面，管道过长造成滞留时间的大幅度增加，导致反应效率的低下。同时，对于反应液的后处理尚未进行优化，无法实现在线分离。综上，现有方法在完成含能材料制备的同时仍面临着一些亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合高效、滞留时间短、可实现在线分离的危险性离子盐制备系统。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种混沌流与嵌段流相结合的危险性离子盐制备系统，包括依次连接的计算机控制单元，流体驱动单元，混沌流微混合器，嵌段单元，合成单元，结晶单元，样品分离单元，及连接组件；所述的计算机控制单元通过程序控制流体驱动单元；所述的流体驱动单元包括驱动单元一和驱动单元二，驱动单元二驱动反应液至混沌流微混合器实现快速混合，驱动单元一驱动连续相载流液至嵌段单元对反应液进行剪切形成尺寸均匀的液滴进入合成单元；所述的合成单元包括温控装置，盘管器一及盘绕其上的PTFE管道；所述的结晶单元包括温控装置，盘管器二及盘绕其上的PTFE管道；所述的样品分离单元用于实现连续相载流液与反应液、反应液与固体产物的先后分离，样品分离单元包括单向阀组、具有抽取/注入功能的注射泵、自制分离柱、抽滤装置和收集瓶；所述的连接组件为各个单元之间的连接件；所述的混沌流微混合器和嵌段单元可设置多组以并联的方式组合。