一种动态搅拌微反应器的制作方法

1.本实用新型涉及微反应器技术领域，尤其涉及一种动态搅拌微反应器。


背景技术：

2.流动化学工艺是一种采用微通道反应器代替传统的化学反应器进行化学反应的工艺技术，可以控制反应温度、反应时间、物料混合比例，提升反应过程安全性、提高收率、降本增效，实现化工过程的强化、微型化和绿色化，为化学合成工艺带来了革命性变革。但目前市场上绝大多数微通道反应器均为将微通道加工为具有一定扰流结构的流动反应器，通过液体在微通道内的高速流动产生扰流，实现反应流体的混合。
3.与静态混合器及上述流动反应器不同，动态搅拌微反应器依靠微小的磁子搅拌实现流经液体的快速混合，即使流经管道的液体流速较低，也可以实现液体的快速混合，比较适合微流体实验室的小试实验开发。例如公开号为cn113019282a的发明专利申请提供了一种两相管式反应装置，通过在反应管道内依次磁极相反地填充磁力搅拌子，对流动的反应流体进行动态搅拌。
4.但是上述技术方案或其他现有技术还存在以下不足之处：
5.1.仅能提供振动搅拌，无法提供旋转搅拌，否则磁力搅拌子容易在反应流体流动过程中向下游聚集，因此适应性不佳；
6.2.需要在整个管道内填充磁力搅拌子，否则磁力搅拌子也容易在反应流体流动过程中向下游聚集，因此适应性不佳；
7.3.通过管道结构限制磁力搅拌子的位置时，制造成本高，而且一旦结构定型，即无法调整磁力搅拌子的位置，适应性不佳。


技术实现要素：

8.针对现有技术存在的以上不足，本实用新型的目的在于提供一种可以可靠隔离磁力搅拌子、成本低、适应性好的动态搅拌微反应器。
9.为了实现上述目的，本实用新型提供了下述的技术方案。
10.一种动态搅拌微反应器，包括：微通道管，具有沿长度方向延伸的流动通道；至少一磁力搅拌子，设置于所述微通道管内，用于为反应流体提供动态搅拌；至少两隔离子，设置于所述微通道管内，将所述微通道管隔离成至少两个搅拌区域，使一个所述搅拌区域内的所述磁力搅拌子无法移动至另一个所述搅拌区域内，所述隔离子具有流体通道，使一个所述搅拌区域内的所述反应流体可以流动至相邻的所述搅拌区域；磁力驱动装置，用于驱动所述磁力搅拌子旋转或振动；其中所述磁力搅拌子和所述隔离子均适于从所述微通道管的一端装入所述微通道管内。
11.在一些实施方式中，所述隔离子与所述微通道管固定设置。
12.在一些实施方式中，所述隔离子或所述微通道管由弹性材料制成，所述隔离子可脱开地卡接固定至所述微通道管内；所述隔离子从卡接位置的脱开力大于使用中受到的推
动力。
13.在一些实施方式中，所述微通道管的管壁至少部分透明，所述隔离子的周向表面至少部分由吸光热熔材料制成，所述隔离子通过激光焊接固定设置于所述微通道管内。
14.在一些实施方式中，所述隔离子浮动设置。
15.在一些实施方式中，还包括至少一连接管，所述微通道管为多个，所述连接管将多个所述微通道管连通；所述微通道管的两端设有快速连接结构，所述连接管适于和所述微通道管快速连接和拆分。
16.在一些实施方式中，所述流动通道的横截面呈扁平状，所述磁力搅拌子整体呈长条状，所述磁力搅拌子的长度小于所述流动通道的宽度、大于所述流动通道的高度，所述搅拌区域在所述流动通道的长度方向上的尺寸大于所述磁力搅拌子的长度，使所述磁力搅拌子适于在所述搅拌区域内自由旋转。
17.在一些实施方式中，所述隔离子在所述流动通道的长度方向的端面上设有与所述磁力搅拌子的旋转轨迹匹配的凹陷部。
18.在一些实施方式中，所述流动通道的横截面呈圆形，所述隔离子整体呈圆管状，所述隔离子的外径与所述流动通道的直径匹配，所述隔离子的内径与所述磁力搅拌子的尺寸匹配。
19.在一些实施方式中，所述隔离子具有至少一横截面呈窄条状的格栅，所述格栅将所述流动通道分隔成多个所述磁力搅拌子无法通过的子流动通道。
20.本实用新型的各个实施例具有以下技术效果中的至少一种：
21.1.通过可从微通道管的一端装入的磁力搅拌子和隔离子，使微通道管内的磁力搅拌子数量和位置设置灵活、隔离可靠、既可振动搅拌也可转动搅拌；
22.2.通过将微通道管和隔离子设计成简单的形状，降低了成本；
23.3.通过浮动设置的隔离子，可以使隔离子和磁力搅拌子可以取出清洗或更换，隔离子还可以起到辅助搅拌的作用，搅拌效果好、适应性较佳；
24.4.通过卡接或激光焊接固定隔离子，在保持零部件结构简单的情况下实现隔离子的可靠固定；
25.5.通过在隔离子上设置窄条状格栅，可在保证隔离效果的情况下降低对反应流体的阻力。
附图说明
26.下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对本实用新型的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
27.图1是动态搅拌微反应器的一个实施例的组成零件示意图(仅示出部分零件)；
28.图2是隔离子的一个实施例的立体图；
29.图3是动态搅拌微反应器的另一个实施例的立体图(仅示出相关零件)；
30.图4是图3中局部a的放大图；
31.图5是动态搅拌微反应器的另一个实施例的组成零件示意图(仅示出部分零件)；
32.图6是图5所示实施例的装配状态的侧视图；
33.图7是图6中的b-b剖视图；
34.图8是隔离子的另一个实施例的立体图；
35.图9是图6中的c-c剖视图(仅示出了隔离子)；
36.图10是隔离子的另一个实施例的立体图；
37.附图标号说明：
38.10.微通道管，11.快速连接结构，20.磁力搅拌子，30.隔离子，31.本体，32.凸起部，33.切欠槽，34.格栅，35.凹陷部，40.连接管。
具体实施方式
39.为了更清楚地说明本实用新型的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
40.为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。在本技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
41.除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
42.如图1所示(仅示出部分零件)，本实用新型提供的动态搅拌微反应器的一个实施例包括微通道管10、多个磁力搅拌子20、多个隔离子30、磁力驱动装置以及相关的连接件(磁力驱动装置和连接件为现有技术，图中未示出)。微通道管10具有沿长度方向延伸的流动通道，用于容纳和流通反应流体；磁力搅拌子20设置于微通道管10内，用于为反应流体在流动过程中提供动态搅拌；隔离子30设置于微通道管10内，将微通道管10隔离成至少多个搅拌区域，使一个搅拌区域内的磁力搅拌子20无法移动至另一个搅拌区域内。隔离子30具有流体通道，使一个搅拌区域内的反应流体可以流动至相邻的搅拌区域；磁力驱动装置用于驱动磁力搅拌子20旋转或振动；磁力驱动装置和磁力搅拌子20均为可从市场上购得的现有产品。其中磁力搅拌子20和隔离子30均可从微通道管10的一端装入微通道管10内。
43.磁力搅拌子20和隔离子30可依次间隔设置，也可连续设置多个隔离子30，以减少磁力搅拌子20的数量，可根据需要调整。通过隔离子30将磁力搅拌子20限制于不同的搅拌区域内，使磁力搅拌子20可设置成振动或转动搅拌模式，可灵活设置磁力搅拌子20的数量和位置，且在反应流体流动时不会改变位置，可适应各种磁力驱动装置和实验场景，适应性较佳。
44.在一些实施例中，如图1所示，隔离子30采用简单的圆管状结构，和磁力搅拌子20均浮动设置于微通道管10内。微通道管10的流动通道的横截面呈圆形，隔离子30的外径与流动通道的直径匹配，隔离子30的内径与磁力搅拌子20的尺寸匹配。具体地，可使隔离子30
的外经在流动通道直径的50％至90％之间、隔离子30的长度大于流动通道的直径；磁力搅拌子20的外径在流动通道直径的50％至90％之间、且外径大于隔离子30的内径、长度大于流动通道的直径。此时磁力搅拌子20适于在隔离子30之间的搅拌区域内振动搅拌。实际使用时，由于隔离子30为简单的圆管状，可采用常用的pe管剪取合适的长度即可使用，长度可根据需要剪取，根据需要还可在不同的实验之间更换不同长度的隔离子30，不仅成本低、使用方便，而且设置灵活、适应性较佳。在反应流体流经流动通道时，不仅磁力搅拌子20通过振动对反应流体进行搅拌，而且在隔离子30的尺寸合理设置时，也会在反应流体内产生振动，甚至发生谐振，起到辅助搅拌的作用。浮动设置的隔离子30可采用各种形状，如图10所示的隔离子30的一个实施例，可以通过灵活设置隔离子30的横截面，在起到隔离磁力搅拌子20的作用的同时，可对反应流体的流动进行优化。
45.在一些实施例中，隔离子30与微通道管10固定设置。仍如图10所示的隔离子30的实施例为例，当微通道管10由弹性材料制成时，例如采用pfa塑料管时，可同样采用pfa制成稍带弹性的隔离子30，并将隔离子30设置成与微通道管10成过盈配合，即可将隔离子30推入微通道管10并卡设在设定的位置。由于pfa为热熔塑料，也可将微通道管10设为透明，隔离子30采用包含色母的不透明pfa材料，即可用透射式激光焊接将隔离子30和微通道管10焊接在一起。由于隔离子30受到的推力很小，采用卡接或者局部激光焊接均可具有足够的固定可靠度。
46.在一些实施例中，如图2所示，还可将隔离子30设置成可脱开地卡接固定至微通道管10内的方式。例如在隔离子30的本体31的外壁凸起设置多个凸起部32，并在和凸起部32周向错开90
°
的管壁上开设径向和轴向均贯通的切欠槽33，即可使隔离子30具有合适的变形能力。此时的隔离子30易于推入微通道管10并卡设在设定的位置。同时也可在设定位置的微通道管10的内壁上同时设置与凸起部32匹配的环形凹槽(图中未示出)，可以更加可靠地卡设隔离子30。设计时很容易使隔离子30从卡接位置的脱开力大于使用中受到的推动力。
47.在一些实施例中，为了可采用透射式激光焊接，微通道管10的管壁至少在需要焊接的位置设置为透明结构，同时隔离子30采用热熔性塑料制成，其周向表面至少在需要焊接的部分由吸光热熔性材料制成，即可通过透射式激光焊接将隔离子30固定设置于微通道管10内的设定位置。实际焊接的焊缝仅需要很少的面积即可达到所需要的连接强度。隔离子30的外部尺寸可设置成和微通道管10构成间隙配合。微通道管10既可同时采用热熔性塑料制成，以构成强度更高的焊缝，但也可采用玻璃而不参与激光焊接时的熔合，而仅用隔离子30的熔融产生浸润粘合，此时需要在激光熔接过程中在隔离子30上产生较大的熔融面积。
48.如图3所示，在一些实施例中，还包括至少一连接管40，微通道管10为多个，连接管40将多个微通道管10连通。如图4所示，微通道管10的两端设有快速连接结构11，连接管40的端部匹配设置有相应的结构，使之适于和微通道管10快速连接和拆分。通过连接管40可将多个微通道管10连接成平面或立体管网，以更好地利用磁力驱动装置的驱动平台的面积；或者在反应流体同时需要进行外部加热或冷却时，可以更有效地设置加热装置或冷却装置，提高系统效率。快速连接结构11可使实验设置更加灵活方便。
49.如图5所示，在一些实施例中，微通道管10的流动通道的横截面呈扁平状。如图7所
示，磁力搅拌子20整体呈常见的长条状，磁力搅拌子20的长度小于流动通道的宽度、大于流动通道的高度，相邻的两个隔离子30之间的搅拌区域在流动通道的长度方向上的尺寸大于磁力搅拌子20的长度，使磁力搅拌子20适于在搅拌区域内自由旋转。扁平状的流动通道和搅拌区域可使磁力搅拌子20的旋转搅拌效率更高。
50.在一些实施例中，如图8和图9所示，隔离子30在流动通道的长度方向的端面上设有与磁力搅拌子20的旋转轨迹匹配的凹陷部35。凹陷部35结合扁平状的搅拌区域可以构成和磁力搅拌子20的旋转轨迹匹配的搅拌空间，进一步提高搅拌效率。
51.如图8至图10所示，在一些实施例中，隔离子30的横截面具有至少一个横截面呈窄条状的格栅34，格栅34将流动通道分隔成多个磁力搅拌子20无法通过的子流动通道。横截面为窄条状的格栅34占用流动通道的横截面最小，因而造成的流动阻力最小，同时可以提供足够的支撑强度。
52.上述仅为本技术的较佳实施例及所运用的技术原理，在不脱离本技术构思的情况下，还可以进行各种明显的变化、重新调整和替代。本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点和功效。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神的情况下进行各种修饰或改变。在不冲突的情况下，以上实施例及实施例中的特征可以相互组合。