[發明專利]一種孔射流式噴射反應器

有效

• 申請號: 200610168394.7
• 申請日: 2006-12-27
• 公開（公告）號: CN101209405A
• 公開（公告）日: 2008-07-02
• 發明（設計）人: 丁建生;楊萬宏;駱培成;華衛琦;馬德強;徐海全;張戈;候慶樂;孫德鎮;于天杰;姚雨;趙楠;李洪波
• 申請（專利權）人: 寧波萬華聚氨酯有限公司
• 主分類號: B01J19/26
• 分類號: B01J19/26;B01F5/02
• 代理公司: 北京邦信陽專利商標代理有限公司
• 代理人: 黃澤雄;崔華

技術領域

本發明涉及一種大規模生產能力下實現流體間快速混合、快速反應的噴射反應器。

背景技術

在一些化工生產過程中，在反應物料之間發生復雜的快速平行競爭反應或者快速串連競爭反應時，反應產物或中間產物與原料某組分可能會進一步發生反應；這些反應進行的程度與各種物料的濃度分布狀況有直接的關系。所以，物料之間的初始混合效果會極大地影響最終的產物分布、目的產品的收率和質量，并同時影響全生產過程的設計和能耗等指標。例如采用光氣化方法生產異氰酸酯(MDI或者TDI)時，該反應過程主要包括冷光氣化階段和熱光氣化階段。在冷光氣化階段，將液態的多胺和液態的光氣分別溶解在惰性溶劑中，例如氯苯、二氯苯、甲苯、氯化萘、1，2，4-三氯苯等，并使它們在0～90℃的低溫下進行反應。在此階段，主要生成酰胺和多胺的鹽酸鹽，以及少量的脲類化合物。主要反應如下：

RNH₂+COCl₂→RNHCOCl+HCl??????????(1)

RNH₂+HCl→RNH₂·HCl??????????????(2)

RNH₂+RNHCOCl→RNCO+RNH₂·HCl?????(3)

RNH₂+RNCO→RNHCONHR??????????????(4)

在冷反應階段，多胺首先與光氣發生反應(1)，生成胺基甲酰氯，這是一個快速放熱反應，反應在瞬間完成；同時，反應(1)產生的HCl與多胺發生快速反應(2)，生成多胺鹽酸鹽。胺基甲酰氯和多胺鹽酸鹽都是不溶于反應體系的固體物質。當光氣與多胺局部混合效果較差時，溶液中局部過量的多胺將與胺基甲酰氯或者異氰酸酯發生反應(3)和(4)，生成副產物脲，脲為不溶解于反應體系的粘稠狀物質。該過程為復雜的多步串聯競爭反應。主反應為瞬間反應，其反應的時間尺度在毫秒級或者以下；生成的產物進一步與原料發生快速反應，生成不溶解于體系的副產物。因此，兩種原料的初始混合效果將直接影響主產物的收率和選擇性。成功地設計快速液體混合反應器，提高兩股原料物流的初始混合效果，對于增加主產物的收率和選擇性，減小副產粘稠狀物質的生成具有重要的意義。

錯流混合是實現流體間快速混合的一種重要方法，其中一種方式為一股流體通過若干個小孔錯流射入另外一股流體中，由于流體通過小孔后被分成了很多股細小流股噴射進入主體流，在射入后每一股流體迅速被主體流股包圍，從而實現兩股流體之間的快速混合。

美國專利US?3,226,410公開了一種用于生產異氰酸酯的工藝，工藝中所涉及的用于原料多胺和光氣快速混合反應的設備為一種孔射流式的管式反應器(如圖1)，其中多胺流股通過管壁上的小孔錯流射入光氣流股中，借此實現物料之間的快速混合。該專利中未對孔射流式的管式反應器的尺寸進行描述，只是對兩股流體的流動狀態做了規定，要求兩股流體的流動雷諾數在2100以上。且由于專利中公布的反應器不能夠實現物料間的快速瞬間混合，為了得到滿意的產率需將反應物的濃度大大降低，因此需要較大的能耗來回收溶劑。

Bayer公司在其申請的用于生產異氰酸酯的專利(US?5,117,048)中公布了另外一種形式的孔射流噴射反應器(如圖2)，將一股流體(多胺)通過在縮徑處均勻分布的小孔呈錯流式噴射進入主流體(光氣)，實現兩股流體的快速混合。該反應器主要通過設計縮徑來增強兩股物料的湍動程度，從而強化物料之間的初始混合效果。采用該噴射反應器，用于稀釋反應物的溶劑用量可以大大減少。

通過以上的分析可以看出，將一股流體通過圓管上均勻分布的多個小孔呈錯流式噴射進入另外一股流體，在一定程度上可以實現物料之間的快速混合。但是，由于一股流體在另外一股流體中錯流射流時，由于流體之間的相互作用，射流流股進入主流體中時只能達到一定的射流深度，這樣當主體流的管路直徑較小時，可以實現兩股流體之間的快速混合，但是當生產能力較大時，主體流的管路直徑也相應較大，從射流孔噴射進入的流股不能在較短的時間內充分分散到主體流中，勢必導致主體流圓管中心的主體流物料在較長的一段距離內未與錯流射入的另一股物料發生混合，混合時間相應延長，因此對于孔射流式噴射器，當要求達到的混合時間尺度一定時，反應器的生產能力也存在最大極限。因此，需要開發更為有效的快速混合設備，以實現大規模生產能力下物料之間的快速混合、反應。

發明內容