[發(fā)明專利]用于液-液快速混合與反應的撞擊流高剪切反應器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910228977.8
• 申請日: 2009-12-04
• 公開（公告）號: CN101716486A
• 公開（公告）日: 2010-06-02
• 發(fā)明（設計）人: 張金利;閆少偉;徐雙慶;楊富榮;韓優(yōu);李改英;楊錦;郭可宇
• 申請（專利權）人: 天津大學;賽鼎工程有限公司
• 主分類號: B01J19/18
• 分類號: B01J19/18;B01J14/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 陸藝

技術領域

本發(fā)明涉及一種撞擊流高剪切反應器，尤其涉及一種可用于兩組分或多組分液-液快速混 合與反應的撞擊流高剪切反應器。

背景技術

液-液混合是重要的化工過程，其效果對于快速液-液反應體系尤為重要。譬如，在利用 液-液兩相沉淀反應制備超細粉體過程中，液-液混合的效果直接影響顆粒的粒徑及其分布； 液相反應體系中進行復雜的快速平行競爭反應或者連串競爭反應時，液-液快速混合的效果極 大的影響目標產(chǎn)品的收率和質量，并可能對整個生產(chǎn)過程的設計、優(yōu)化和操作帶來影響。

撞擊流(Impinging?Streams，IS)是將兩股或多股流體以一定的方式進行高速撞擊，是實 現(xiàn)快速混合的一種重要方法。由于相向撞擊的特殊流動結構，撞擊流促進微觀混合非常有效。 伍沅等的研究結果表明，液相連續(xù)相撞擊流中存在的壓力波動是有效促進微觀混合的重要原 因之一，同時還有利于促進過程動力學(具體可參見《撞擊流——原理·性質·應用》，2006年 第1版，第十一章，第175～185頁，伍沅，化學工業(yè)出版社)。不同結構的撞擊流反應器在用 于不同的液相反應、反應-沉淀或反應-結晶過程都顯示出優(yōu)良的性能。

專利CN?200520089347.4提出一種適用于石油化工行業(yè)中液-液相連續(xù)反應過程的撞擊流 反應器。反應器采用管式殼體，兩個導流筒安裝于反應器中間，對稱安裝于導流筒兩端且與 導流筒同軸的兩個螺旋槳推動反應物料經(jīng)導流筒高速流動并在中心處相向撞擊，有效促進了 反應物料的混合。該反應器尤其適用于原料或產(chǎn)物中包括有固體或絮體而連續(xù)相是液體的反 應過程。

專利DE?10223567A1提出一種制備微米級和納米級顆粒的方法，分別將金屬鹽的熱水溶 液與堿溶液通過微型噴射反應器形成撞擊流，進而發(fā)生沉淀反應，形成金屬氧化物的沉淀。 該方法可以用于制備超細金屬氧化物粉體，比如用于制造電子陶瓷產(chǎn)品的鈦氧化合物。

利用撞擊流混合技術時，為獲得良好的快速混合效果，一般需要原料以較高速度撞擊， 一方面這需要較高的進料壓力，另一方面高速流體撞擊造成劇烈的壓力波動，以及高速流體 的沖刷磨蝕會對設備造成損壞。對于有固體產(chǎn)生的過程，如果因為流體速度不夠導致撞擊流 混合效果不好，會使產(chǎn)生的固體粒徑偏大，有堵塞反應器的危險。

通過轉子-定子系統(tǒng)(Rotor-Stator?System)的高速剪切作用是實現(xiàn)物料間快速混合的又一 種手段，稱為高剪切(High?Shear)，屬于動態(tài)混合器的一種。

Bayer公司的專利US?4851571報道了一種用于制備有機異氰酸酯的這種高剪切反應器。 反應器包括外殼和內部高速旋轉的轉子，在外殼以及轉子上固定有一定數(shù)量的翅片，外殼的 翅片與內部轉子上的翅片之間形成曲折、狹窄的流體通道，兩股原料經(jīng)進料口進入該曲折通 道，在轉子的高速旋轉下實現(xiàn)兩股流體的快速混合。

專利WO?2009/002900A2報道了一套制備有機異氰酸酯的反應系統(tǒng)以及生產(chǎn)工藝，該專 利中使用的反應裝置即為轉子-定子構造的動態(tài)混合器。典型的反應裝置包括圓錐或圓盤狀的 轉子和外殼，通過嚴格控制的轉子-定子間隙相互咬合，轉子-定子的間隙可以是固定的，也 可以是可調的。一般地，最小的間隙通常在0.0254～3.175mm，更大的可以達到10.16mm。使 用帶有三級轉子-定子結構的這種動態(tài)混合器制備有機異氰酸酯過程中，轉子葉片的末端速度 能達到至少22.9m/s，甚至超過40m/s，在巨大的剪切力作用下，反應原料中的氣態(tài)光氣能被 分散成直徑小于1微米的氣泡，實現(xiàn)物料的快速混合。

另外，這種動態(tài)混合器能使處理流體中的粒子達到平均粒徑為0.1～25微米，因此還能用 于乳化過程，并在化妝品、制醬、硅膠/銀混合物以及屋頂焦油的混合中被需求，如中國專利 CN?200420079012.X提出一種用于水煤漿強化處理的高剪切強化泵。

使用高剪切混合技術時，為獲得良好的快速混合效果，一般可以使用轉子-定子間隙逐漸 減小的多級轉子-定子結構，這意味著設備投資的增加，尤其是對設備材質有很高要求的時候。 另外，現(xiàn)有的高剪切設備不帶有換熱功能，不能用于有較大熱效應的混合和反應過程，這限 制了高剪切技術的適用范圍。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種用于液-液快速混合與反應的撞擊流 高剪切反應器。