CN101443100B - 混合装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于混合至少两种流体的混合装置(100)，该混合装置(100)包括可围绕其纵轴(121)旋转的杆(120)、安装在杆(120)上并且相应地在轴向上间隔开的第一(122)和第二(124)径向延伸的推进器，特征在于第一推进器(122)包括多个可操作以使所述流体在轴向上朝着第二推进器(124)移动的弯曲叶片(125)，并且第二推进器(124)包括多个可操作以使所述流体在轴向上朝着第一推进器(122)移动的弯曲叶片(125)。

Description

混合装置
技术领域
本发明涉及一种混合装置。特别地但并非唯一地，本发明涉及一种用于将气体分散在液体中的装置。
背景技术
许多工业工艺例如用于发酵、氢化、氯化、氧化和羰基化的工艺引入了推进器驱动(impeller driven)的混合系统。
推进器驱动的混合系统通常引入一个安装在旋转杆上的推进器。这类系统可被描述为具有与旋转杆的轴平行的轴纵向流动和/或与安装在杆上的径向延伸的叶片平行的径向流动。推进器可以因此为将流体以径向朝着其中装有推进器的腔室的壁推进的径向流动推进器，例如Chemineer BT-6TM涡轮，或者作为选择，推进器可以为包括以一定的角度间隔以将流体流动引导在轴向上的径向延伸的叶片的轴向流动推进器。轴向流动推进器的例子包括船舶推进器(marine impeller)和水翼推进器(hydrofoili mpeller)。混合流动系统是已知的，其中推进器导致在轴向和径向两者上的流动。混合流动推进器的例子是45°间隔的叶片涡轮(blade turbine)。这类混合系统可用于液-液、液-固或液-气反应中。
在容器中用于将气体分散在液体中的双推进器系统是已知的。特别地，在Kuboi的题为“The Power Drawn by Dual Impeller SystemsUnder Gassed and Ungassed Conditions”的论文(Fourth EuropeanConference on Mixing，1982年4月27-29日中)，披露了两种轴向隔开的45°间隔的叶片涡轮的组合，其中在共用轴上将第一推进器安装在第二推进器的下方。推进器叶片被取向，使得第一推进器将液体向上和向外推进并且第二推进器将液体向下和向外推进。在充气条件下，当将气体引入容器中时，第一推进器造成进入的气泡流分裂以使得一些气泡流朝着容器壁径向向外驱动，并且一些轴向向上朝着第二推进器驱动。
在充气条件下双推进器系统的效果取决于推进器的旋转速度。在较低的速度下，由第一推进器向上推进的气泡可能不被第二推进器影响。第二推进器不能克服浮力，并且因此第二推进器对于使气体分散在液体中不起作用。只有当第二推进器的旋转速度增加时才克服了浮力。不利的是，在液体中产生不均匀的气体分散。这在本申请的图1中示出。进一步不利的是，为了实现均匀分散，必须急剧增加第二推进器的旋转速度。
非常希望能够在工业工艺中实现完全均匀的分散。在其中气/液质量传递是必要特征的工业工艺中，这有助于可控性并且增强反应器性能。在这类工艺中，当气体良好分散时，在推进器之间和周围的液体中可以存在相当均匀的湍流动力的涡流消散区，所述推进器控制气泡的聚集和破裂。如果气体分散非常不均匀，则不希望的聚集可能导致气泡尺寸的急剧增加，并且因此用于进行界面质量传递的表面积减小。有利地，受控的湍流动能消散区域导致在推进器比功率的范围内窄的气泡尺寸分布。
发明内容
本发明的目的是提供一种使得能够控制流体或固体的混合并同时提供有效的混合环境的混合装置。
根据本发明的第一个方面，提供了一种用于混合至少两种流体的混合装置，该混合装置包括可围绕其纵轴旋转的杆、安装在杆上并且相应地在轴向上间隔开的第一和第二径向延伸的推进器，特征在于第一推进器包括多个可操作以使所述流体在轴向上朝着第二推进器移动的弯曲叶片，并且第二推进器包括多个可操作以使所述流体在轴向上朝着第一推进器移动的弯曲叶片。
优选地，每一推进器上的叶片向内泵入(pumping)推进器之间的间隙中。在基本上垂直的杆的情形下，下方推进器因此向上泵送(pumping)并且上方推进器向下泵送。优选地，每一推进器的叶片是水翼叶片(hydrofoil blade)。合适的水翼叶片是Chemineer MaxfloTMW。作为选择，可以使用Lightnin A315TM、A320TM或A340TM。
有利地，由于由第一推进器和第二推进器产生的相对轴向流动，因此在所述推进器之间的中心混合区观察到高湍流区域。该高湍流保持在该区中，并且因此湍流能量消散几乎没有变化。因此，气泡尺寸最少地变化，导致在中心混合区中窄的气泡尺寸分布。有利地，窄的气泡尺寸分布使得能够更容易地控制工艺或化学反应。该区域提供了其中使至少两种流体一起混合的区。因此可以促进中心混合区中的化学反应。流体可以是液-固、液-液或液-气。优选地，该至少两种流体包括液体和气体。
有利的是提供一种其中气泡尺寸很大程度上与推进器比功率无关的气/液混合环境。在该系统中，液体混合时间可以变化，这与气泡尺寸无关。
优选地，第一推进器和第二推进器各自包括两个或更多个弯曲叶片，更优选三个或更多个弯曲叶片。最优选具有四个弯曲叶片的推进器。提供具有大量弯曲叶片的推进器增加了用于使大的气泡破裂的剪切力。产生的小气泡与用具有较少弯曲叶片的第一推进器和/或第二推进器产生的那些气泡相比具有更小的平均气泡直径，并且因此增加了用于进行反应的可利用的表面积。
优选地，第一推进器的直径与第二推进器的直径相同。优选地，推进器或每一推进器的直径基本上为其中安装所述推进器的容器的直径的一半。
有利地，推进器的直径越小，给定的功率产生的剪切力越大，并且因此产生大量的小气泡，使得用于进行反应的可利用的表面积增加。
优选地，第一推进器与第二推进器之间的轴向距离为至少一个推进器直径间隔。在该构造中，由相对的推进器产生的湍流在中心混合区中平衡，这使得能够预测气泡尺寸并且因此控制进行的反应。
优选的是被推进器的组合牵引的总功率是低的。优选地，推进器在低的功率数，优选基本上为1-5，更优选基本上为1-3，最优选基本上为1.75下工作。这样做时，该系统消耗比在通常为3.2的功率数下工作的常规系统更少的能量。可以使用常规设备例如应变仪测量功率。
优选地，当在低功率数下工作时，实现了完全均匀的分散相分布。这是非常希望的并且归因于叶片，优选水翼叶片的能量效率。
不受理论的限制，本发明的功效的一种可能的解释是水翼叶片的使用减少了顶部涡流并且将更多的杆能量转化成流动而不是湍流动能，促进了完全分散。
优选地，当第一推进器和第二推进器旋转时使用的比功率基本上为50W/m3-900W/m3，更优选基本上为100W/m3-800W/m3。
优选地，当在系统中使用两个相对的Maxflo型推进器时，优选的比功率基本上为50W/m3-900W/m3。优选地，当使用BT-6型推进器时，优选的比功率基本上为400W/m3-3200W/m3。在该比功率下，保持了窄的气泡尺寸分布并且控制了反应。
优选地，当使用两个相对的Maxflo推进器时，算术平均尺寸(d10)基本上为250μm-550μm并且表面体积平均直径(d32)基本上为400μm-750μm。优选地，当在基本上为750rpm下工作时，d10基本上为250μm-350μm，最优选基本上为296μm，并且优选地，d32基本上为400μm-500μm，最优选基本上为450μm。优选地，当在基本上为991rpm下工作时，d10基本上为300μm-400μm，最优选基本上为330μm，并且优选地，d32基本上为460μm-560μm，最优选基本上为510μm。优选地，当在基本上为1200rpm下工作时，d10基本上为350μm-450μm，最优选基本上为394μm，并且优选地，d32基本上为450μm-550μm，最优选基本上为500μm。
优选地，当使用BT-6型推进器时，d10基本上为250μm-1500μm。特别地，当在基本上为251rpm下工作时，优选地d10基本上为550μm-650μm，最优选基本上为633μm，并且d32优选基本上为800μm-1000μm，最优选基本上为978μm。优选地，当在基本上为380rpm下工作时，d10优选基本上为800μm-900μm，最优选基本上为841μm，并且d32优选基本上为1000μm-1500μm，最优选基本上为1345μm。在基本上为500rpm下，d10优选基本上为500μm-600μm，最优选基本上为597m，并且d32优选基本上为700μm-800μm，最优选基本上为721μm。优选地，当在基本上为765rpm下工作时，d10优选基本上为300μm-400μm，最优选基本上为378μm，并且d32优选基本上为400μm-500μm，最优选基本上为445μm。
在其中将气体喷射到搅拌的液体介质中的反应器中，优选地，在优选为50rpm-1200rpm，最优选基本上为50rpm-200rpm的推进器速度下，喷射的气体速率基本上为0.05-1.0m3/s，优选基本上为0.1-0.5m3/s，最优选基本上为0.13m3/s。
用于气-液混合系统设计的关键参数是临界分散速度。其是确保气泡均匀分散所需的最小推进器速度。在直径优选基本上为1-10m，更优选基本上为2-5m的容器中在两个相对流动的水翼的系统中用于实现分散的临界分散速度优选基本上为1-100rpm，优选基本上为5-50rpm，更优选基本上为10-20rpm，最优选基本上为14rpm。
因此，在本发明的另一个方面中提供了一种包括液相和根据本发明第一个方面的用于将流体混合到液相中的混合装置的化学反应体系。优选地，流体是固体或者最优选地，流体是气体。
优选地，液相包含至少一种用于与引入液相中的气体反应的液相反应物，以及至少一种液相反应产物。优选地，液相包括引入其中的气体。优选地，所述气体包括一种或多种能与所述一种或多种反应物反应的反应物。优选地，液相包括催化剂体系。优选地，该反应体系是羰基化反应体系，例如描述于共同待审的英国专利申请GB0516556.8或者在欧洲专利和专利申请EP-A-0055875、EP-A-04489472、EP-A-0106379、EP-A-0235864、EP-A-0274795、EP-A-0499329、EP-A-0386833、EP-A-0441447、EP-A-0489472、EP-A-0282142、EP-A-0227160、EP-A-0495547、EP-A-0495548、EP-A-1651587、EP-A-1565425、EP-A-1554039、EP-A-1534427、EP-A-1527038、EP-A-1204476、WO2005118519和WO2005079981中提及的一类。
优选地，该反应体系是包括在羟基源，优选甲醇，与包含(a)二齿膦、胂或
Figure G2007800167915D0006142410QIETU
配体和(b)选自第8、9或10族金属或它们的化合物的催化金属，优选钯的催化剂体系的存在下，用一氧化碳将烯属不饱和化合物羰基化的羰基化工艺。优选地，膦配体选自：1，2-双(二叔丁基膦基甲基)苯、1，2-双(二叔戊基膦基甲基)苯、1，2-双(二叔丁基膦基甲基)萘、1，2-双(二金刚烷基膦基甲基)苯、1，2-双(二-3，5-二甲基金刚烷基膦基甲基)苯、1，2-双(二-5-叔丁基金刚烷基膦基甲基)苯、1，2-双(1-金刚烷基叔丁基膦基甲基)苯、1-(二金刚烷基膦基甲基)-2-(二叔丁基膦基甲基)苯、1-(二叔丁基膦基甲基)-2-(二congressyl膦基甲基)苯、1-(二叔丁基膦基甲基)-2-(磷杂-金刚烷基-P-甲基)苯、1-(二金刚烷基膦基甲基)-2-(磷杂-金刚烷基-P-甲基)苯、1-(叔丁基金刚烷基膦基甲基)-2-(二金刚烷基膦基甲基)苯和1-[(P-(2，2，6，6-四甲基膦(phosphinan)-4-酮)膦基甲基)]-2-(磷杂-金刚烷基-P-甲基)苯，其中“磷杂-金刚烷基”选自2-磷杂-1，3，5，7-四甲基-6，9，10-三氧杂-金刚烷基、2-磷杂-1，3，5-三甲基-6，9，10-三氧杂-金刚烷基、2-磷杂-1，3，5，7-四(三氟甲基)-6，9，10-三氧杂-金刚烷基或2-磷杂-1，3，5-三(三氟甲基)-6，9，10-三氧杂-金刚烷基；1，2-双(二甲基氨基甲基)二茂铁、1，2-双(二叔丁基膦基甲基)二茂铁、1-羟甲基-2-二甲基氨基甲基二茂铁、1，2-双(二叔丁基膦基甲基)二茂铁、1-羟甲基-2，3-双(二甲基氨基甲基)二茂铁、1，2，3-三(二叔丁基膦基甲基)二茂铁、1，2-双(二环己基膦基甲基)二茂铁、1，2-双(二异丁基膦基甲基)二茂铁、1，2-双(二环戊基膦基甲基)二茂铁、1，2-双(二乙基膦基甲基)二茂铁、1，2-双(二异丙基膦基甲基)二茂铁、1，2-双(二甲基膦基甲基)二茂铁、1，2-双(二-(1，3，5，7-四甲基-6，9，10-三氧杂-2-磷杂-金刚烷基甲基))二茂铁、1，2-双(二甲基氨基甲基)二茂铁-双甲基碘化物、1，2-双(二羟甲基膦基甲基)二茂铁、1，2-双(二膦基甲基)二茂铁、1，2-双-α，α-(P-(2，2，6，6-四甲基膦-4-酮))二甲基二茂铁和1，2-双(二-1，3，5，7-四甲基-6，9，10-三氧杂-2-磷杂-金刚烷基甲基))苯；顺式-1，2-双(二叔丁基膦基甲基)-4，5-二甲基环己烷；顺式-1，2-双(二叔丁基膦基甲基)-5-甲基环戊烷；顺式-1，2-双(2-膦基甲基-1，3，5，7-四甲基-6，9，10-三氧杂-金刚烷基)-4，5-二甲基环己烷；顺式-1，2-双(2-膦基甲基-1，3，5，7-四甲基-6，9，10-三氧杂-金刚烷基)-5-甲基环戊烷；顺式-1，2-双(二金刚烷基膦基甲基)-4，5-二甲基环己烷；顺式-1，2-双(二金刚烷基膦基甲基)-5-甲基环戊烷；顺式-1-(P，P金刚烷基叔丁基膦基甲基)-2-(二叔丁基膦基甲基)-4，5-二甲基环己烷；顺式-1-(P，P金刚烷基叔丁基膦基甲基)-2-(二叔丁基膦基甲基)-5-甲基环戊烷；顺式-1-(2-膦基甲基-1，3，5，7-四甲基-6，9，10-三氧杂-金刚烷基)-2-(二叔丁基膦基甲基)-4，5-二甲基环己烷；顺式-1-(2-膦基甲基-1，3，5，7-四甲基-6，9，10-三氧杂-金刚烷基)-2-(二叔丁基膦基甲基)-5-甲基环戊烷；顺式-1-(2-膦基甲基-1，3，5，7-四甲基-6，9，10-三氧杂-金刚烷基)-2-(二金刚烷基膦基甲基)-5-甲基环己烷；顺式-1-(2-膦基甲基-1，3，5，7-四甲基-6，9，10-三氧杂-金刚烷基)-2-(二金刚烷基膦基甲基)-5-甲基环戊烷；顺式-1-(2-膦基甲基-1，3，5，7-四甲基-6，9，10-三氧杂-金刚烷基)-2-(二金刚烷基膦基甲基)环丁烷；顺式-1-(二叔丁基膦基甲基)-2-(二金刚烷基膦基甲基)-4，5-二甲基环己烷；顺式-1-(二叔丁基膦基甲基)-2-(二金刚烷基膦基甲基)-5-甲基环戊烷；顺式-1，2-双(2-磷杂-1，3，5-三甲基-6，9，10-三氧杂三环-{3.3.1.1[3.7]}癸基)-4，5-二甲基环己烷；顺式-1，2-双(2-磷杂-1，3，5-三甲基-6，9，10-三氧杂三环-{3.3.1.1[3.7]}癸基)-5-甲基环戊烷；顺式-1-(2-磷杂-1，3，5-三甲基-6，9，10-三氧杂三环-{3.3.1.1[3.7]}癸基)-2-(二叔丁基膦基甲基)-4，5-二甲基环己烷；顺式-1-(2-磷杂-1，3，5-三甲基-6，9，10-三氧杂三环-{3.3.1.1[3.7]}癸基)-2-(二叔丁基膦基甲基)-5-甲基环戊烷；顺式-1-(2-磷杂-1，3，5-三甲基-6，9，10-三氧杂三环-{3.3.1.1[3.7]}癸基)-2-(二金刚烷基膦基甲基)-4，5-二甲基环己烷；顺式-1-(2-磷杂-1，3，5-三甲基-6，9，10-三氧杂三环-{3.3.1.1[3.7]}癸基)-2-(二金刚烷基膦基甲基)-5-甲基环戊烷；顺式-1，2-双-全氟(2-磷杂-1，3，5，7-四甲基-6，9，10-三氧杂三环-{3.3.1.1[3.7]}癸基)-4，5-二甲基环己烷；顺式-1，2-双-全氟(2-磷杂-1，3，5，7-四甲基-6，9，10-三氧杂三环-{3.3.1.1[3.7]}癸基)-5-甲基环戊烷；顺式-1，2-双(2-磷杂-1，3，5，7-四(三氟甲基)-6，9，10-三氧杂三环-{3.3.1.1[3.7]}癸基)-4，5-二甲基环己烷；顺式-1，2-双(2-磷杂-1，3，5，7-四(三氟甲基)-6，9，10-三氧杂三环-{3.3.1.1[3.7]}癸基)-5-甲基环戊烷；顺式-1，2-双(二叔丁基膦基甲基)环己烷；顺式-1，2-双(二叔丁基膦基甲基)环戊烷；顺式-1，2-双(二叔丁基膦基甲基)环丁烷；顺式-1，2-双(2-膦基甲基-1，3，5，7-四甲基-6，9，10-三氧杂-金刚烷基)环己烷；顺式-1，2-双(2-膦基甲基-1，3，5，7-四甲基-6，9，10-三氧杂-金刚烷基)环戊烷；顺式-1，2-双(2-膦基甲基-1，3，5，7-四甲基-6，9，10-三氧杂-金刚烷基)环丁烷；顺式-1，2-双(二金刚烷基膦基甲基)环己烷；顺式-1，2-双(二金刚烷基膦基甲基)环戊烷；顺式-1，2-双(二金刚烷基膦基甲基)环丁烷；顺式-1-(P，P-金刚烷基叔丁基膦基甲基)-2-(二叔丁基膦基甲基)环己烷；顺式-1-(P，P-金刚烷基叔丁基膦基甲基)-2-(二叔丁基膦基甲基)环戊烷；顺式-1-(P，P-金刚烷基叔丁基膦基甲基)-2-(二叔丁基膦基甲基)环丁烷；顺式-1-(2-膦基甲基-1，3，5，7-四甲基-6，9，10-三氧杂-金刚烷基)-2-(二叔丁基膦基甲基)环己烷；顺式-1-(2-膦基甲基-1，3，5，7-四甲基-6，9，10-三氧杂-金刚烷基)-2-(二叔丁基膦基甲基)环戊烷；顺式-1-(2-膦基甲基-1，3，5，7-四甲基-6，9，10-三氧杂-金刚烷基)-2-(二叔丁基膦基甲基)环丁烷；顺式-1-(2-膦基甲基-1，3，5，7-四甲基-6，9，10-三氧杂-金刚烷基)-2-(二金刚烷基膦基甲基)环己烷；顺式-1-(2-膦基甲基-1，3，5，7-四甲基-6，9，10-三氧杂-金刚烷基)-2-(二金刚烷基膦基甲基)环戊烷；顺式-1-(2-膦基甲基-1，3，5，7-四甲基-6，9，10-三氧杂-金刚烷基)-2-(二金刚烷基膦基甲基)环丁烷；顺式-1-(二叔丁基膦基甲基)-2-(二金刚烷基膦基甲基)环己烷；顺式-1-(二叔丁基膦基甲基)-2-(二金刚烷基膦基甲基)环戊烷；顺式-1-(二叔丁基膦基甲基)-2-(二金刚烷基膦基甲基)环丁烷；顺式-1，2-双(2-磷杂-1，3，5-三甲基-6，9，10-三氧杂三环-{3.3.1.1[3.7]}癸基)环己烷；顺式-1，2-双(2-磷杂-1，3，5-三甲基-6，9，10-三氧杂三环-{3.3.1.1[3.7]}癸基)环戊烷；顺式-1，2-双(2-磷杂-1，3，5-三甲基-6，9，10-三氧杂三环-{3.3.1.1[3.7]}癸基)环丁烷；顺式-1-(2-磷杂-1，3，5-三甲基-6，9，10-三氧杂三环-{3.3.1.1[3.7]}癸基)-2-(二叔丁基膦基甲基)环己烷；顺式-1-(2-磷杂-1，3，5-三甲基-6，9，10-三氧杂三环-{3.3.1.1[3.7]}癸基)-2-(二叔丁基膦基甲基)环戊烷；顺式-1-(2-磷杂-1，3，5-三甲基-6，9，10-三氧杂三环-{3.3.1.1[3.7]}癸基)-2-(二叔丁基膦基甲基)环丁烷；顺式-1-(2-磷杂-1，3，5-三甲基-6，9，10-三氧杂三环-{3.3.1.1[3.7]}癸基)-2-(二金刚烷基膦基甲基)环己烷；顺式-1-(2-磷杂-1，3，5-三甲基-6，9，10-三氧杂三环-{3.3.1.1[3.7]}癸基)-2-(二金刚烷基膦基甲基)环戊烷；顺式-1-(2-磷杂-1，3，5-三甲基-6，9，10-三氧杂三环-{3.3.1.1[3.7]}癸基)-2-(二金刚烷基膦基甲基)环丁烷；顺式-1，2-双-全氟(2-磷杂-1，3，5，7-四甲基-6，9，10-三氧杂三环-{3.3.1.1[3.7]}癸基)环己烷；顺式-1，2-双-全氟(2-磷杂-1，3，5，7-四甲基-6，9，10-三氧杂三环-{3.3.1.1[3.7]}癸基)环戊烷；顺式-1，2-双-全氟(2-磷杂-1，3，5，7-四甲基-6，9，10-三氧杂三环-{3.3.1.1[3.7]}癸基)环丁烷；顺式-1，2-双(2-磷杂-1，3，5，7-四(三氟甲基)-6，9，10-三氧杂三环-{3.3.1.1[3.7]}癸基)环己烷；顺式-1，2-双(2-磷杂-1，3，5，7-四(三氟甲基)-6，9，10-三氧杂三环-{3.3.1.1[3.7]}癸基)环戊烷；和顺式-1，2-双(2-磷杂-1，3，5，7-四(三氟甲基)-6，9，10-三氧杂三环-{3.3.1.1[3.7]}癸基)环丁烷；(2-外，3-外)-双环[2.2.1]庚烷-2，3-双(二叔丁基膦基甲基)和(2-内，3-内)-双环[2.2.1]庚烷-2，3-双(二叔丁基膦基甲基)。
通过本发明产生的气泡尺寸可以是小的，并且因此提供用于进行界面质量传递的巨大的表面积。此外，由于气泡尺寸分布窄，伴随着小的偏差，因此可以控制羰基化反应。
本文中描述的所有特征可与任一个上述方面以任何组合结合，除非这些结合相互排斥。
附图简述
现在将仅通过例子参照附图描述本发明的实施方案，其中：
图1是现有技术混合装置的示意性横截面侧视图；
图2是根据本发明的混合装置的示意性横截面侧视图；
图3是使用中的根据本发明的混合装置的示意性横截面侧视图；和
图4是使用中的根据本发明的混合装置的另一个示意性横截面侧视图。
具体实施方式
图1示出了在含有液体14的容器12中使用的现有技术混合装置10。容器12具有入口16，通过该入口将气体18喷射到液体14中。混合装置10包括可围绕纵轴21旋转的垂直延伸的杆20，在该杆上以间隔开的方式固定地安装有第一推进器22和第二推进器24。第一推进器22安装在第二推进器24的上方。该第一和第二推进器22，24均是45°间隔的叶片涡轮。
在使用时，所述推进器必须在相同的速度下旋转。第一推进器22造成进入的气泡26在轴向和径向上流动。该流动的轴向分量产生动量，其与浮力一起阻止了第二推进器24有效地工作。只有通过提高推进器22，24的速度来克服该动量和浮力。如图1中由线A所示，速度的这种增加造成气体18完全分散在液体14中。液体14在气体18中非均匀的分散是不希望的，因为不能控制混合过程。
图2示出了根据本发明的混合装置100。该混合装置100包括可围绕纵轴121旋转的垂直延伸的杆120，在该杆上以间隔开的配置固定地以安装有第一推进器122和第二推进器124。该第一和第二推进器122，124均包括许多水翼叶片125。每一推进器122，124包括四个在杆120上固定安装的径向延伸的叶片125用于在使用中围绕杆的纵轴共同工作地旋转。每一推进器122，124上的每一叶片125是排列以使得将周围的流体在其他推进器的方向上轴向推进的水翼叶片。该第一或下方推进器122因此是向上泵送的推进器并且该第二或上方推进器124是向下泵送的推进器。尽管在图中只能看出两个叶片125，但技术人员将理解的是在所述推进器的每一个上可以使用任何数目的叶片，例如3、4或者甚至6个叶片。特别合适的可商购获得的推进器是已知为MaxfloTMW、A315、A320或A340推进器的那些。
第一推进器122安装在杆120上，使得叶片125的凹面朝着向上的方向。第二推进器124沿着杆120间隔并且安装，使得叶片125的凹面朝着向下的方向。第一推进器122与第二推进器124之间的距离约为所述推进器122，124的任一个的直径。
图3示出了在圆柱形容器112中的混合装置100。气体入口116位于底座132附近的容器112的底壁132。将理解的是容器112可以具有任何合适的可选择的构造，例如其可以是料斗。该混合装置100居中悬浮在容器112中。
尽管在图3中只示出了一个混合装置100，但将理解的是在腔室112中可以使用任何数目的混合装置100。例如，可以将两个、三个或四个混合装置100安装在腔室112中。
还将理解的是任何数目的第一或第二推进器122，124可被安装在杆120上并且与本发明的目的一致。例如图4中示出的配置200，其中一系列第一推进器222和一系列第二推进器224安装在杆220上。在杆220上可以安装任何数目的推进器222，224。
一种可选择的构造将包括安装在杆上的成对推进器。每一对将包括第一推进器和第二推进器。在任何给定的杆上可以有许多对推进器，例如二、三或四对。在该配置中，可以通过底座或腔室的侧壁将流体例如气体引入腔室中，在下方并且朝着第一推进器引导。
可以通过单独的驱动装置驱动第一或第二推进器，以使得例如第一推进器的旋转速度可与所述其它推进器的旋转速度不同。
在任一个所示的实施方案中，第一和第二推进器的直径可以不一定相同。另外，两个推进器之间的最佳距离取决于容器的几何结构和所述推进器的直径。
在使用时，如所示的羰基化反应中的那样，容器112，212装有流体114，214。然后通过气体入口116，216将气体118，218引入容器112,212中。杆120，220通过合适的驱动装置(未示出)旋转，以造成在液体114中第一推进器122，222和第二推进器124，224围绕杆120,220的纵轴121，221旋转。
气体118，218作为大的气泡150，215进入容器112，212。第一推进器122，222的旋转造成大的气泡150，215在轴向上朝着叶片125,225移动。大的气泡150，250撞击在叶片125，225上，并且在高湍流能量消散区域破裂成许多小的气泡152，252。小的气泡沿着最初轴向然后径向的液体流程移动。
第二推进器124，224造成以向下方向朝着第一推进器122，222轴向流动。由于由所述推进器产生的相对的轴向流程，因此建立了中心区160，260或者高湍流能量消散区。中心区160，260包括具有高的界面面积的相当均匀的高湍流能量消散区域，以使得液体114，214中的反应物与气体118，218中的反应物之间能够反应。另外，由于在中心区160，260中保持了湍流能量消散而没有过多的变化，因此产生窄的小气泡尺寸分布。这种窄尺寸分布使得能够预测并且控制反应器性能。
混合装置100，200特别适合于羰基化工艺。
表1给出了对于在各种速度和在4.2mm/sec下工作的两个相对的Maxflo推进器系统而言所得的气泡尺寸的例子。使用典型的图像捕集照相机测量气泡尺寸。
表1
 
N(rpm) 750 991 1200
d10(μm) 296 330 394
d32(μm) 450 510 500
显著有利的是能够控制在两种流体，特别是液体和气体之间进行的反应。还尤其有利的是能够促进至少两种流体之间有效并且高效的混合和相间质量传递。当应用于工业工艺时，这些优点具有高的商业价值。
读者的注意力涉及到与本申请相关的本说明书同时或者之前发表的并且与本说明书一起对公众开放检验的所有论文和文献，并且所有这些论文和文献的内容在此引入作为参考。
本说明书(包括任何附属的权利要求、摘要和附图)中披露的所有特征，和/或因此披露的任何方法或工艺的所有步骤可以任何组合合并，除了这些特征和/或步骤的至少一些相互排斥情况下的组合。
本说明书(包括任何附属的权利要求、摘要和附图)中披露的每一特征可被用于相同、等价或相似目的的作为替换的特征代替，除非另外清楚地说明。因此，除非另外清楚地说明，披露的每一特征仅是等价或相似特征的总系列的一个例子。
本发明不限于前述实施方案的细节。本发明扩充至本说明书(包括任何附属的权利要求、摘要和附图)中披露的特征的任何新的一个或者任何新的组合，或者扩充至因此披露的任何方法或工艺的步骤的任何新的一个或者任何新的组合。

Claims (17)

1.一种用于混合至少两种流体的混合装置，该混合装置包括可围绕其纵轴旋转的杆、安装在杆上并且相应地在轴向上间隔开的第一和第二径向延伸的推进器，第一推进器包括多个可操作以使所述流体在轴向上朝着第二推进器移动的弯曲叶片，并且第二推进器包括多个可操作以使所述流体在轴向上朝着第一推进器移动的弯曲叶片，特征在于该至少两种流体包括液体和气体，其中所述每一推进器的叶片是水翼叶片。
2.如权利要求1所述的混合装置，特征在于每一推进器上的叶片向内泵入推进器之间的间隙中。
3.如前述权利要求任一项所述的混合装置，特征在于第一推进器和第二推进器各自包括两个或更多个弯曲叶片。
4.如权利要求1或2所述的混合装置，特征在于第一推进器的直径与第二推进器的直径相同。
5.如权利要求1或2所述的混合装置，特征在于第一推进器与第二推进器之间的轴向距离为至少一个推进器直径间隔。
6.如权利要求1或2所述的混合装置，特征在于所述第一推进器和第二推进器在1.75的功率数下工作。
7.如权利要求1或2所述的混合装置，特征在于当第一推进器和第二推进器旋转时，第一推进器和第二推进器使用的比功率为100W/m3-800W/m3。
8.如权利要求1或2所述的混合装置，特征在于当使用两个相对的Maxflo推进器时，气泡的算术平均尺寸(d10)为250μm-550μm并且气泡的表面体积平均直径(d32)为400μm-750μm。
9.如权利要求1或2所述的混合装置，特征在于当使用BT-6型推进器时，气泡的算术平均尺寸(d10)为250μm-1500μm。
10.如权利要求9所述的混合装置，特征在于当第一推进器和第二推进器在765rpm下工作时，气泡的算术平均尺寸(d10)为378μm，并且气泡的表面体积平均直径(d32)为445μm。
11.如权利要求1或2所述的混合装置，特征在于喷射的气体速率为0.05-1.0m3/s。
12.如权利要求11所述的混合装置，特征在于在50rpm-200rpm的第一推进器速度和第二推进器速度下，喷射的气体速率为0.13m3/s。
13.如权利要求1或2所述的混合装置，特征在于在直径为2-5m的容器中，第一推进器和第二推进器的临界分散速度为10-20rpm。
14.一种化学反应体系，包括液相和根据前述权利要求任一项的用于将流体混合到液相中的混合装置。
15.如权利要求14所述的化学反应体系，特征在于液相包含至少一种用于与引入液相中的气体反应的液相反应物，以及至少一种液相反应产物。
16.如权利要求14或15所述的化学反应体系，特征在于液相包括催化剂体系。
17.如权利要求14或15所述的化学反应体系，特征在于该反应体系是包括在羟基源与包含(a)二齿膦、胂或
Figure FSB00000802250700021
配体和(b)选自第8、9或10族金属或它们的化合物的催化金属的催化剂体系的存在下，用一氧化碳将烯属不饱和化合物羰基化的羰基化工艺。
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