CN105833822B - 用于快速竞争反应的高剪切反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于快速竞争反应的高剪切反应器，包括圆筒状外壳、转子、定子和主传动轴，在圆筒状外壳上设置有出料口，圆筒状外壳一端端壁的中心位置设置有第一进料管，主传动轴末端、最内圈转子齿的内部设置有径流式叶轮，设置在第一级最内圈转子齿和次内圈转子齿之间的是内部为中空结构的进料定子齿2；进料定子齿2的中空部分通过所述端壁11内的环状中空结构12与第二进料管10连通；进料定子齿2上设置有出料孔9。本发明的反应器，能有效地避免两股物料在非高度湍动区接触，使从中心进料的流股能获得更大的动能且避免了物料的返混，使两股物料在毫秒级达到均匀混合。避免副反应的发生，大幅提高收率；成本低，易操作。

Description

用于快速竞争反应的高剪切反应器
技术领域
本发明涉及一种用于快速竞争反应的高剪切反应器。
背景技术
快速竞争反应是指在一个反应体系中，反应物同时快速参与几个反应速率不同的化学反应过程，例如光气化反应，重氮偶合反应，硝化反应等。该反应过程对混合过程比较敏感，混合的好坏直接影响目标产物的收率和最终产品的质量。
快速竞争反应的一个典型应用是用伯胺光气化反应制备甲苯二异氰酸酯(TDI)，主要反应如下：
反应(1)是生成甲苯二异氰酸酯的主要反应，反应程度的好坏极大程度上取决于混合程度的好坏。反应过程中反应物料需在短时间内达到快速均匀混合状态，防止局部过剩的有机胺与反应生成的氯化氢发生副反应(2)生成胺基盐酸盐。
在已公开的专利中，已有多种反应器或者是反应器的组合应用于快速竞争反应。
专利CN104496851A、专利CN104496852A、204125404U、104402766A和专利CN204125405U中公开了用于制备甲苯二异氰酸酯的反应器，该反应器都是将撞击流结构和超重力结构相结合，光气溶液和甲苯二胺溶液经撞击碰撞后，再进入旋转填料，解决了物料体积流量比差异较大情况下，混合效果变差的问题。
专利CN101708438A中公开了一种用于制备有机氰酸酯的反合器。该反应器将微通道结构和超声波发生器相结合，实现了光气和伯胺的良好的微观混合。
专利CN101716486A中公开了一种用于液-液快速混合与反应的撞击流高剪切反应器，该反应器将撞击流反应器与高剪切反应器相结合，实现了液液的快速混合与反应。
专利CN201791525U中公开了一种带有进料分布装置的高剪切反应器，其中第二进料管的进料分布器周边与第一级定子最内侧齿圈的内表面固定连接，该反应器用于制备有机氰酸酯反应，具有良好的效果。
专利CN101612547A中公开了一种列管式撞击流反应器，该反应器由多个撞击混合区域组成，可通过混合区个数增加实现放大，放大效应小。另外，通过多点和多层次的撞击，实现了良好的宏观和微观混合。
专利US 4851571和专利WO 2009/002900A2都分别提出了一种用于制备甲苯二异氰酸酯的高剪切反应器。该反应器分别通过增加翅片和改变定转子剪切间隙实现了良好的混合效果。
上述的专利技术应用于快速竞争反应时都能起到一个较好的强化效果，然而在上述的专利技术中，原料光气溶液和有机伯胺溶液在进入到高度湍动区(超重力的旋转填料和高剪切的剪切间隙)之前，虽经过撞击，但在非高度湍动区(进口区域)仍存在混合不均的可能性，会使目标产物的收率和产品的质量降低。另一方面，微通道反应器应用有固体生成的快速反应时，由于通道狭窄，容易发生堵塞，也需要进一步的完善。高剪切反应器由于其局部超高的湍动和剪切作用，并且不易发生堵塞，具有巨大的发展潜能。然而对于齿合型高剪切反应器最内圈转子的内部为非高度湍动区，进入高剪切腔室内的物料瞬间不能有效的分散开，在这段区间内会导致物料的返混，并诱发许多副反应的发生，对于快速竞争反应是不利的，会影响最终产品的质量和收率。
因此，综合考虑以上两方面，为了减少物料的返混，并且实现物料在毫秒级内的均匀混合，迫切需要对目前的高剪切反应设备进行改造。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种用于快速竞争反应的高剪切反应器。
本发明的技术方案如下：
用于快速竞争反应的高剪切反应器，包括圆筒状外壳7、转子3、定子5和主传动轴6，在圆筒状外壳上设置有出料口8，圆筒状外壳一端端壁11的中心位置设置有第一进料管1，其特征是主传动轴末端、最内圈转子齿的内部设置有径流式叶轮4，设置在第一级最内圈转子齿和次内圈转子齿之间的是内部为中空结构的进料定子齿2；进料定子齿2的中空部分通过所述端壁11内的环状中空结构12与第二进料管10连通；进料定子齿2上设置有出料孔9。
径流式叶轮为直叶片叶轮或弯叶片叶轮。
优选的是叶片的角度为后弯10-60°。
使用本发明的用于快速竞争反应的高剪切反应器，能够有效的避免两股物料在非高度湍动区接触，同时径流式叶轮的存在使从中心进料的流股能获得更大的动能且避免了物料的返混，使两股物料在毫秒级达到均匀混合。因此，在快速竞争反应过程中使用该高剪切反应器，能够有效的避免副反应的发生，大幅提高目标产物的收率；本发明的高剪切反应器，设备投资费用低，安装方式简单，易于操作。
附图说明
图1为用于快速竞争反应的高剪切反应器示意图。
图2为直叶片叶轮示意图。
图3为弯叶片叶轮示意图。
图4为进料定子示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。见图1、图2、图3和图4。
用于快速竞争反应的高剪切反应器，包括圆筒状外壳7、转子3、定子5和主传动轴6，在圆筒状外壳上设置有出料口8，圆筒状外壳一端端壁11的中心位置设置有第一进料管1，其特征是主传动轴末端、最内圈转子齿的内部设置有径流式叶轮4，设置在第一级最内圈转子齿和次内圈转子齿之间的是内部为中空结构的进料定子齿2；进料定子齿2的中空部分通过所述端壁11内的环状中空结构12与第二进料管10连通；进料定子齿2上设置有出料孔9。
径流式叶轮为直叶片叶轮或弯叶片叶轮。
叶片的角度为后弯10°，还可以选择20°、30°、40°、50°、60°。
叶轮通过螺杆与传动轴连接。
每个出料孔的物料流速为能够达到1～30m/s。

Claims (3)

1.用于快速竞争反应的高剪切反应器，包括圆筒状外壳(7)、转子(3)、定子(5)和主传动轴(6)，在圆筒状外壳上设置有出料口(8)，圆筒状外壳一端端壁(11)的中心位置设置有第一进料管(1)，其特征是主传动轴末端、最内圈转子齿的内部设置有径流式叶轮(4)，设置在第一级最内圈转子齿和次内圈转子齿之间的是内部为中空结构的进料定子齿(2)；进料定子齿(2)的中空部分通过所述端壁(11)内的环状中空结构(12)与第二进料管(10)连通；进料定子齿(2)上设置有出料孔(9)。
2.根据权利要求1所述反应器，其特征是所述径流式叶轮为直叶片叶轮或弯叶片叶轮。
3.根据权利要求2所述的反应器，其特征是叶片的角度为后弯10-60°。
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