CN105854776B - 一种用于快速竞争反应的高剪切反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种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，圆筒状外壳端壁的中心设置有第一进料管，在位于圆筒状外壳内的第一进料管的末端设置有圆筒状分布器，所述圆筒状分布器的侧壁上设置有第一出料孔；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，其中空部分通过环状中空结构与第二进料管连通；进料定子齿上设置有孔。本发明的反应器能有效的避免多股物料在非高度湍动区接触，使物料在毫秒级内达到快速均匀混合，能有效的克服齿合型高剪切反应器最内圈转子内部主体混合差的缺陷，在不增加功耗的前提下，有效的提高目标产物的收率和产品的质量。

Description

一种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。反应过程大多对混合过程比较敏感，混合的好坏直接影响最终产品的质量，例如重氮偶合反应，光气化反应，硝化反应等。
高剪切反应器由于能在狭窄的间隙内形成极大的速度梯度，能够有效的强化一些传递限制的化学反应过程，因此得到了广泛的关注。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。主要的反应过程如下：
反应(1)是生成甲苯二异氰酸酯的主反应，混合程度的好坏对产品的质量有直接的影响。混合不好时，局部过剩的有机胺与反应生成的氯化氢进一步发生副反应(2)，生成胺基盐酸盐。在上述专利技术中，原料有机伯胺和光气溶液在进入定子-转子剪切间隙之前，已经发生混合，会诱发副反应的发生，对最终产品的质量产生影响。
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。
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，使物料在高度湍动区发生接触，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。
本发明的第二个目的是提供第二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：
一种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，圆筒状外壳端壁11的中心设置有第一进料管1，在位于圆筒状外壳内的第一进料管1的末端设置有圆筒状分布器4，所述圆筒状分布器4的侧壁上设置有第一出料孔13；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的中空部分通过圆筒状外壳端壁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上设置有第二出料孔9。
第二种用于快速竞争反应的高剪切反应器，包括圆筒状外壳27、转子23、定子25和主传动轴26，在圆筒状外壳上设置有出料口28，在圆筒状外壳端壁20的中心设置有第二进料管21，在第二进料管21的内部设置有第一进料管30，在位于圆筒状外壳内的第一进料管30和第二进料管21的末端设置有圆筒状分布器24，圆筒状分布器的直径大于第二进料管21的外径；第一进料管30的支管301与第二进料管21的支管302在圆筒状分布器内呈放射状相间设置；圆筒状分布器24的侧壁上设置有第一出料孔33和第二出料孔34，第一进料管的支管301与第一出料孔33相通；第二进料管的支管302与第二出料孔34相通；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22，进料定子齿22的中空部分通过圆筒状外壳端壁20内的环状中空结构32与第三进料管31连通；进料定子齿22上设置有第三出料孔29。
使用本发明的用于快速竞争反应的高剪切反应器，能够有效的避免多股物料在非高度湍动区接触，使物料在毫秒级内达到快速均匀混合，能够有效的克服齿合型高剪切反应器最内圈转子内部主体混合差的缺陷，在不增加功耗的前提下，有效的提高目标产物的收率和产品的质量。本发明的高剪切反应器加工简单，设备投资费用低，并且易于安装。
附图说明
图1为一种用于快速竞争反应的高剪切反应器示意图。
图2为图1中进料管和圆筒状分布器示意图。
图3为图2中圆筒状分布器过A-A剖面示意图。
图4为图1中进料定子示意图。
图5为第二种用于快速竞争反应的高剪切反应器示意图。
图6为图5中进料管和圆筒状分布器示意图。
图7为图6中圆筒状分布器过A-A剖面示意图。
图8为图5中进料定子示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
一种用于快速竞争反应的高剪切反应器，见图1、图2、图3和图4，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，圆筒状外壳端壁11的中心设置有第一进料管1，在位于圆筒状外壳内的第一进料管1的末端设置有圆筒状分布器4，所述圆筒状分布器4的侧壁上设置有第一出料孔13；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的中空部分通过圆筒状外壳端壁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上设置有第二出料孔9。
每个出料孔的物料流速为能够达到1～30m/s。
第二种用于快速竞争反应的高剪切反应器，见图5、图6、图7和图8，包括圆筒状外壳27、转子23、定子25和主传动轴26，在圆筒状外壳上设置有出料口28，在圆筒状外壳端壁20的中心设置有第二进料管21，在第二进料管21的内部设置有第一进料管30，在位于圆筒状外壳内的第一进料管30和第二进料管21的末端设置有圆筒状分布器24，圆筒状分布器的直径大于第二进料管21的外径；第一进料管30的支管301与第二进料管21的支管302在圆筒状分布器内呈放射状相间设置；圆筒状分布器24的侧壁上设置有第一出料孔33和第二出料孔34，第一进料管的支管301与第一出料孔33相通；第二进料管的支管302与第二出料孔34相通；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22，进料定子齿22的中空部分通过圆筒状外壳端壁20内的环状中空结构32与第三进料管31连通；进料定子齿22上设置有第三出料孔29。
每个出料孔的物料流速为能够达到1～30m/s。

Claims (2)

1.一种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)，圆筒状外壳端壁(11)的中心设置有第一进料管(1)，其特征是在位于圆筒状外壳内的第一进料管(1)的末端设置有圆筒状分布器(4)，所述圆筒状分布器(4)的侧壁上设置有第一出料孔(13)；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)的中空部分通过圆筒状外壳端壁(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)上设置有第二出料孔(9)。
2.一种用于快速竞争反应的高剪切反应器，包括圆筒状外壳(27)、转子(23)、定子(25)和主传动轴(26)，在圆筒状外壳上设置有出料口(28)，其特征是在圆筒状外壳端壁(20)的中心设置有第二进料管(21)，在第二进料管(21)的内部设置有第一进料管(30)，在位于圆筒状外壳内的第一进料管(30)和第二进料管(21)的末端设置有圆筒状分布器(24)，所述圆筒状分布器的直径大于第二进料管(21)的外径；第一进料管(30)的支管(301)与第二进料管(21)的支管(302)在圆筒状分布器内呈放射状相间设置；圆筒状分布器(24)的侧壁上设置有第一出料孔(33)和第二出料孔(34)，第一进料管的支管(301)与第一出料孔(33)相通；第二进料管的支管(302)与第二出料孔(34)相通；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(22)，进料定子齿(22)的中空部分通过圆筒状外壳端壁(20)内的环状中空结构(32)与第三进料管(31)连通；进料定子齿(22)上设置有第三出料孔(29)。
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