CN112138554B - 一种分散碰撞流混合装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及化工行业中的混合装置领域，具体地说是一种分散碰撞流混合装置，其中第一分配流道、第二分配流道和混合流道均设于壳体中，第一分配流道和第二分配流道均为弧形，且第一入料口与第一分配流道相通，第二入料口与第二分配流道相通，在混合流道的各个角端均设有入口腔，且呈对角设置的两个第一入口腔分别与第一分配流道不同端部相通，呈对角设置的两个第二入口腔分别与第二分配流道不同端部相通，混合流道包括侧流道和汇合流道，其中侧流道一端与任一第一入口腔相通，另一端与任一第二入口腔连通，在混合流道中部设有出料腔，且汇合流道一端与任一侧流道中部相通，另一端与所述出料腔相通。本发明具有流体混合效果好、处理量大的特点。

Description

一种分散碰撞流混合装置
技术领域
本发明涉及化工行业中的混合装置领域，具体地说是一种分散碰撞流混合装置。
背景技术
在化工领域，传质、传热效果严重制约着产品的选择性、收率以及生产安全性和产能。为达到较好的反应效果，实现较好的传质、传热效果是非常必要的，尤其是对反应较剧烈且快速的硝化、氧化、聚合反应等单元反应。混合是使两种或多种物料相互分散而达到一定均匀程度的单元操作，通常可分为宏观混合和微观混合，其中微观混合是指小尺度的湍流流动将流体破碎成为微团，最终通过分子扩散使系统达到分子尺度均匀的过程，并且在微尺度下，相应流体的面积体积比可得到显著提高，有助于强化传热和传质，因此近年来国内外对微通道反应的研究逐渐深入。
公告号为CN103949170A的发明专利中公开了一种分流汇流型混合器，该混合器通过三通接头将两物料初步混合，再经隔板、分流板、隔板、汇流板、隔板交替安置组成的混合室进一步多次分合，达到强化混合效率的目的，但该装置具有明显的放大效应，且对粘度大或有颗粒的物料反应阻力较大，难以适用。
公告号为CN101733056A的发明专利中公开了一种微阵列结构的微通道反应器，该反应装置通过微通道阵列形式，实现了反应流体微流单元的交错撞击，提高了传质效果，但该反应器物料微单元的碰撞混合在物料汇合处发生，且仅进行一次碰撞，与碰撞垂直方向物料的流动往往影响碰撞混合的效率，对有高粘度或有颗粒生产的反应碰撞混合效果更差，应用上受到制约。
公告号为CN103977720A的发明专利中公开了一种组合式层状配分混合装置，该装置通过面—面接触的形式，降低了微通道反应器堵塞的几率，可适用于有高粘物料或颗粒生成的流体混合反应，但该反应器在径向混合上依靠自由扩散进行，混合动力小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种分散碰撞流混合装置，不同流体物料经过两次碰撞混合，具有流体混合效果好、处理量大的特点。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种分散碰撞流混合装置，包括壳体、第一入料口、第二入料口、第一分配流道、第二分配流道和混合流道，所述第一分配流道、第二分配流道和混合流道均设于所述壳体中，所述第一分配流道和第二分配流道均为弧形，且第一入料口与所述第一分配流道相通，第二入料口与所述第二分配流道相通，在所述混合流道的各个角端均设有入口腔，且呈对角设置的两个第一入口腔分别与所述第一分配流道不同端部相通，呈对角设置的两个第二入口腔分别与所述第二分配流道不同端部相通，所述混合流道包括多个侧流道和多个汇合流道，其中每个侧流道一端与任一第一入口腔相通，另一端与任一第二入口腔连通，在所述混合流道中部设有出料腔，且所述汇合流道一端与任一侧流道中部相通，另一端与所述出料腔相通。
所述侧流道以中间垂直的汇合流道为基准分成第一侧流道段和第二侧流道段。
所述第一侧流道段和第二侧流道段为直线。
所述第一侧流道段和第二侧流道段形成夹角。
所述第一侧流道段和第二侧流道段的截面积相同。
所述第一侧流道段和第二侧流道段的截面积不同。
本发明的优点与积极效果为：
1、本发明使用时不同流体物料经过两次碰撞混合，具有流体混合效果好、处理量大的特点。
2、本发明的混合流道为多层结构，且相邻两层的汇合流道以出料腔为中心呈十字垂直正交，从而使不同层液体物料实现不同角度流向的碰撞后再混入出料腔中，进一步提高混合效果。
3、本发明可用于大多数涉及流体混合的化工单元操作，也适用于任何食品、医药等生产过程中需要流体混合的操作场合。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，
图2为图1中本发明内部的流道示意图。
其中，1为壳体，2为第一入料口，3为第二入料口，4为第一分配流道，5为第二分配流道，6为混合流道，601为第一入口腔，602 为第二入口腔，603为侧流道，6031为第一侧流道段，6032为第二侧流道段，604为汇合流道，7为出料腔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1～2所示，本发明包括壳体1、第一入料口2、第二入料口3、第一分配流道4、第二分配流道5和混合流道6，所述第一分配流道4、第二分配流道5和混合流道6均设于所述壳体1中，第一入料口2和第二入料口3设于壳体1上侧，所述第一分配流道4和第二分配流道5均为弧形，且第一入料口2与所述第一分配流道4中部相通，第二入料口3与所述第二分配流道5中部相通，在所述混合流道6的各个角端均设有入口腔，且呈对角设置的两个第一入口腔601分别与所述第一分配流道4不同端部相通，呈对角设置的两个第二入口腔 602分别与所述第二分配流道5不同端部相通，所述混合流道6包括多个侧流道603和多个汇合流道604，其中每个侧流道603一端与任一第一入口腔601相通，另一端与任一第二入口腔602连通，从而实现第一分配流道4和第二分配流道5内的液体物料分别经由所述第一入口腔601和所述第二入口腔602流入同一个侧流道603中实现混合，在所述混合流道6中部设有出料腔7，所述出料腔7下侧为出料口，所述汇合流道604一端与任一侧流道603中部相通，另一端与所述出料腔7相通，两种液体物料进入同一侧流道603后，先相向流动并在该侧流道603与对应汇合流道604的连接位置处发生第一次碰撞混合，然后各个汇合流道604中的混合液流至所述出料腔7中发生第二碰撞混合。
如图2所示，所述侧流道603以中间垂直的汇合流道604为基准分成第一侧流道段6031和第二侧流道段6032，第一分配流道4内的液体物料沿着所述第一侧流道段6031流至所述侧流道603与对应汇合流道604交汇处，第二分配流道5内的液体物料沿着所述第二侧流道6032流至所述侧流道603与对应汇合流道604交汇处，所述第一侧流道段6031和第二侧流道段6032在交汇碰撞处可为直线或形成夹角，且第一侧流道段6031和第二侧流道段6032的截面积可相同或不同。
本发明可采用3D打印技术加工成型，所述3D打印技术为本领域公知技术，或者采用各个层状结构件依次固定焊接而成，所述壳体1 和内部各层元件材料可采用金属或高强度塑料加工，壳体1内部的各个流道可采用线切割、雕刻或冲压等方法加工而成。
本发明可通过串联实现多种流体混合，如实现流体A、B和C的混合，可以先将流体A和流体B通过一个混合器混合为AB，将混合流体AB作为一种流体与流体C在另一混合器混合，从而实现三种物料的混合。
本实施例中，所述混合流道6中的侧流道603和汇合流道604围合成田字形结构，且各个流道内部可设置成单层通道，也可设置成多层通道。
本发明的工作原理为：
本发明工作时，第一种流体物料经由所述第一入料口2流入第一分配流道4中，第二种流体物料经由所述第二入料口3流入第二分配流道5中，每个侧流道603一端与一个第一入口腔601相通，另一端与一个第二入口腔602连通，从而实现第一分配流道4和第二分配流道5内的液体物料分别经由所述第一入口腔601和所述第二入口腔 602流入同一个侧流道603中实现混合，且两种液体物料进入同一侧流道603后，先相向流动并在该侧流道603与对应汇合流道604的连接位置发生第一次碰撞混合，然后各个汇合流道604中的混合液流至所述出料腔7中发生第二碰撞混合。
以下结合应用例进一步说明本发明的混合效果：
应用例一
以温度35℃、浓度18％的氢氧化钠甲醇溶液为物料A，以温度 50℃、浓度82％的邻硝基氯苯甲醇溶液为物料B，同时分别加入到不同分配流道中，所述单个侧流道603和单个汇合流道604截面积为 0.2平方毫米，出料时物料在120℃状态下保温30min，反应后经测试邻硝基氯苯转化率100％，邻氨基苯甲醚收率98％。
应用例二
采用三氯乙烷萃取丙酮，其中三氯乙烷为物料A，30％的丙酮水溶液为物料B，在两相体积流量为1:1时，同时分别加入到不同分配流道中，所述单个侧流道603和单个汇合流道604截面积为0.25平方毫米，反应后测试萃取率为96.8％，丙酮水溶液处理量为100L/h。
应用例三
以浓度为4.1％邻氯对硝基苯胺盐溶液为物料A，温度5～10℃、浓度7.6％的N,N-二乙酰氧乙基间乙酰氨基苯胺溶液为物料B，在两相体积流量为1:1时，同时分别加入到不同分配流道中，所述单个侧流道603和单个汇合流道604截面积为1.2平方毫米,反应后得到染料化合物，经测试色谱含量95％，收率98.8％。
应用例四
制备氢化丁腈橡胶：物料A：丙酮﹑四氢呋喃﹑苯﹑氯苯和二甲苯等溶剂的一种或两种作溶剂，丁腈橡胶(NBR)为原料，使NBR浓度为5％，催化剂RhCl(PPh3)3与NBR质量比为50ppm，配体PPh3与NBR质量比为(0.001:1.2)；物料B：氢气。物料A和物料B(氢气)连续送入微通道混合器中进行氢化反应，控制流量使氢气与NBR 中丁二烯成分的摩尔比为2:1，同时加入到A、B分支通道均为2，支路通道为均为2、单个通道截面积为0.2平方毫米、碰撞角度为60°的微通道反应器内碰撞混合，反应器控制温度70℃，控制压力2MPa，物料在反应器及其尾接管内停留时间50s。从反应器出口流出进入气液分离罐。将气液分离罐中的反应产物静置得到粗产品，粗产品经硫脲树脂脱除除去催化剂，再蒸干溶剂，即得到最终产品氢化丁腈橡胶。产品加氢度99.5％，收率99.5％。(采取溴碘法对氢化丁腈橡胶进行检测)。说明该微通道混合装置适合高粘度流体聚合物的加氢。
从以上应用例可以说明本发明具有流体混合效果好、处理量大的特点，且本发明设备加工成本低，操作简单。

Claims (6)

1.一种分散碰撞流混合装置，其特征在于：包括壳体(1)、第一入料口(2)、第二入料口(3)、第一分配流道(4)、第二分配流道(5)和混合流道(6)，所述第一分配流道(4)、第二分配流道(5)和混合流道(6)均设于所述壳体(1)中，所述第一入料口(2)和第二入料口(3)设于壳体(1)上侧，所述第一分配流道(4)和第二分配流道(5)均为弧形，且第一入料口(2)与所述第一分配流道(4)相通，第二入料口(3)与所述第二分配流道(5)相通，所述混合流道(6)各个角端均设有入口腔，其中呈对角设置的两个第一入口腔(601)分别与所述第一分配流道(4)不同端部相通，呈对角设置的两个第二入口腔(602)分别与所述第二分配流道(5)不同端部相通，所述混合流道(6)包括多个侧流道(603)和多个汇合流道(604)，其中每个侧流道(603)一端与对应的第一入口腔(601)相通，另一端与对应的第二入口腔(602)连通，在所述混合流道(6)中部设有出料腔(7)，且所述汇合流道(604)一端与对应的侧流道(603)中部相通，另一端与所述出料腔(7)相通；所述侧流道(603)和汇合流道(604)内部均为多层通道。
2.根据权利要求1所述的分散碰撞流混合装置，其特征在于：所述侧流道(603)以中间垂直的汇合流道(604)为基准分成第一侧流道段(6031)和第二侧流道段(6032)。
3.根据权利要求2所述的分散碰撞流混合装置，其特征在于：所述第一侧流道段(6031)和第二侧流道段(6032)为直线。
4.根据权利要求2所述的分散碰撞流混合装置，其特征在于：所述第一侧流道段(6031)和第二侧流道段(6032)形成夹角。
5.根据权利要求2所述的分散碰撞流混合装置，其特征在于：所述第一侧流道段(6031)和第二侧流道段(6032)的截面积相同。
6.根据权利要求2所述的分散碰撞流混合装置，其特征在于：所述第一侧流道段(6031)和第二侧流道段(6032)的截面积不同。
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