一种快速混合反应器及其应用制造技术

一种快速混合反应器及其应用，所述反应器包括：第一进料通道壳体、反应器壳体、第二进料通道、空心叶轮物料分布器、转动轴、第一进料分布器；第一进料通道壳体和反应器壳体同轴设置且相连通；第二进料通道、空心叶轮物料分布器和转动轴沿该反应器的中心轴线设置，空心叶轮物料分布器设置于反应器壳体内并可在转动轴的带动下在反应器壳体内转动；第二进料通道与空心叶轮物料分布器相连通；第一进料通道壳体上设有至少一个第一进料口；反应器壳体的末端设有至少一个反应液出口；第一进料分布器上和空心叶轮物料分布器上分别设有进料喷射口。该反应器可实现较大生产能力下两股物料间的瞬间快速混合，以提高目的产物的收率和质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种快速混合反应器，更具体地说，是一种在大规模生产能力下实现流体间快速混合、快速反应的动态反应器。同时，本专利技术还提供了利用该反应器通过光气化法制备异氰酸酯的方法，以及利用该反应器通过苯胺和甲醛制备多亚甲基多苯基多胺的方法。
技术介绍
在一些化工生产过程中，在反应物料之间发生复杂的快速平行竞争反应或者快速串连竞争反应时，反应产物或中间产物与原料某组分可能会进一步发生反应；这些反应进行的程度与各种物料的浓度分布状况有直接的关系。所以，物料之间的初始混合效果会极大地影响最终的产物分布、目的产品的收率和质量，并同时影响全生产过程的设计和能耗等指标。例如，采用光气化方法生产异氰酸酯(MDI或者TDI)时，该反应过程主要包括冷光气化阶段和热光气化阶段。在冷光气化阶段，将液态的多胺和液态的光气分别溶解在惰性溶剂中，例如氯苯、二氯苯、甲苯、氯化萘、1，2，4_三氯苯等，并使它们在0 90°C的低温下进行反应。在此阶段，主要生成酰胺和多胺的盐酸盐，以及少量的脲类化合物。主要反应如下RNH2+C0C12 — RNHC0C1+HC1(1)RNH2+HC1 — RNH2 · HCl(2)RNH2+RNHC0C1 — RNC0+RNH2 · HCl(3)RNH2+RNC0 — RNHCONHR(4)在冷光气化反应阶段，多胺首先与光气发生反应(1)，生成氨基甲酰氯，这是一个快速放热反应，反应在瞬间完成；同时，反应(1)产生的HCl与多胺发生快速反应O)，生成多胺盐酸盐。氨基甲酰氯和多胺盐酸盐都是不溶于反应体系的固体物质。当光气与多胺局部混合效果较差时，溶液中局部过量的多胺将与氨基甲酰氯或者异氰酸酯发生反应(3)和 G)，生成副产物脲，脲为不溶解于反应体系的粘稠状物质。该过程为复杂的多步串联竞争反应。主反应为瞬间反应，其反应的时间尺度在毫秒级或者以下；生成的产物进一步与原料发生快速反应，生成不溶解于体系的副产物。因此，两种原料的初始混合效果将直接影响主产物的收率和选择性。成功地设计快速液体混合反应器，提高两股原料物流的初始混合效果，对于增加主产物的收率和选择性，减小副产粘稠状物质的生成具有重要的意义。又例如，当采用苯胺和甲醛生产多亚甲基多苯基多胺时，该反应过程主要包括成盐反应阶段、预缩合反应阶段、转位反应阶段。在预缩合反应阶段，将苯胺盐酸盐和循环液的混合液与甲醛快速混合在20-90°C发生预缩合反应，甲醛的微观浓度越均勻越好，局部的甲醛过量将生成大分子产物，致使杂质增多，如果甲醛局部过量较大，将生成网状高分子化合物，该化合物不溶于溶剂，很容易堵塞设备，影响正常的生产操作。因此，两种物料的初始混合效果将直接影响主产物的收率和选择性。成功地设计快速液体混合反应器，提高两股原料物流的初始混合效果，对于增加主产物的收率和选择性，减小杂质的生成具有重要的眉、ο错流混合是实现流体间快速混合的一种重要方法，其中一种方式为一股流体通过若干个小孔错流射入另外一股流体中，由于流体通过小孔后被分成了很多股细小流股喷射进入主体流，在射入后每一股流体迅速被主体流股包围，从而实现两股流体之间的快速混I=I O美国专利US 5，117，048中披露了一种孔射流喷射反应器(如图1)，该反应器是将一股流体(多胺)通过缩径处均勻分布的小孔呈错流式喷射进入主流体(光气)，实现两股流体的快速混合。该反应器主要通过缩径设计来增强两股物料的湍动程度，从而强化物料之间的初始混合效果。该喷射反应器可减少用于稀释反应物的溶剂的用量。美国专利US5，931，579中披露了一种通过转子和定子相互咬合实现混合的反应器(如图幻，该反应器是将两股流体加入到转子和定子之间，通过转子的旋转实现两股物料的混合。由于转子的搅动作用，湍流程度增加，从而实现两股流体的快速混合，进一步降低反应物的溶剂用量。通过以上的分析可以看出，将两股物料在第一时间进行均勻混合非常重要。通过一股流体快速喷射进入另一流体的孔射流反应器或将两流股加入到转子搅拌区域的搅拌式反应器，在一定程度上都可以实现物料之间的快速混合。由于流股都有厚度，要想实现充分的混合都需要一定的空间和湍动区域。当流股的流量都比较低的时候，两股物流混合起来还相对比较容易，但是当生产能力较大时，由于流道的变大，两股物料就不能在较短的时间内混合均勻，势必需要一段混合距离，这样发生副反应的机会大大增加。由于以上两种混合器的生产能力存在最大极限，而且高负荷下的反应效果变差，因此需要开发更为有效的快速混合设备，以实现大规模生产能力下物料之间的快速混合、快速反应。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型的快速混合反应器，以实现较大生产能力下两股物料之间的瞬间快速混合，强化主反应、抑制副反应，提高目的产物的收率和质量。本专利技术所提供的反应器基于以下设计构思使第一股流体通过流道加入，而第二股流体通过旋转的叶轮加入口均勻的喷射到第一股流体中。由于第二股流体是通过旋转的叶轮加入到第一股流体中的，因此，两股物料在第一时间就是均勻分布的，不需要进一步的混合空间。另外，旋转的进料口也起到了搅拌的作用，从而实现了两股物料无需混合空间就可快速混合的目的。同时，由于一股物料是动态加入的，其物料加入口可相对于另一流股均勻布置，因此不会受到流道空间的限制，无任何放大效应，可以保证在大规模的生产能力下实现流体之间的快速混合、快速反应。本专利技术所提供的快速混合反应器的基本结构如下一种快速混合反应器，包括以下构件第一进料通道壳体、反应器壳体、第二进料通道、空心叶轮物料分布器、转动轴、第一进料分布器；其中，所述第一进料通道壳体和反应器壳体同轴设置，且通过设置于第一进料通道壳体末端的第一进料分布器与反应器壳体内的反应空间相连通；所述第二进料通道、空心叶轮物料分布器和转动轴沿所述反应器的中心轴线设置，所述空心叶轮物料分布器位于反应器壳体内，并可在转动轴的带动下在反应器壳体内转动，所述第二进料通道与空心叶轮物料分布器内的物料通道相连通；所述第一进料通道壳体上设有至少一个第一进料口 ；所述反应器壳体的末端设有至少一个反应液出口 ；第一进料分布器上和空心叶轮物料分布器上分别设有第一进料喷射口和第二进料喷射在本专利技术所提供的快速混合反应器中，优选地，所述第二进料通道、空心叶轮物料分布器和转动轴沿该快速混合反应器的中心轴线依次固定连接。进一步优选地，在空心叶轮物料分布器与第二进料通道的连接处设置能够彼此贴合的动密封环和静密封环，所述动密封环设置在空心叶轮物料分布器上，而所述静密封环设置在第二进料通道的末端，所述静密封环的一侧与空心叶轮物料分布器上的动密封环贴合，其另一侧由内而外地分别通过膨胀节和弹簧固定在第一进料分布器上。通过这种设计，使得在空心叶轮物料分布器转动时动密封环和静密封环能够紧密贴合。根据本专利技术的另一种优选的实施方式，所述第二进料通道设置于转动轴内部，并与所述空心叶轮物料分布器固定连接并相连通，从而使所述空心叶轮物料分布器在转动轴的带动下在反应器壳体内转动。在本专利技术所提供的快速混合反应器中，优选地，所述第二进料喷射口设置于空心叶轮物料分布器的侧面，或设置于空心叶轮物料分布器的最外缘，或设置于从空心叶轮物料分布器上引出的垂直于叶轮盘的通道上。本专利技术对于空心叶轮物料分布器上的所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速混合反应器，包括以下构件第一进料通道壳体、反应器壳体、第二进料通道、空心叶轮物料分布器、转动轴、第一进料分布器；其中，所述第一进料通道壳体和反应器壳体同轴设置，且通过设置于第一进料通道壳体末端的第一进料分布器与反应器壳体内的反应空间相连通；所述第二进料通道、空心叶轮物料分布器和转动轴沿所述反应器的中心轴线设置，所述空心叶轮物料分布器位于反应器壳体内，并可在转动轴的带动下在反应器壳体内转动，所述第二进料通道与空心叶轮物料分布器内的物料通道相连通；所述第一进料通道壳体上设有至少一个第一进料口；所述反应器壳体的末端设有至少一个反应液出口 ；第一进料分布器上和空心叶轮物料分布器上分别设有第一进料喷射口和第二进料喷射2.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述第二进料通道、空心叶轮物料分布器和转动轴沿所述反应器的中心轴线依次固定连接。3.按照权利要求2所述的反应器，其特征在于，在所述空心叶轮物料分布器与所述第二进料通道的连接处设置能够彼此贴合的动密封环和静密封环；所述动密封环设置在空心叶轮物料分布器上，而所述静密封环设置在第二进料通道的末端，所述静密封环的一侧与空心叶轮物料分布器上的动密封环贴合，其另一侧由内而外地分别通过膨胀节和弹簧固定在第一进料分布器上。4.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述第二进料通道设置于转动轴内部， 并与所述空心叶轮物料分布器固定连接并相连通。5.按照权利要求1-4中任意一项所述的反应器，其特征在于，所述第二进料喷射口设置于空心叶轮物料分布器的侧面，或设置于空心叶轮物料分布器的最外缘，或设置于从空心叶轮物料分布器上引出的垂直于叶轮盘的通道上。6.按照权利要求5所述的反应器，其特征在于，所述空心叶轮物料分布器上的第二进料喷射口的形状选自圆形、三角形、菱形、梯形、多边形、椭圆形、正方形、长方形中的任意一种或多种；优选圆形或长方形。7.按照权利要求1或6所述的反应器，其特征在于，所述第一进料喷射口为环隙状或均勻分布的多个开孔；当所述第一进料喷射口为环隙状时，所述环隙状的第一进料喷射口为与第一进料分布器同圆心设置的多个内径相同和/或不同的圆弧状缝隙，且所述圆弧状缝隙彼此间隔设置；当所述第一进料喷射口为均勻分布的多个开孔时，所述开孔的形状选自 圆形、三角形、菱形、梯形、多边形、椭圆形、正方形和长方形中的任意一种或多种，优选为圆形。8.按照权利要求7所述的反应器，其特征在于，在所述空心叶轮物料分布器下游的反应器壳体内壁上设置有环状的向内凸出的反应通道调整块。9.按照权利要求1或8所述的反应器，其特征在于，所述转动轴上垂直设置至少一级搅拌桨叶，且所述搅拌桨叶包括至少2片搅拌叶片。10.按照权利要求9所述的反应器，其特征在于，所述转动轴上垂直设置一级搅拌桨叶，且所述搅拌桨叶和所述反应通道调整块设置在垂直于反应器中心轴线的同一截面上。11....

【专利技术属性】
技术研发人员：丁建生，孙德镇，华卫琦，侯庆乐，王文波，于学丽，
申请(专利权)人：烟台万华聚氨酯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：