静态反应性射流混合机以及在胺-光气混合工艺过程中混合的方法技术

本申请涉及具有多个喷嘴的静态混合机(1)，更一般地涉及混合机和使用其的方法，用于用具有形状的喷射器或至少两排喷嘴(15,16)混合光气和胺，其中第二排喷嘴(16)用于在静态反应性射流混合机(1)内增浓光气流的不足区域。增浓二级流的配置包括使用胺/光气的同心、偏心、或偏移喷射器，并且使用具有不同和不规则几何形状的喷嘴以帮助将胺/光气集中于主要光气流的特定位置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及具有多个喷嘴的静态混合机，更一般地涉及静态反应性射流混合机以及其用于混合光气和胺的方法，其中另外的一排或多排喷嘴造型用于局部增浓部分光气流以限制在该光气流中形成不期望的二级反应。
技术介绍
常规混合装置的领域可以大致分为两个主要范围动态混合机和静态混合机。动态或机械混合机依赖于一定类型的移动部件以确保产物的所需和/或彻底混合。静态混合机通常没有突出的移动部件，而是依赖于待混合的流体内的压差以促进混合。本申请主要涉及静态混合机但是也可以适用于动态混合机。异氰酸酯是特征在于具有N=C=O官能团的分子。最广泛使用的异氰酸酯是源自苯的芳族化合物。两种多异氰酸酯在商业上广泛制备，即，甲苯二异氰酸酯(TDI)和聚合的亚甲基二苯基二异氰酸酯(PMDI)。PMDI是聚亚甲基二异氰酸酯和单体亚甲基二苯基二异氰酸酯异构体的混合物。最后，这些异氰酸酯与多元醇反应形成聚氨酯。两种主要的聚氨酯应用是用于器具绝缘件和汽车部件的硬质泡沫体和用于床垫和座椅的挠性泡沫体。胺和光气之间的反应通常在下述条件下发生，其中同时存在传质限制的反应或混合控制的反应以及动力学控制的反应。收率损失和产品品质受在生产工艺中形成的脲和脲衍生物的影响。光气应该卷入胺流以最小化二级反应。混合在PMDI和TDI生产中是重要的。PMDI产品品质和TDI收率取决于多步化学反应网络，包括第一步，其中将反应物的两个连续物流引入到混合机，并且其中，由于在工艺的第一步产生的化合物的剩余反应性，在主反应之后产生的二级作用或反应发生并最终降低产物组成的品质。例如，在光气化化学反应的情况下，亚甲基二(苯基胺)(MDA或PMDA)(在本申请也称为胺)，与COCl2 (光气)混合以产生氢氯酸(HCl)和氨基甲酰氯的混合物。该化学反应可以如下描述胺+COCl2 — HCl+氨基甲酰氯氨基甲酰氯然后将分解成异氰酸酯。尽管产生异氰酸酯是期望的，但是二级反应可能导致产生不期望的副产物。认为这些二级反应中的一些产生下述产物,例如胺盐酸盐、脲、碳化二亚胺、和脲酮亚胺(uretonimines)。脲酮亚胺由碳化二亚胺与异氰酸酯的反应形成，因此通常称为APA(加成产物A)。由于不希望形成副产物例如脲和/或脲酮亚胺，因此增加光气与PMDA的比率、在溶剂中稀释PMDA、或改善的混合能够最小化不期望副产物的形成和淤塞(fouling)。很多已知和未知的因素控制主反应的品质。除了形成副产物之外，不适当的混合可能导致混合机淤塞。因此，具有不适当混合的混合机设计可能造成所需产物的总收率降低或者可能产生堵塞或淤塞反应器系统的产物，导致停机时间和/或增加的维修成本。与本申请的专利技术人至少部分相同的美国专利申请11/658，193涉及锥形孔的静态混合机。在该申请中，多T型混合机(mult1-tee mixers)包括三通管接头和具有喷嘴的直管部分和用于快速引发化学反应的盖板(blind flange)。在这些现有技术的多T型混合机的接头包括混合室，混合室具有用于至少两种组分的单独入口以及具有出口。组分之一的入口沿多T型混合机的纵轴限定，其它组分的入口作为多个喷嘴或喷射器形成，所述喷嘴或喷射器围绕混合室的外周布置且方向垂直于多T型混合机的纵轴。在另一篇参考文献中，即专利技术人也至少部分相同的2010年3月16日提交的美国专利申请12/725，262，最小化混合区域下游的主要管道的长度，从而限制不适当的混合以及副产物的形成。再在另一篇参考文献中，即专利技术人也至少部分相同的2010年3月16日提交的美国专利申请12/725，266，不适当的混合通过以下过程降低将导向元件引入到静态混合机的主要管道，以使得引入的光气均匀流入具有有限厚度的环，由此外周喷嘴可以用较大接触面积的光气散布胺。尽管这些参考文献教导改善的混合并且通过参考完全并入本申请，但是期望其它的改进以增强组分物质的混合。图1显示第一圆柱形管道内的流体接收室内的光气浓度，其中形成从图的左边到右边的光气流。将胺喷射进第一组分的引入流。当胺横穿并与光气反应时，发生主反应和二级反应。位于距离L的环形说明胺喷射流的下游侧上的区域，其中光气浓度相对较低(接近于O)。图2所示的相关温度图说明由于总体放热化学反应，混合物内的温度分布。再次，显示位于喷嘴下游距离L1处的环形比图1的距离L远，并且局部温度增加，促进形成二级反应和有关的副产物。尽管在图1-2中显示了相对低光气浓度的一个位置(L)和增加的局部温度的一个位置(L1),但是本领域技术人员会知道，这些值仅表示一般的效果并且可以根据多种因素变化，所述因素包括但不限于流体粘度，流体速度，温度，反应物浓度，压力等。所需要的是静态反应性射流混合机，其能够限制在混合过程中光气和胺的主要流内的浓度和温度峰值，因此限制在静态混合机生成脲或其它不期望的副产物。
技术实现思路
本申请涉及具有多个喷嘴的静态反应性射流混合机，更一般地涉及混合机以及使用混合机混合光气和胺的方法，其中有形状的喷射器或第二排喷嘴、或两者的组合用于增浓静态反应性射流混合机内的光气不足区域。增浓二级流的构造包括使用位于胺流的第一排喷嘴下游的光气的偏移或交错排喷嘴，使用胺/光气的同心、偏心、或偏移喷射器，使用具有不同和不规则几何形状的喷嘴以帮助将光气增浓于主要胺流周围的特定区域。附图说明在附图中显示某些优选的实施方式。但是，应理解本申请不限于附图所示的排列和构造。图1说明第二组分分配到第一组分的流中，显示第一组分的浓度不足区域。图2说明图1的温度分布。图3说明根据本专利技术实施方式的静态混合机，其具有第一排喷嘴和偏离第一排喷嘴距离L2的第二排喷嘴。图4是图3的静态混合机的等距离说明，其中根据本申请实施方式，第二排喷嘴偏离距离L2并且与第一排交错。图5是图3的静态混合机的等距离说明，其中根据本申请实施方式，第二排喷嘴与第一排喷嘴偏离距离L。图6是静态反应性射流混合机的平面图，其中根据本申请实施方式，第一排喷嘴和第二排喷嘴连接于外部圆周壁内的纵向管道。图7是具有增浓系统的静态反应性射流混合机的平面图，其中根据本专利技术实施方式，第一排喷嘴和第二排喷嘴是同心的，并且其中第一排喷嘴连接于纵向管道，第二排喷嘴垂直于外部圆周壁。图8是图4的喷嘴部分的封闭图。图9说明图8所示喷嘴的一系列可行形状。图10是说明图7的喷嘴在喷嘴内偏移同心的混合机的图。图1lA是在图10说明的不同表面的顶视图，其中第二喷嘴包括圆柱形第一开口，第二开口与第一开口同心。图1lB是根据本申请另一种实施方式，偏心置于第二喷嘴的形状不规则的开口中的圆柱形第一喷嘴的视图。图1lC是根据本申请另一种实施方式，菱形第二喷嘴开口和圆形同心的第一喷嘴开口的视图。图1lD是根据本申请另一种实施方式，菱形第二喷嘴开口在菱形同心的第一喷嘴开口中的视图。图12是根据本申请一种实施方式，图7的具有增浓系统的静态反应性射流混合机的切去透视图(perpective cut away)。具体实施例方式针对促进和理解本专利技术和本申请公开的原理的目的，现在参考附图中说明的优选实施方式，专门的术语用于描述这些优选实施方式。但是应该理解的是，没有因此限制本专利技术的范围。在说明的装置中这样的改变和进一步的修正以及本申请公开的原理的进一步应用通常应该为本申本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.14 US 61/354,5521.静态反应性射流混合机，包括流体接收室，用于混合包含光气的第一组分和包含胺的第二组分；延伸通过所述流体接收室的第一管道，用于将所述第一组分从入口运输至出口并且沿所述第一管道在所述入口和所述出口之间具有第一排喷嘴；和增浓系统，用于补救所述流体接收室中混合点处第一组分的不足。2.权利要求1的静态反应性射流混合机，其中所述流体接收室是被所述第一管道挖空的连续机筒，具有在所述室的外部区域和所述室的内部区域之间的外部圆周壁，其中所述第一排喷嘴穿透所述外壁，用于使所述第二组分从外部区域进入内部区域，以便与所述第一组分混合。3.权利要求2的静态反应性射流混合机，其中所述增浓系统是第二排喷嘴，所述第二排喷嘴沿所述第一管道在所述入口和所述出口之间并且通过所述外部圆周壁。4.权利要求3的静态反应沿所述第一管道性射流混合机，其中所述第二排喷嘴允许所述第一组分的第二来源或冷却流体流动通过所述外部圆周壁。5.权利要求4的静态反应性射流混合机，其中所述第二排喷嘴偏离所述第一排喷嘴。6.权利要求4的静态反应性射流混合机，其中来自所述第二排喷嘴的各喷嘴均位于所述第一排喷嘴的喷嘴内部。7.权利要求6的静态反应性射流混合机，其中所述第二排喷嘴偏离所述第一排喷嘴。8.权利要求6的静态反应性射流混合机，其中来自所述第一排喷嘴的至少一个喷嘴具有选自以下的开口形状圆形，椭圆形，三角形，矩形，菱形，和泪珠形，并且在所述第一排喷嘴周围相关的喷嘴具有不同的开口形状。9.权利要求8的静态反应性射流混合机，其中所述第二排喷嘴偏离所述第一排喷嘴。10.权利要求2的静态反应性射流混合机，其中所述外部圆周壁包括在与第二排喷嘴相通的壁中的第三管道。11.权利要求1的静态反应性射流混合机，其中所述流体接收室是被所述第一管道挖空的连续机筒，具有在所述室的外部区...

【专利技术属性】
技术研发人员：PA吉利斯，柏桦，J穆克杰，SK达斯沙玛，J格尔克，
申请(专利权)人：陶氏环球技术有限责任公司，
类型：
国别省市：