本发明专利技术属于强化液-液快速微观混合反应装置的技术领域，具体是一种三喷嘴撞击流结构以及三喷嘴撞击流—旋转填料床装置，解决目前液、液快速反应在不等量进料的情况下所引起的微观混合不均匀、效果差的问题。三喷嘴撞击流结构，包括进料管I、进料管II和进料管III并排设置，进料管I和进料管III为尾部带有弯头的直管，进料管I喷嘴与进料管III喷嘴相对设置。三喷嘴撞击流—旋转填料床装置，包括旋转填料床和上述的三喷嘴撞击流结构，三喷嘴撞击流结构固定于转子的空腔内。本发明专利技术具有不等量进料均匀混合、快速反应、反应时间短、处理量大的优点，尤其适用于工业上反应体系物料比不为1的不等量进料的快速反应以及有一定黏度特性的反应体系。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于强化液-液快速微观混合反应装置的
，具体是一种三喷嘴撞击流结构以及三喷嘴撞击流—旋转填料床装置，解决目前液、液快速反应在不等量进料的情况下所引起的微观混合不均匀、效果差的问题。三喷嘴撞击流结构，包括进料管I、进料管II和进料管III并排设置，进料管I和进料管III为尾部带有弯头的直管，进料管I喷嘴与进料管III喷嘴相对设置。三喷嘴撞击流—旋转填料床装置，包括旋转填料床和上述的三喷嘴撞击流结构，三喷嘴撞击流结构固定于转子的空腔内。本专利技术具有不等量进料均匀混合、快速反应、反应时间短、处理量大的优点，尤其适用于工业上反应体系物料比不为1的不等量进料的快速反应以及有一定黏度特性的反应体系。【专利说明】三喷嘴撞击流结构以及三喷嘴撞击流一旋转填料床装置
本专利技术属于强化液-液快速微观混合反应装置的
，具体是一种三喷嘴撞 击流结构以及三喷嘴撞击流一旋转填料床装置。
技术介绍
撞击流是利用两股或多股流体撞击快速进行微观混合，微观混合的好坏可以改变 产品的质量，进而改变产品的性质。现有的撞击流结构通常包括两个进液管，进液管上设有 与其相对垂直的喷嘴，两喷嘴相向设置，如此两喷嘴喷出的液体相向撞击。例如：中国专利 201310338819. 4,中国专利200610102107. 2都公开了这种形式的撞击流结构。但是，工业 中大多数液、液快速反应物料流量比并不相等，采用目前现有的撞击流结构并不能达到理 想的混合效果，得到混合均匀、理想的产品。工业上受微观混合影响的快速反应过程包括聚 合反应过程、反应结晶过程和部分生化反应过程等。传统撞击流结构由于只有两根管对撞， 在不等物料流量比的情况下，一方面，其中某一种反应物的体积相对较少，导致溶液在反应 器的交汇区域碰撞减弱，产生的涡流或卷席强度变小，微观混合恶化；另一方面，由于某一 反应物局部浓度过大，可能导致副反应的发生更剧烈，混合效果不理想、不均匀。 另外，物料撞击时产生的撞击面，其边缘由于湍动耗散率与中心相比较小，使 得撞击面边缘混合效果并不理想。采用CFD模拟和PIV实验研究，结果表明在撞击 平面的驻点混合效果最好，当撞击初速度为l〇m/s时，湍动能耗散率从中心向四周由 4.0xl04w2 Zs3降为5Qxl〇、2/s3，相差至少一个数量级。 同时，在这些反应过程中，很多反应体系是在有一定黏度特性的情况下混合反应 的，流体体系黏度的提升将导致流体的流动性变差，降低流体的分散尺度，以致产生混合效 果不佳，目标产物质量变差等许多不利的结果。采用碘化物-碘酸盐微观混合测试体系，当 体系粘度由20mPaXs升至200mPaXs，传统撞击流结构离集指数由0. 11增加到0. 35,传统 撞击流-旋转填料床装置离集指数由〇. 03增加到0. 06 ;当体系体积流量比为由1增加到 9,传统撞击流结构离集指数由0. 08增加到0. 13,传统撞击流-旋转填料床装置离集指数由 0. 017增加到0. 03 ;混合效果变差，导致反应过程中副产物增多，目标产物收率急剧下降， 增加了后续产物提纯等复杂工序，为企业增加了负担，从而影响工业化应用。
技术实现思路
本专利技术为了解决目前液、液快速反应在不等量进料的情况下所引起的微观混合不 均匀、效果差的问题，提供了一种三喷嘴撞击流结构以及三喷嘴撞击流一旋转填料床装置。 本专利技术采用如下的技术方案实现：三喷嘴撞击流结构，包括进料管I、进料管II和 进料管III，进料管I、进料管II和进料管III并排设置，进料管I和进料管III为尾部带 有弯头的直管，进料管II为直管并且位于进料管I和进料管III中间，进料管III与进料 管I相对于进料管II对称，进料管I、进料管II和进料管III的尾端开孔形成进料管I喷 嘴、进料管II的喷嘴和进料管III喷嘴，进料管I喷嘴与进料管III喷嘴相对设置。 进料管I和进料管III的直径相等、长度相等，进料管II长度L1与进料管II直径 D1比值为ΚΓ50,进料管I长度L2与进料管I直径D1比值为ΚΓ50,进料管I喷嘴直径d6、 进料管III喷嘴直径d6与进料管II喷嘴直径d5之比为1~10。 进料管I喷嘴到进料管III喷嘴之间的距离Cl1与进料管I喷嘴、进料管III喷嘴 直径d6比为1~50,进料管II喷嘴到进料管I喷嘴和进料管III喷嘴中心连接线的垂直距 离距离d2与进料管II喷嘴直径d5比为广30。 进料管I喷嘴以及进料管III喷嘴的中心轴线与进料管II中心轴线的夹角Θ为 15。-90。。 进料管I、进料管II和进料管III连接并固定在一起，形成一个整体结构。 量多的反应物料从进料管I进料口和进料管III进料口进入，而量少的反应物料 从进料管II进料口进入，量多的反应物料和量少反应物料的进料溶液体积比为1~20,两种 反应物料的粘度为广300mPaXs。 三喷嘴撞击流一旋转填料床装置，包括旋转填料床和上述的三喷嘴撞击流结构， 旋转填料床包括填料、转轴、转子、液体出口和壳体，转子位于壳体的中部，填料设置在转子 空心圆环中；液体出口在壳体的底部；转轴连接电机并带动转子转动，所述的三喷嘴撞击 流结构固定于转子的空腔内，进料管I喷嘴和进料管III喷嘴中心连接线的中心位于转子 空腔的轴线中心位置。 转子内径d4与三喷嘴撞击流结构边缘到转子的距离d3的比值为1飞。 与现有技术相比，本专利技术克服了目前两根直角管进料撞击流反应器的缺点，具有 不等量进料均匀混合、快速反应、反应时间短的优点，实现了良好的首次微观混合；与旋转 填料床耦合，旋转填料床混合均匀性的优点，能够使物料的进一步均匀的混合，尤其适用于 工业上不等量进料的快速反应以及有一定黏度特性的反应体系。 本专利技术的三喷嘴撞击流结构及三喷嘴撞击流-旋转填料床装置，采用碘化物-碘 酸盐反应体系，在进料流量比为f9,三喷嘴撞击流结构离集指数由0. 07、. 10,三喷嘴撞 击流-旋转填料床装置0.006变为0.018;液体粘度为20 1^&\^200 11^&\8时，三喷嘴 撞击流结构离集指数由〇. 07变为0. 2,三喷嘴撞击流-旋转填料床装置离集指数由0. 005 变为0. 035。在不等量进料以及粘度体系方面，较传统撞击流结构及传统撞击流-旋转填料 床装置离集指数减少了 1/2~1/3,微观混合效果得到了极大地提高。这样的优势，使得反应 过程中副产物减少，目标产物收率提高，工业化应用中为企业节约了成本，提高了利润。 目前，用于液液反应的撞击流结构主要浸没循环式撞击流和撞击流-旋转填料床 装置。但是，浸没循环式撞击流还存在着一些不足。首先，由于安装螺旋桨的电机轴是悬臂 结构，如果轴较长或转速较快，容易引起螺旋桨及电机轴的振动。其次，安装螺旋桨的电机 轴在反应器壁上需安装轴封结构，增加了反应器的制造成本，长期运转轴封结构容易损坏， 影响反应器的长期运行。最后，这种结构将运动部件设置在反应器内，而运动部件在运转过 程中可能发生故障的机率较大，此时需要将反应过程停下来进行维修，影响装置的连续稳 定运转，也对上下游配套装置产生一定的影响。尽管有所改本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种三喷嘴撞击流结构，其特征在于：包括进料管I（1.1）、进料管II（1.2）和进料管III（1.3），进料管I（1.1）、进料管II（1.2）和进料管III（1.3）并排设置，进料管I（1.1）和进料管III（1.3）为尾部带有弯头的直管，进料管II（1.2）为直管并且位于进料管I（1.1）和进料管III（1.3）中间，进料管III（1.3）与进料管I（1.1）相对于进料管II（1.2）对称，进料管I（1.1）、进料管II（1.2）和进料管III（1.3）的尾端开孔形成进料管I喷嘴（1.7）、进料管II的喷嘴（1.8）和进料管III喷嘴（1.9），进料管I喷嘴（1.7）与进料管III喷嘴（1.9）相对设置。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘有智，祁贵生，焦纬洲，张珺，袁志国，栗秀萍，罗莹，申红艳，高璟，张巧玲，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14
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