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，具体是一种单反射-环式喷嘴撞击流结构以及旋转填料床装置，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的问题。撞击流结构，包括管径不同的主进料管和套管以及挡板，套管套于主进料管的之外，套管开口端部与主进料管喷嘴端部形成环缝，挡板中心位于主进料管以及套管的轴线上；旋转填料床装置，撞击流结构设置于转子的空腔内并沿转子轴线方向设置。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】
单反射-环式喷嘴撞击流结构以及旋转填料床装置
本专利技术属于强化液-液快速微观混合反应装置的
，具体是一种单反射-环式喷嘴撞击流结构以及单反射-环式喷嘴撞击流-旋转填料床装置。
技术介绍
撞击流是利用两股或多股流体相向撞击，在两进料管之间形成的高动量传递、高湍动能、高湍动能耗散的核心区域，轴向速度迅速为零转变为径向速度，从而快速地进行微观混合，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。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。 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，容易弓I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。尽管有所改进，但是仍为间歇操作，处理能力有限。传统两根进料管撞击流装置由于不等量进料，微观混合效果较差。 现有的撞击流结构通常包括两个直角进液管，直角进液管上设有喷嘴，两喷嘴相向设置；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。传统撞击流结构由于只有两根直角管对撞，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10m/s时,瑞动能耗散率从中心向四周由降为，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20mPa.s升至200mPa.s，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0.03增加到0.06 ;当体系体积流量比为由I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的问题，提供了一种单反射-环式喷嘴撞击流结构和单反射-环式喷嘴撞击流-旋转填料床装置。 本专利技术采取以下技术方案:单反射-环式喷嘴撞击流结构，其特征在于:包括管径不同的主进料管和套管以及挡板，套管的管径大于主进料管的管径，套管套于主进料管的之外，主进料管一端设置主进料管进料口、另一端设置扩口型主进料管喷嘴，主进料管喷嘴端部中心开有出料孔，套管对应主进料管进料口的一端设置有套管进料口，套管对应主进料管喷嘴的另一端开口、套管开口端部与主进料管喷嘴端部形成环缝，出料孔与环缝设置于同一平面，挡板相对于主进料管以及套管的轴线方向垂直设置，挡板中心位于主进料管以及套管的轴线上。 所述的套管直径Cl1与主进料管直径d2的比值为1.5^20,套管长度L1与套管直径Cl1比值为1(Γ50，主进料管长度L2大于套管长度U。主进料管出料孔到挡板的距离d3与主进料管出料孔直径D2之比为1飞0，主进料管的内径(12与出料孔直径D2比为1飞0，套管直径Cl1与环缝宽度D1比值为I?100。 所述的挡板为圆形或方形，挡板相对主进料管和套管可旋转设置或者与主进料管和套管连接，挡板为向外凸起，挡板表面粗糙。 一种单反射-环式喷嘴撞击流-旋转填料床装置，包括旋转填料床和所述的单反射-环式喷嘴撞击流结构，旋转填料床包括填料、转轴、转子、壳体以及液体出口，所述的单反射-环式喷嘴撞击流结构设置于转子的空腔内并沿转子轴线方向设置，主进料管喷嘴以及环缝与挡板之间中心线位于转子空腔的中央，挡板与转子内缘连接，转子位于壳体的中部；填料在转子空心圆环中；液体出口在壳体的底部；转轴通过与电机相连带动转子转动。 所述的单反射-环式喷嘴撞击流-旋转填料床装置，转子内径d4与套管直径Cl1比为I?5。 所述的量多的反应物料从主进料管进料，而量少的反应物料从套管进料，主进料管和套管的进料溶液体积比为广15，反应物料的粘度为2?300mPa.S。 微观混合是指分子间的混合，微观混合状况则用参数微观混合特征时间参数tM表征，采用碘化物-碘酸盐微观混合测试体系，本专利技术的单反射-环式喷嘴撞击流结构以及单反射-环式喷嘴撞击流-旋转填料床装置的微观混合时间分别为1.1rns和0.073ms,相同条件下较传统两根管撞击流结构以及撞击流-旋转填料床装置的1.4ms和0.2ms有较大的提高。本专利技术反应时间短，适用于快速反应；由于微观混合时间与微观尺度λ的平方成正t匕，当整个混合容积中不存在大于λ的分隔尺度时，才能认为达到理想混合。显然，对于在分子尺度上进行的过程例如化学反应，只有达到良好的微观混合状态，分子间才能有效的接触和反应。 与现有技术相比，本专利技术的单反射-环式喷嘴撞击流结构以及单反射-环式喷嘴撞击流-旋转填料床装置采用两根直管的结构，减少了弯头的个数，减少了动量损失。以lOm/s撞击初速度为例，增加2个90°弯头，阻力损失为75J/kg，动能仅为没有弯头的1/4，撞击速度随之极大地减小。根据Newton定律，较大的撞击初速度形成了较强烈的动量传递，能量耗散增强，加上液体处于分子紧密聚集的凝聚状态，两股相向撞击的流体间必然发生强烈地相互作用，包括流团或/和分子间相互碰撞、挤压、剪切等作用，产生强烈的微观混合。由于撞击面的边缘效应，微观混合并不像撞击面中心区域理想，通过旋转填料床的高速旋转，对边缘液体剪切，进行二次混合，从而进一步强化了微观混合效果。 本专利技术的单反射-环式喷嘴撞击流结构及单反射-环式喷嘴撞击流-旋转填料床装置，采用碘化物-碘酸盐反应体系，在进料流量为广9，单反射-环式喷嘴撞击流结构离集指数由0.06变为0.10，单反射-环式喷嘴撞击流-旋转填料床装置0.007变为0.015 ；液体粘度为20 mPa.s^200 mPa.s时，单反射-环式喷嘴撞击流结构离集指数由0.05变为0.17，单反射-环式喷嘴撞击流-旋转填料床装本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种单反射‑环式喷嘴撞击流结构，其特征在于：包括管径不同的主进料管（1.3）和套管（1.4）以及挡板（1.7），套管（1.4）的管径大于主进料管（1.3）的管径，套管（1.4）套于主进料管（1.3）之外，主进料管（1.3）远离挡板（1.7）的一端设置主进料管进料口（1.1）、靠近挡板（1.7）的另一端设置扩口型主进料管喷嘴（1.5），主进料管喷嘴（1.5）端部中心开有出料孔，套管（1.4）对应主进料管进料口的一端也设置有套管进料口（1.2），套管对应主进料管喷嘴的另一端开口、套管开口端部与主进料管喷嘴端部形成环缝（1.6），出料孔与环缝设置于同一平面，挡板（1.7）相对于主进料管以及套管的轴线方向垂直设置，挡板中心位于主进料管以及套管的轴线上。
【技术特征摘要】
1.一种单反射-环式喷嘴撞击流结构，其特征在于:包括管径不同的主进料管(1.3)和套管(1.4)以及挡板(1.7)，套管(1.4)的管径大于主进料管(1.3)的管径，套管(1.4)套于主进料管(1.3)之外，主进料管(1.3)远离挡板(1.7)的一端设置主进料管进料口(1.1)、靠近挡板(1.7)的另一端设置扩口型主进料管喷嘴(1.5)，主进料管喷嘴(1.5)端部中心开有出料孔，套管(1.4)对应主进料管进料口的一端也设置有套管进料口(1.2)，套管对应主进料管喷嘴的另一端开口、套管开口端部与主进料管喷嘴端部形成环缝(1.6)，出料孔与环缝设置于同一平面，挡板(1.7)相对于主进料管以及套管的轴线方向垂直设置，挡板中心位于主进料管以及套管的轴线上。2.根据权利要求1所述的单反射-环式喷嘴撞击流结构，其特征在于套管直径(屯)与主进料管直径(d2)的比值为1.5?20，套管长度(L1)与套管直径(Cl1)比值为1(Γ50，主进料管长度(L2)大于套管长度(L1),主进料管出料孔到挡板的距离(d3)与主进料管出料孔直径(D2)之比为广50，主进料管的内径(d2)与出料孔直径(D2)比为1飞0，套管直径(Cl1)与环缝宽度(D1)...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘有智，张珺，焦纬洲，祁贵生，袁志国，高璟，张巧玲，罗莹，栗秀萍，申红艳，
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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