[发明专利]包括拉伸流动混合器的混合系统

说明书

相关申请交叉引用

本申请是非临时申请，要求2010年1月22日提交、题为

“MIXING SYSTEM COMPRISING AN EXTENSIONAL FLOWMIXER”的美国国家专利申请No.12/692,009的优先权，该申请的教导通过引用包含在本文中，就好像在以下内容中完整复述。

背景技术

本发明一般涉及静止混合器，更具体地说，涉及后接螺旋型混合元件的拉伸流动混合器，优选还后接高剪切、高压降的静止混合元件，该混合器将在管件中流动的两种或更多种流体流混合。

通常希望在管件中混合粘性不同的流体。在湍流中，由于引入湍流而使混合更快速地发生。在层流中，混合流体流更为困难。在一些聚合方案中，例如，经常希望将粘性相对较高的松散材料流，诸如聚合物溶体与粘性相对较低的液体添加剂流混合。液体添加剂、催化剂、液体单体和溶剂通常添加到聚合物溶体中，以实现其他聚合物产物。

但是，由于促使混合所需的剪切力较高，所以高粘性的松散材料流和低粘性的添加剂流基本上保持分离，导致添加剂流包含到松散材料流中的速率较低。在层流中，通过将一种流扩散到另一种流而发生混合，这通常是一个缓慢的过程。当需要更快速的混合时间以用于分散时，缓慢扩散不可接受。通常，当添加剂流注入到松散材料流时，添加剂流将基本保持原封不动并且通过松散材料流管送，而不会有所述流的明显交界混合。这种低混合速率部分原因是因为松散材料流和添加剂流之间的表面积接触较低。为了应对这一结果，具有优势地是让添加剂流从添加剂流原有的柱状形状变形成表面积更大的相对平坦的片状。已经发现，通过增大其纵横比，即宽度与高度的比率，而使添加剂流变形，增大其表面积并因此增大其潜在的交界混合面积。表面积增大还有利于在传统静止混合器中切割、划分和重组所述流的战略。将添加剂流分布成薄片，也提高了可能存在的跟随在拉伸流动混合器之后的静止混合元件的混合效率。

已经知道若干种类型的结构来促使松散材料流与添加剂流混合，包括挡板结构和剪切混合器。授予King的美国专利No.4,808,007公开了一种双粘性混合器，该混合器通过混合器内的入口将添加剂流引入到松散材料流中，以产生添加剂流的细长平坦平面。

但是，利用这种和其他混合结构，遇到了一些问题。例如，在聚合应用中，在添加剂流注入器和松散材料流聚合物之间的接触点处观察到了聚合物积累。当添加剂流从静止混合器内注入时，经常发生这种积累。聚合物积累问题本身恶化，直到最终堵塞或完全闭合添加剂注入器，导致

静止混合器中流动分布不匀。

此外，当添加剂流，诸如催化剂，接触挡板或者其他固体接触面或壁板时，发生催化剂浸湿所述表面，由此降低催化剂与松散材料流的总体混合效率。

在那些存在重度角区域或者台阶状特征的混合器中，松散材料流和添加剂流，虽然从这些特征流出，但是可能发展出回流区和涡流，这降低了混合器的总体混合效率。

另一个问题是流线经过混合器时损失流体压力。其他可用的双粘性混合器具有相对较高的压降，因为流线在进入和离开混合器之间损失流体压力。

国际公开No.WO00/21650公开了一种用于混合松散材料流和添加剂流的拉伸流动混合器。两个拉伸混合器可以串列布置，带有大约流动导向件的直径的间隙，以提高额外的混合能力。拉伸混合器可以用于层流、过渡流和湍流条件。

虽然现有技术公开了混合松散材料流和添加剂流的混合器，但是仍然需要一种混合系统，该系统通过增大添加剂流在松散材料流中的分散度来提高松散材料流与添加剂流的混合度，分散度增大进一步增大了两种流之间的交界面积。

发明内容

本发明提供一种混合系统，包括下述：

A）至少一个拉伸流动混合器，所述混合器包括：

大致开口并中空的主体，所述主体具有波状起伏的外表面并具有单一入口和单一出口；

用于压缩沿着流动方向通过大致开口并中空主体流动的松散材料流以及沿着流动方向在单一入口引入的至少一种注入添加剂流的装置；和

用于扩宽所述松散材料流和所述至少一种注入添加剂流的装置，以使所述松散材料流和所述至少一种注入添加剂流之间的交界面积随着所述松散材料流和所述至少一种注入添加剂流通过所述大致开口并中空主体沿着流动方向流动而增大，以促使所述松散材料流与所述至少一种注入添加剂流混合；

B）具有轴线和具有固定于其中的大致开口并中空的流动混合器主体的流动导向件；和