[发明专利]用于胺的光气化的高度隔离的喷射混合器

说明书

发明背景

技术领域

本发明的实施方式涉及用于混合流体组分(如在反应性化学过程中光气和胺的混合)的混合设备。

相关技术说明

常用混合装置的领域可以大致分为两个主要区域：动态或机械混合器和静态混合器。动态或机械混合器依靠的是某种类型的运动部件或某些类型的多个运动部件，以确保组分得到期望的或充分的混合。静态混合器通常不具有明显的运动部件，取而代之的是，其依靠所混合的流体内的压差和流型来促进混合。本申请的主要目的在于静态混合器，但也可以与动态混合器联用。

异氰酸酯是特征为N=C=O官能团的分子。最广泛使用的异氰酸酯是芳族化合物。商业上广泛生产两种芳族异氰酸酯，即甲苯二异氰酸酯(TDI)和亚甲基二苯基二异氰酸酯(MDI)。异氰酸酯可以与多元醇反应形成聚氨酯。主要的聚氨酯应用是硬质泡沫体(所述硬质泡沫体是良好的绝缘体，且大量地用于器械、汽车和建筑业中)和软质泡沫体(所述软质泡沫体可以用于褥垫和家具应用中)。此外，还广泛生产了脂族异氰酸酯(如六亚甲基二异氰酸酯)，并且将其用于特殊应用中，如耐磨损和抗UV的涂层。

光气和胺的混合在异氰酸酯的生产过程中是一个重要的步骤。异氰酸酯的产品质量和产率取决于包括两股连续反应物流料(即胺和光气)的混合和随后的反应过程的效率。次级反应(如光气化产物和胺之间反应形成脲和其它脲的衍生物)最终降低了生产过程的产率和质量。当需要制备异氰酸酯时，次级反应导致了不期望的产物(例如脲和脲的衍生物(如碳二亚胺和脲酮亚胺(uretonimines)))的产生。总的化学反应可描述如下：

胺+光气→异氰酸酯+盐酸+脲+碳二亚胺+脲酮亚胺+不期望的产物

尽管许多已知和未知的因素控制了主要反应的质量，但是光气与胺的比例的增加、胺在溶剂中的稀释、或有效的混合使不期望的副产物的形成最小化。一些不期望的副产物可以是固体，且与生产过程中采用的工艺设备的污垢有关。

因此，具有不适当混合的混合器设计可导致较低的期望产物的总产率，或者可产生会阻塞或弄脏反应器系统的产物，从而导致停机时间和/或增加的维修成本。

图1说明了圆柱状导管3的局部剖面透视图，其中光气流1从右至左地行进，将胺流2通过穿过圆柱状导管3的喷射孔4注入光气流1中。传统上，在导管3中仅制造了少量喷射孔4。然而，传统的静态混合物常常由于无效的混合而产生不期望的产物。

Zaby等(美国专利5,117,048)指出导管和喷射孔的直径限制了喷射孔的数目，其提供了具有6至12个喷射孔的导管(权利要求9和实施例1-6)。Shang等(美国公开2011/0124907)教导了具有2至20个喷射孔的圆柱状导管(权利要求2)。

Ding等(美国公开2008/0159065)教导了具有22、24或52个喷射孔的矩形导管(图4-6，实施例1-4)。Ding指出，使用具有大纵横比的矩形导管(其中横截面的一个尺寸显著大于其它尺寸)可以容纳上述数目的喷射孔，从而改进射流的混合。然而，由于光气导管的内部和外部之间的高压差以及在弯曲处的大量结构应力使得需要相当厚的混合导管，所以矩形导管对于安装是不实用的。

具有如下所述的静态混合器是合乎期望的：其改进了光气和胺的混合，从而限制了不期望产物的制备。

发明概述

本发明的实施方式涉及可以单独使用或与动态混合器联用的静态混合设备。

静态混合设备的一种实施方式提供了混合导管。混合导管包含围绕着轴且沿着所述轴包封内体积的侧壁。所述内体积在相对的末端上具有两个孔，使得轴向流沿着所述轴进入和离开所述内体积。所述侧壁具有面向内体积的内表面和面向外部的外表面。所述内表面的横截面和所述外表面的横截面中的至少一个是圆形的。在垂直于所述轴的平面中形成了穿过侧壁的多个喷射孔。多个喷射孔使得侧向流流入内体积中，所述多个喷射孔的数目大于20。

另一本发明的实施方式提供了静态混合器，其包含根据本发明的实施方式的混合导管。

附图说明

为了可以具体理解本发明的上述特征，可参照实施方式更具体地描述上文简要概述的本发明，所述实施方式中的一些在附图中进行了说明。然而，应注意，附图仅仅说明了本发明的典型实施方式，因此不应认为其限制了本发明的范围，因为本发明可允许其它等效的实施方式。

图1示意性的说明了在用于混合光气和胺的现有技术的典型静态混合器中的流动排布。

图2是根据本发明的一种实施方式的静态混合器的剖视图。