[实用新型]撞击流结构以及撞击流—旋转填料床装置

说明书

技术领域

    本实用新型属于强化液-液快速微观混合反应装置的技术领域，具体是一种撞击流结构以及撞击流—旋转填料床装置。

背景技术

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。

撞击流是利用两股或多股流体相向快速撞击，在两进料管之间形成强烈的湍流核心区域，进行高动量的传递，湍动能耗散率急剧增加，轴向速度迅速为0转变为径向速度，从而产生强烈的微观混合。微观混合时间与湍动能耗散率是成反比的，即湍动能耗散率越大，微观混合时间越小，微观混合的效果也就越好。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。现有的撞击流结构通常其包括两个进液管，进液管上设有喷嘴，两喷嘴相向设置；进液管与喷嘴呈90度角连接，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。这些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。

但是，工业中大多数液、液快速反应物料流量比并不相等，现有两根进料管的撞击流混合效果不理想、不均匀，要实现撞击雾面径向并垂直于填料所需的弯头多，增大了阻力，从而增加了动能的损失，减小了反应初速度，影响了混合效果。物料撞击时产生的撞击面，由于其边缘由于湍动耗散率与中心相比较小。因此，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，湍动能耗散率从每一对上下对应的出料孔中心向四周由降为，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，当体系体积流量比为由1增加到20，传统撞击流结构离集指数由0.08增加到0.3，传统撞击流-旋转填料床装置离集指数由0.017增加到0.07；当体系粘度由0mPa·s升至300mPa·s，传统撞击流结构离集指数由0.10增加到0.5，传统撞击流-旋转填料床装置离集指数由0.026增加到0.1；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。

发明内容

本实用新型为了解决现有撞击流结构混合效果不理想、不均匀的问题，提供了一种撞击流结构以及撞击流—旋转填料床装置。

本实用新型采取以下技术方案：撞击流结构，包括管径不同的主进料管和套管，套管的管径大于主进料管的管径，主进料管为倒置的T形管结构、包括互相垂直连接的送料段和出料段，套管套于主进料管的送料段之外，主进料管送料段远离出料端的一端端部设置主进料管进料口，主进料管出料段靠近套管的一侧开有若干主进料管出料孔，套管远离主进料管出料段的一端设置有套管进料口，套管底部对应主进料管出料段、并开有若干与主进料管出料孔上下一一对应、同轴设置的套管出料孔。

所述的主进料管出料孔和套管出料孔为若干圆心位于同一圆周且相对于其管轴线中心圆周均布的孔，为分别形成的环式孔。