[发明专利]多级、多向Y型射流撞击混合器

说明书

技术领域

本发明涉及两种或多种液体物料的撞击式混合技术，适用于连续运行的混 合过程，特别是要求瞬间能达到均匀混合的目的，尤其适用于待混合的两种或 多种液体物料流量相差大、混合时易发生相变的过程，例如芳纶(Aramid Fibers)1414聚合过程。

背景技术

芳纶1414又称芳纶II或对位芳纶(Para-aramid Fibar)，学名聚对苯二 甲酰对苯二胺，由对苯二甲酰氯(TPC)和对苯二胺(PPDA)两种单体采用低 温溶液聚合工艺制得。该聚合过程如下：PPDA预先与溶剂混合形成预混合物， 预混合物冷却至5～10℃后与部分熔融TPC(约85～90℃)混合反应，形成预 聚合物溶液，该预聚合物溶液冷却至10～15℃，与其余的熔融TPC在混合器 中混合均匀后连续进入缩聚反应器进行反应。

混合时，进入混合器中的预聚合物溶液流量是熔融的TPC流量的十倍左 右，两者温度相差70～75℃，TPC的凝固点约为81～84℃，混合温度一般控 制在30～35℃。所述的缩聚反应要求进行混合的两种单体化学配比计量精确、 过程连续且瞬间混合均匀。采用传统的静态混合器、同心射流混合器、T型混 合器及专利CN 101195681A中提及的混合器进行混合时主要存在如下问题：

(1)传统的静态混合器利用其特殊的结构使物料混合，其混合程度取决 于特殊的流道设计及混合流动过程，但不能保证两种单体瞬间混合均匀。同时 两股物料充分接触，大流量低温的预聚合物溶液降低了混合腔的温度，使得 TPC入口以及器内未混合的TPC产生凝固，导致TPC入口及器内发生堵塞，无 法保证混合过程连续进行。

(2)同心射流混合器是通过第一种物料射入第二种物料混合室的高速流 动，使物料实现混合，但是由于混合室中第二种物料的流速低，距离短，两种 物料间能同时达到湍流状态的部分不多，存在大量层流区，难以实现瞬时完全 混合。

(3)T型射流混合器通过对撞方式实现物料混合，可以满足瞬时均匀混 合的要求，但是混合时如果两股物料流量之比相差大(例如芳纶1414的聚合 过程为10～18∶1左右)，撞击后物流偏向流量较小的TPC熔体一方，易流向 混合器的器壁，同时由于撞击点偏向TPC喷射口，大流量低温物流降低了TPC 出口附近的温度，造成TPC在出口喷管处凝固，导致混合过程不能连续进行。 虽然可以通过设置针型阀进行TPC管疏通，但由于混合中断使混合难以均匀， 混合装置结构可靠性差。另外由于TPC熔体流量小，在高流速情况下，易于穿 透大流量的物料，也造成混合不均匀。

(4)专利CN 101195681A提及的混合器，在混合腔内设置高速搅拌装置， 搅拌轴上开设出料螺纹以缩短物料的停留时间，达到实现瞬时混合的目的。由 于搅拌装置使物料充满整个混合腔，降低了混合腔的温度，容易导致TPC在入 口处凝固，使混合过程中断。

众所周知，对于化学配比要求严格的聚合反应，混合过程至关重要，混合 器需满足连续、均匀的要求。本发明人进行了大量研究认为，芳纶1414聚合 过程的物料混合器需满足以下要求：

(1)两股物料需在瞬间混合均匀。只有混合均匀聚合反应才可能在短时 间内得以完成，预聚物初始混合的均匀程度极大地影响反应体系局部单体化学 配比，并决定最终聚合物的分子量分布，同时初始混合效果直接影响物料在后 续缩聚反应器中的停留时间；

(2)混合过程需要连续进行。两股物料混合时流量相差大，受低温大流 量物料的影响，混合腔的温度低于TPC的熔点，混合器应避免由于TPC凝固堵 塞管口而造成的混合中断，造成单体化学配比的不稳定，无法获得预期的产物 质量；

(3)混合器体积应尽量小。芳纶1414聚合反应过程中，存在从液相到凝 胶相再到固相的相转变过程，为保证物料顺利进入缩聚反应器，应使物料在混 合器出口仍处于液相状态，因此混合器体积需要尽量小，以缩短物料在其中的 停留时间；

(4)物料混合时避免返流。返流的存在影响两种单体的化学配比，容易 造成单体聚合程度不均，从而导致最终产物分子量分布过宽。

为满足上述要求，需要开发出新的混合装置。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷，本发明提出一种新型的混合器，该混合器 可以实现不同流量、不同温度的不同物料的瞬间充分混合，并且混合过程可以 连续、稳定地进行。