[发明专利]用于混合两种流体流动的方法和装置

说明书

本申请通过引用包括2011年3月1日提交的美国临时申请61/447721。

本发明涉及一种用于混合两种流体料流(1)和(2)的改进装置以及一种使用本发明装置混合两种流体料流的方法。此外，还涉及一种使用本发明装置生产己二酸的改进方法。

混合两种流体料流的许多技术方案是已知的。就本发明而言，流体料流在该情况下通常应理解为是指在普通条件下以液体或气体形式存在的物质料流，其中普通条件能够由于广泛不同的技术应用而在通常相关参数如压力或温度方面明显改变。在该情况下，流体料流也可由多种不同物质的混合物构成，所述物质全部处于相同的聚体状态(液态或气态)。因此，例如液体原料借助以交叉流动安装的管道和环形分布器在连续-通流反应器几何结构中混合。其他已知的方案为T形管、静态混合器或多个分布器组合(Paul，E.L.，Handbook of Industrial Mixing，Jon Wiley&Sons，2004，第391–452页)。DE102008037374A1描述了一种环形分布器，其中带孔的磁环(toridal ring)在燃气喷嘴中用于混合多股气体料流。

如果要求一种原料(流体)的量大于其他原料(流体)，则具有最大体积流动的原料(下文称为流体料流(1))通常在管线几何结构中供入反应部分，而较小原料体积流动随后以交叉流动添加，例如借助插入式管道分布器添加，如图1以图解示出(下文称为流体料流(2))。这里可看到的是穿过管道(11)的截面，其中安装带有用于分布第二流体料流的钻孔的喷杆(12)。已知的管道或环形分布器大部分包含圆形截面，其带有一排或多排用于分布待混入主要料流中的体积流动的孔。为了确保液体体积流动均匀分配至所有孔，管道分布器与孔面积总和的截面之比必须足够高(Perry’s Chemical Engineers Handbook，第8版，Mc Graw Hill，2008，第6-32–6-33页)。否则，沿着分布器流动方向逐个孔减小的质量流动提高了分布器中静压和由此对于孔流出物的可获得的推进力。相比于进一步位于分布器上游的孔，这导致位于下游的孔的优选通流，当沿着流动方向观察时。

就管道分布器而言，已知可能性为在分布器管道中流动截面的不连续改变，使得静压沿着流送管尽可能保持恒定。这示于图2中。箭头代表流体流动方向，并且可看到沿着流动方向流动截面减小。

此外，已知的是改变孔径，而分布器截面面积恒定，使得孔压力损失同样沿着流动方向提高，相当于分布器管道中静压提高。这也可以狭缝形式实现，其宽度可在长度范围内改变。另一常规替代在于改变与分布器邻接的侧管的长径比，使得侧管中压力损失适应主管中静压的提高(Chen，A.W.Sparrow，E.M.，Journal Fluid.Eng.，第131卷2009，第1-9页)。

如果待混合流体参与放热反应，则分布器几何结构的体积尽可能低基本上是有利的。由于通常不能防止回流至分布器几何结构中和原料的不可控反应，有利的是限制分布器反应体积直到下一上游安全装置(例如止逆阀)。

DE102007054770A1描述了一种在载液中空截面，尤其是载水管线中的设置，其中安装排出器其限制液体可用的截面。从而要提高在温度诱导的流体体积改变(固化/冷冻)的情况下管线的稳定性。

EP1354866B1描述了一种生产烷烃二羧酸的方法，其中使用混合装置(权利要求1)。

然而，已知的混合装置具有缺点。因此，不理想的不均匀性反复出现在两种流体混合期间，并且为了实现满意的分布作用，需要施加较高的体积-比压损失，其对混合方法的有效性不利。就本发明而言，分布作用应理解为是指经由分布器涌入另一空间的流体的浓度分布的宽度，相对于理想完全混合状态的平均值。为了描述浓度分布的宽度，通常使用标准偏差。良好的分布作用表示在特定位置具有小的浓度分布宽度的状态，相对于理想完全混合状态的平均值，即低的标准偏差。通常认为相对于平均值90–95%的标准偏差是完全混合的。取决于混合任务，甚至更低标准偏差(<90%)对于具有分布器的管道截面也可能是足够的。在湍流管道流动的情况下，由于湍流旋涡构造和流动中扩散过程，额外完全混合发生在分布器下游。则认为混合任务是两阶段过程。其包括一方面在具有分布器的管道截面上预混合流体和另一方面在管道中随后湍流混合。已知的是，在良好预分布下，可改进在管道流动中随后湍流混合过程，使得为了实现良好完全混合需要较短管道长度。为了良好预混合，从分布器涌出的流体应直接覆盖尽可能大的管道截面比例，当沿着径向观察时。