[发明专利]一种列管式孔射流喷射混合器

说明书

技术领域

本发明涉及一种大规模生产能力下实现流体间快速混合的列管式孔射流喷射混合器，属于工业流体混合、反应设备领域技术领域。

背景技术

物料之间的快速混合、反应过程广泛地存在于精细化工、制药工程、生物化工等工业过程中。如化工生产过程中涉及到的反应物料之间发生复杂的快速平行竞争反应或者快速串连竞争反应时，由于反应产物或者中间产物与原料中的某些组分会进一步反应，且这些反应的特征反应时间在毫秒级甚至更少，目标产物的选择性不仅取决于反应过程的动力学特性，还取决于两股物料之间的微观混合效果。因此，设计合理的快速混合设备，对于强化物料之间的初始微观混合效果、提高目标产物的选择性和收率具有重要的意义。

射流式喷射混合器是实现两股流体之间快速混合的一类重要设备，其设计思想是将一股流体通过较小内径的管路或者射流小孔等产生高速流体并喷射到另外一股流体中，射流流体与主流流体间可以是并流接触或者错流接触，利用两股流体之间的速度差产生强烈的湍流相互作用，实现流体间的高效、快速混合。如美国专利US3,226,410公布了一种用于快速竞争—串连反应体系的管式反应器（如图1所示），其设计思想是一股物料通过管壁上的射流小孔错流射入另外一股流体中，借此实现物料之间的快速混合。专利中未对孔射流式的管式混合器的尺寸进行描述，只是对两股流体的流动状态做了规定，要求两股流体的流动雷诺数在2100以上。由于其主流体管径尺寸的限制，所以它不适用于大规模生产条件下对初始混合程度有较高要求的场合。Bayer公司在其申请的用于生产异氰酸酯的专利（US5,117,048）中公布了另外一种形式的孔射流喷射反应器（如图2所示），将一股流体（多胺）通过缩径处均匀分布的射流小孔呈错流式喷射进入主流体（光气），实现两股流体的快速混合。该反应器主要通过设计缩径来增强两股物料的湍动程度，从而强化物料之间的初始混合效果。

通过以上的分析可以看出，将一股流体通过圆管上均匀分布的多个射流小孔呈错流式喷射进入另外一股流体，在一定程度上可以实现物料之间的快速混合。但是，由于一股流体在另外一股流体中错流射流时，由于流体之间的相互作用，射流流股进入主流体中时只能达到一定的射流深度，这样当主体流的管路直径较小时，可以实现两股流体之间的快速混合。然而，当生产能力较大时，主体流的管路直径也相应较大，从射流小孔喷射进入的流股不能在较短的时间内充分分散到主体流中，势必导致主体流圆管中心在较长的一段距离内未发生混合，混合时间相应延长，因此对于孔射流式喷射器，当要求达到的混合时间尺度一定时，反应器的生产能力也存在最大极限。针对此局限性，美国专利US8,042,988B2（相应的中国专利为CN101,209,405A，如图3所示）将一股流体的管道设计为矩形或者类似矩形的扁管道，在扁管道，在扁管道的壁上均匀分布一系列的射流小孔，另外一股流体通过管道壁上的射流小孔后分成多股流体以一定的角度错流喷射进入扁管道内的流体。由于流体通道设计成扁管道且对扁管道的宽度进行了限制，扁管道的宽度设计刚好使得从两个边壁射流小孔喷射进入的流股能够在最短的时间内达到扁管中心区域，这样在混合的初始阶段大大减小了扁管道内中心的未混合区域，使得从射流小孔进入的流体能够尽快地分散到扁管道内的流体中，强化了混合过程，该设计可用于大规模操作条件下，两股流体之间的快速混合过程。美国专利US7,033,069B2与专利US8,042,988B2披露的混合设备类似，不同之处在于US7,033,069B2披露的混合器只是在射流小孔处的主流体管道设计为扁通道，在射流小孔的下方主流体通道设计成圆形截面（如图4所示）。

上述专利（US8,042,988B2，CN101,209,405A，US7,033,069B2）中披露的混合器在一定程度上可实现大规模操作条件下，两股流体之间的快速混合、反应。然而，当生产规模达到一定程度时，扁通道的长宽比比较大，因此会造成通过扁通道上的各个射流小孔之间的流体分布不均，混合器的操作稳定性相对较差。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种在大规模生产能力下，实现物料之间快速混合、反应过程，且稳定性高的列管式孔射流喷射混合器。

技术方案：本发明提供的一种列管式孔射流喷射混合器，包括壳体、固定板、内套管；所述壳体顶部设有第一进料口、侧壁设有第二进料口；所述固定板设于壳体上部，与壳体顶部围成缓冲室，与壳体侧壁和底部围成环隙；所述内套管固定于固定板上，且内套管上设有一组射流小孔，内套管的射流小孔底部为混合区。

作为改进，所述内套管的截面为圆形；内径在50mm以下，优选10-30mm。