[发明专利]具有错流障碍物的反应流静态混合器

说明书

本发明的实施方式涉及混合装置。具体而言，本发明的实施方式提供用于在高活性化学反应期间混合流体组分诸如光气和胺的混合装置。一种实施方式提供混合导管(100)，其包括：限定内体积的圆柱形侧壁(101)，其中穿过所述圆柱形侧壁形成一个或多个喷射口并且所述一个或多个喷射口与该内体积相连；以及置于所述内体积中的一个或多个流动障碍物(103)，其中各流动障碍物位于相关的通孔(102)的上游。

技术领域

本发明的实施方式涉及混合流体组分诸如在反应性化学工艺中混合光气和胺的混合装置。

背景技术

常规混合设备的领域可大致分成两个主要区域：动态或机械混合器和静态混合器。动态或机械混合器依赖于一些类型的移动部件以确保组分的期望或彻底混合。静态混合器通常没有突出的移动部件，而是依赖于待混合的流体中的流动分布和压力差来促进混合。现有技术主要涉及静态混合器，但是也可能将其与动态混合器组合使用。

异氰酸酯是以N=C=O官能团为特征的分子。最广泛使用的异氰酸酯是芳族化合物。商业上广泛制造两种芳族异氰酸酯，即甲苯二异氰酸酯(TDI)和二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)。异氰酸酯可与多元醇反应形成聚氨酯。主要的聚氨酯应用是刚性泡沫体，其是优良的绝缘体并大量用于器具、汽车和建筑业；以及柔性泡沫体，其可用于床垫和家具应用中。此外，还广泛制造了脂肪族异氰酸酯诸如亚己基二异氰酸酯并用于特种应用诸如耐磨损和耐UV的涂层中。

混合在异氰酸酯制备中是至关重要的。异氰酸酯产品质量和产率依赖于多步化学反应网络。在该工艺的第一步中，混合两股连续的反应物(胺和光气)流料。次级反应如光气化产物与胺之间的反应形成脲和其它脲衍生物最终降低了产品组合物的品质。产生异氰酸酯是期望的，而次级反应导致生成不期望的产物。这些次级反应中的一些据信生成产物诸如脲和脲衍生物如碳二亚胺和脲酮亚胺(uretonimine)。总的化学反应可表示如下：

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主要反应的质量，但是提高光气与胺之比、胺在溶剂中的稀释比、或者改善的混合使不期望的副产物形成最小化。不期望的副产物中的一些可能是固体并可能与工艺设备中的污垢相关。

因此，具有不当混合的混合器设计会导致较低的期望产物总产率或者会堵塞或弄脏反应器系统导致停机时间和/或提高了维护成本。

图1示意性说明了在现有技术的静态混合器中的光气浓度。图1示出了圆柱形导管3的局部剖面图，其中光气流1从左至右行进，胺流2从穿过圆柱形导管3形成的喷射口4注入光气流1中。随着胺横移并与光气反应，发生主要反应和次级反应。位于与胺流1进入处相距L的圆5示出了在喷射口4的下游侧的区域，在此处光气浓度是相对低的(接近0)。因为光气和胺反应是放热的，所以围绕圆形5的区域具有升高的温度。低的光气浓度和高温促进了不期望的次级反应的形成和副产物的产生。

值得期望的是，具有改善光气和胺的混合的静态混合器，由此限制不期望的副产物的产生。

发明内容

本发明的实施方式涉及静态混合装置，其可单独使用或者与动态混合器组合使用。

静态混合装置的一种实施方式提供混合导管，其包括限定内体积的圆柱形侧壁，其中穿过所述圆柱形侧壁形成一个或多个喷射口并且所述喷射口与该内体积相连；以及置于所述内体积中的一个或多个流动障碍物，其中各流动障碍物在上游与相关的通孔对齐以针对喷射口渗透和喷射口混合改善错流并降低混合导管中的返混。

本发明的另一实施方式提供静态混合器，其包括定义一个或多个环形腔外壁的一个或多个流体接收导管；以及置于定义至少一个环形腔内壁的第一导管中的本发明混合导管，其中所述环形腔与所述混合导管的一个或多个喷射口流体连通。

附图说明