[实用新型]三喷嘴撞击流结构以及三喷嘴撞击流—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，具体是一种三喷嘴撞击流结构以及三喷嘴撞击流—旋转填料床装置。

背景技术

撞击流是利用两股或多股流体撞击快速进行微观混合，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。现有的撞击流结构通常包括两个进液管，进液管上设有与其相对垂直的喷嘴，两喷嘴相向设置，如此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。但是，工业中大多数液、液快速反应物料流量比并不相等，采用目前现有的撞击流结构并不能达到理想的混合效果，得到混合均匀、理想的产品。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。传统撞击流结构由于只有两根管对撞，在不等物料流量比的情况下，一方面，其中某一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。

另外，物料撞击时产生的撞击面，其边缘由于湍动耗散率与中心相比较小，使得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，当体系粘度由20mPa·s升至200mPa·s，传统撞击流结构离集指数由0.11增加到0.35，传统撞击流-旋转填料床装置离集指数由0.03增加到0.06；当体系体积流量比为由1增加到9，传统撞击流结构离集指数由0.08增加到0.13，传统撞击流-旋转填料床装置离集指数由0.017增加到0.03；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目前液、液快速反应在不等量进料的情况下所引起的微观混合不均匀、效果差的问题，提供了一种三喷嘴撞击流结构以及三喷嘴撞击流—旋转填料床装置。

本实用新型采用如下的技术方案实现：三喷嘴撞击流结构，包括进料管I、进料管II和进料管III，进料管I、进料管II和进料管III并排设置，进料管I和进料管III为尾部带有弯头的直管，进料管II为直管并且位于进料管I和进料管III中间，进料管III与进料管I相对于进料管II对称，进料管I、进料管II和进料管III的尾端开孔形成进料管I喷嘴、进料管II的喷嘴和进料管III喷嘴，进料管I喷嘴与进料管III喷嘴相对设置。

进料管I和进料管III的直径相等、长度相等，进料管II长度L₁与进料管II直径D₁比值为10~50，进料管I长度L₂与进料管I直径D₁比值为10~50，进料管I喷嘴直径d₆、进料管III喷嘴直径d₆与进料管II喷嘴直径d₅之比为1~10。

进料管I喷嘴到进料管III喷嘴之间的距离d₁与进料管I喷嘴、进料管III喷嘴直径d₆比为1~50，进料管II喷嘴到进料管I喷嘴和进料管III喷嘴中心连接线的垂直距离距离d₂与进料管II喷嘴直径d₅比为1~30。

进料管I喷嘴以及进料管III喷嘴的中心轴线与进料管II中心轴线的夹角θ为15°-90°。

进料管I、进料管II和进料管III连接并固定在一起，形成一个整体结构。 

量多的反应物料从进料管I进料口和进料管III进料口进入，而量少的反应物料从进料管II进料口进入，量多的反应物料和量少反应物料的进料溶液体积比为1~20，两种反应物料的粘度为1~300mPa·s。