[发明专利]流体混合装置

说明书

一种用于在涉及两种或更多种不互溶流体相的化学反应中使用的流体混合装置(10)。混合装置特别是在弯管中混合反应物并防止相分离。用于混合流动通过管道(16)的流体的装置(10)包括：板(12)，该板具有穿过该板的流动路径(14)；以及两个或更多个凸出部(20)，该凸出部以与板的平面(22)成一定角度(24)从板延伸到流动路径中，凸出部(20)由板中的第一折叠部(32)形成，凸出部中的至少两个凸出部(20A)在所述至少两个凸出部中具有第二折叠部(26)，凸出部和第一折叠部以及第二折叠部布置成在穿过管道的流体中产生两个反向旋转涡旋(30)。该装置具有与板(12)的平面(22)垂直的对称平面(28)。

技术领域

在许多涉及两种或更多种不互溶流体相的化学反应中，反应物转化成产物的速率受到相之间产生的表面积的量限制。例如，在使用塞流反应器将苯硝化以形成单硝基苯中，保持有机相和水相的良好混合以及避免相分离是重要的。有效的混合元件产生反应物的细分散以使表面积最大化并因此使反应速率最大化。

背景技术

凸出式混合装置在混合液体和固体方面是有效的。一些装置采用呈交错布置结构的三个凸出部(tabs)，交错布置结构产生反向旋转涡旋对，交错布置结构在混合流体方面是高效的。例如，US 4,758,098(Meyer)描述了一种用于混合固体颗粒而不堵塞的凸出式混合装置。US 6,811,302(Fleischi)和US 7,316,503(Mathys)公开了添加剂通过包括定向成产生一对反向旋转涡旋的三个凸出部的装置被立即混合。US 9,403,133(Baron)公开了围绕管道的周边布置的三对重叠凸出部以产生一对反向旋转涡旋。

通过折叠金属片形成的混合装置在本领域中已知。US 6,595,682(Mathys)公开了这样一种装置，在该装置中，将一片金属折叠成使得两组凸出部形成在其中装置被夹持的凸缘的下游相交的两个平面。该装置的一个实施方式包括定向成产生一对反向旋转涡旋的三个凸出部。

混合装置已经与弯管结合使用。然而，混合装置和弯管设计成减少或消除涡流并且在防止相分离方面不是有效的。US 5,323,661(Cheng)和US 7,730,907(Richter)公开了以下装置：在该装置中，流体在通过肘形管之前被旋转以产生单一的全直径涡旋。US 201I/0174407(Lundberg)公开了一种安装在弯管下游以在装置的下游产生均匀流场的混合装置。

需要一种既制造简单又能特别是在弯管中有效地混合反应物并且防止相分离的混合元件。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于混合流动通过管道的流体的混合装置，该混合装置包括：板，该板具有穿过板的流动路径；以及两个或更多个凸出部，凸出部以与板的平面成一定角度从板延伸到流动路径中，凸出部由板中的第一折叠部形成，凸出部中的至少两个凸出部在该至少两个凸出部中具有第二折叠部，凸出部和第一折叠部以及第二折叠部布置成在穿过管道的流体中产生两个反向旋转涡旋。

根据本发明的另一方面，混合装置具有与板的平面垂直的对称平面，并且凸出部和第一折叠部以及第二折叠部形成关于对称平面对称的图案。

根据本发明的另一方面，提供了一种混合流动通过管道的流体的方法，该管道在弯管的上游具有混合装置，该混合装置包括：板，该板具有穿过板的流动路径；以及两个或更多个凸出部，凸出部以与板的平面成一定角度从板延伸到流动路径中，凸出部由板中的第一折叠部形成，凸出部中的至少两个凸出部在该至少两个凸出部中具有第二折叠部，凸出部和第一折叠部以及第二折叠部布置成在穿过管道的流体中产生两个反向旋转涡旋，该方法包括：(a)使流体沿从混合装置至弯管的方向流动通过管道；(b)当流体流经混合装置时，在流体中形成反向旋转涡旋；以及(c)使流体流经弯管，并且因此在流体中产生反向旋转的迪恩涡旋(Dean vortices)，迪恩涡旋通过由混合装置形成的反向旋转涡旋加强。