[发明专利]一种高流量比快速混合器及利用上述混合器的环形反应系统

权利要求书

1.一种高流量比快速混合器，其特征在于：包括反应筒体，所述反应筒体包括同心设置的外筒体和内筒体，内外筒体之间形成环形通道；所述反应筒体上连有大流量流体进液管和大流量流体出液管，大流量流体进液管和大流量流体出液管均与环形通道连通；内筒体沿纵向依次设有第一换热区、缓冲室和第二换热区，缓冲室连有小流量流体进液管；缓冲室的侧壁上设有多个射流小孔，缓冲室通过射流小孔与环形通道连通；第一换热区和第二换热区分别设有与其对应的换热介质入口和换热介质出口，换热区内还设有挡板，换热介质从挡板一侧的换热介质入口进入换热区，换热介质穿过挡板与换热区之间的缝隙后从挡板另一侧的换热介质出口排出换热区；所述大流量流体进液管的中心线与外筒体连接处的法线间的夹角β呈大于0°设置，且中心线与外筒体连接处的法线和中心线处于同一横截面上。

2.根据权利要求1所述的高流量比快速混合器，其特征在于：5˚≤β≤45˚。

3.根据权利要求1所述的高流量比快速混合器，其特征在于：所述缓冲室的侧壁上沿轴向均匀分布有n个射流小孔，射流小孔的个数n由缓冲室侧壁的外圆周长C以及射流小孔的直径d确定，n为整数且满足0.2C/d≤n≤0.8 C/d。

4.利用权利要求1所述的高流量比快速混合器进行胺基连续硝化反应的环形反应系统，其特征在于：所述环形反应系统包括两个依次串联的高流量比快速混合器、缓冲罐和循环泵，两个依次串联的高流量比快速混合器分别为高流量比快速混合器I和高流量比快速混合器II；两个高流量比快速混合器、循环泵和缓冲罐依次串联形成闭环的循环反应体系。

5.根据权利要求4所述的环形反应系统，其特征在于：环形通道内流体流速u₁、环形通道的水力学直径d₁、流体的密度ρ₁、流体的黏度μ₁满足d₁·u₁·ρ₁/μ₁≥2000。

6.根据权利要求4所述的环形反应系统，其特征在于：射流小孔内小流量流体的流速u₂、射流小孔的孔径d₂、小流量流体的密度ρ₂、小流量流体的黏度μ₂满足d₂·u₂·ρ₂/μ₂≥2000。

7.根据权利要求6所述的环形反应系统，其特征在于：射流小孔内小流量流体的流速u₂与环形通道内流体流速u₁比为1~6。

8.根据权利要求4所述的环形反应系统，其特征在于：所述缓冲罐内配有搅拌桨，搅拌桨为轴流式的推进式搅拌桨、径向流动的多叶片涡轮搅拌桨或斜叶片搅拌桨中的一种。

9.根据权利要求4所述的环形反应系统，其特征在于：系统内的反应液循环操作，循环量为FR，流量为F1的硝化剂通过高流量比快速混合器I的小流量流体进液管进入混合器I内，并与循环的反应液快速混合，流量为F2的硝化底物从高流量比快速混合器II的小流量流体进液管进入混合器II内，并与循环的反应液快速混合、反应，所述缓冲罐上部设有溢流口，当缓冲罐内液位达到溢流口位置时，反应液从溢流口连续出料，连续出料量为F1+F2；反应液的循环量FR与两股小流量进料量F1和F2的流量比为50≤FR/(F1+F2)≤200。