本實(shí)用新型涉及一種用于快速競爭反應(yīng)的高剪切反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

快速競爭反應(yīng)是指在一個(gè)反應(yīng)體系中，反應(yīng)物同時(shí)快速參與幾個(gè)反應(yīng)速率不同的化學(xué)反應(yīng)過程，例如光氣化反應(yīng)，重氮偶合反應(yīng)，硝化反應(yīng)等。該反應(yīng)過程對混合過程比較敏感，混合的好壞直接影響目標(biāo)產(chǎn)物的收率和最終產(chǎn)品的質(zhì)量。

快速競爭反應(yīng)的一個(gè)典型應(yīng)用是用伯胺光氣化反應(yīng)制備甲苯二異氰酸酯(TDI)，主要反應(yīng)如下：

反應(yīng)(1)是生成甲苯二異氰酸酯的主要反應(yīng)，反應(yīng)程度的好壞極大程度上取決于混合程度的好壞。反應(yīng)過程中反應(yīng)物料需在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到快速均勻混合狀態(tài)，防止局部過剩的有機(jī)胺與反應(yīng)生成的氯化氫發(fā)生副反應(yīng)(2)生成胺基鹽酸鹽。

在已公開的專利中，已有多種反應(yīng)器或者是反應(yīng)器的組合應(yīng)用于快速競爭反應(yīng)。

專利CN104496851A、專利CN104496852A、204125404U、104402766A和專利CN204125405U中公開了用于制備甲苯二異氰酸酯的反應(yīng)器，該反應(yīng)器都是將撞擊流結(jié)構(gòu)和超重力結(jié)構(gòu)相結(jié)合，光氣溶液和甲苯二胺溶液經(jīng)撞擊碰撞后，再進(jìn)入旋轉(zhuǎn)填料，解決了物料體積流量比差異較大情況下，混合效果變差的問題。

專利CN101708438A中公開了一種用于制備有機(jī)氰酸酯的反合器。該反應(yīng)器將微通道結(jié)構(gòu)和超聲波發(fā)生器相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了光氣和伯胺的良好的微觀混合。

專利CN101716486A中公開了一種用于液-液快速混合與反應(yīng)的撞擊流高剪切反應(yīng)器，該反應(yīng)器將撞擊流反應(yīng)器與高剪切反應(yīng)器相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了液液的快速混合與反應(yīng)。

專利CN201791525U中公開了一種帶有進(jìn)料分布裝置的高剪切反應(yīng)器，其中第二進(jìn)料管的進(jìn)料分布器周邊與第一級定子最內(nèi)側(cè)齒圈的內(nèi)表面固定連接，該反應(yīng)器用于制備有機(jī)氰酸酯反應(yīng)，具有良好的效果。

專利CN101612547A中公開了一種列管式撞擊流反應(yīng)器，該反應(yīng)器由多個(gè)撞擊混合區(qū)域組成，可通過混合區(qū)個(gè)數(shù)增加實(shí)現(xiàn)放大，放大效應(yīng)小。另外，通過多點(diǎn)和多層次的撞擊，實(shí)現(xiàn)了良好的宏觀和微觀混合。

專利US 4851571和專利WO 2009/002900A2都分別提出了一種用于制備甲苯二異氰酸酯的高剪切反應(yīng)器。該反應(yīng)器分別通過增加翅片和改變定轉(zhuǎn)子剪切間隙實(shí)現(xiàn)了良好的混合效果。

上述的專利技術(shù)應(yīng)用于快速競爭反應(yīng)時(shí)都能起到一個(gè)較好的強(qiáng)化效果，然而在上述的專利技術(shù)中，原料光氣溶液和有機(jī)伯胺溶液在進(jìn)入到高度湍動區(qū)(超重力的旋轉(zhuǎn)填料和高剪切的剪切間隙)之前，雖經(jīng)過撞擊，但在非高度湍動區(qū)(進(jìn)口區(qū)域)仍存在混合不均的可能性，會使目標(biāo)產(chǎn)物的收率和產(chǎn)品的質(zhì)量降低。另一方面，微通道反應(yīng)器應(yīng)用有固體生成的快速反應(yīng)時(shí)，由于通道狹窄，容易發(fā)生堵塞，也需要進(jìn)一步的完善。高剪切反應(yīng)器由于其局部超高的湍動和剪切作用，并且不易發(fā)生堵塞，具有巨大的發(fā)展?jié)撃?。然而對于齒合型高剪切反應(yīng)器最內(nèi)圈轉(zhuǎn)子的內(nèi)部為非高度湍動區(qū)，進(jìn)入高剪切腔室內(nèi)的物料瞬間不能有效的分散開，在這段區(qū)間內(nèi)會導(dǎo)致物料的返混，并誘發(fā)許多副反應(yīng)的發(fā)生，對于快速競爭反應(yīng)是不利的，會影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量和收率。

因此，綜合考慮以上兩方面，為了減少物料的返混，并且實(shí)現(xiàn)物料在毫秒級內(nèi)的均勻混合，迫切需要對目前的高剪切反應(yīng)設(shè)備進(jìn)行改造。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于快速競爭反應(yīng)的高剪切反應(yīng)器。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：

用于快速競爭反應(yīng)的高剪切反應(yīng)器，包括圓筒狀外殼7、轉(zhuǎn)子3、定子5和主傳動軸6，在圓筒狀外殼上設(shè)置有出料口8，圓筒狀外殼一端端壁11的中心位置設(shè)置有第一進(jìn)料管1，其特征是主傳動軸末端、最內(nèi)圈轉(zhuǎn)子齒的內(nèi)部設(shè)置有徑流式葉輪4，設(shè)置在第一級最內(nèi)圈轉(zhuǎn)子齒和次內(nèi)圈轉(zhuǎn)子齒之間的是內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)的進(jìn)料定子齒2；進(jìn)料定子齒2的中空部分通過所述端壁11內(nèi)的環(huán)狀中空結(jié)構(gòu)12與第二進(jìn)料管10連通；進(jìn)料定子齒2上設(shè)置有出料孔9。

徑流式葉輪為直葉片葉輪或彎葉片葉輪。

優(yōu)選的是葉片的角度為后彎10-60°。

使用本實(shí)用新型的用于快速競爭反應(yīng)的高剪切反應(yīng)器，能夠有效的避免兩股物料在非高度湍動區(qū)接觸，同時(shí)徑流式葉輪的存在使從中心進(jìn)料的流股能獲得更大的動能且避免了物料的返混，使兩股物料在毫秒級達(dá)到均勻混合。因此，在快速競爭反應(yīng)過程中使用該高剪切反應(yīng)器，能夠有效的避免副反應(yīng)的發(fā)生，大幅提高目標(biāo)產(chǎn)物的收率；本實(shí)用新型的高剪切反應(yīng)器，設(shè)備投資費(fèi)用低，安裝方式簡單，易于操作。

附圖說明

圖1為用于快速競爭反應(yīng)的高剪切反應(yīng)器示意圖。

圖2為直葉片葉輪示意圖。

圖3為彎葉片葉輪示意圖。

圖4為進(jìn)料定子示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說明。見圖1、圖2、圖3和圖4。

用于快速競爭反應(yīng)的高剪切反應(yīng)器，包括圓筒狀外殼7、轉(zhuǎn)子3、定子5和主傳動軸6，在圓筒狀外殼上設(shè)置有出料口8，圓筒狀外殼一端端壁11的中心位置設(shè)置有第一進(jìn)料管1，其特征是主傳動軸末端、最內(nèi)圈轉(zhuǎn)子齒的內(nèi)部設(shè)置有徑流式葉輪4，設(shè)置在第一級最內(nèi)圈轉(zhuǎn)子齒和次內(nèi)圈轉(zhuǎn)子齒之間的是內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)的進(jìn)料定子齒2；進(jìn)料定子齒2的中空部分通過所述端壁11內(nèi)的環(huán)狀中空結(jié)構(gòu)12與第二進(jìn)料管10連通；進(jìn)料定子齒2上設(shè)置有出料孔9。

徑流式葉輪為直葉片葉輪或彎葉片葉輪。

葉片的角度為后彎10°，還可以選擇20°、30°、40°、50°、60°。

葉輪通過螺桿與傳動軸連接。

每個(gè)出料孔的物料流速為能夠達(dá)到1～30m/s。