一種機(jī)械攪拌式連續(xù)乳化器及乳化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于化工設(shè)備領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一種機(jī)械攪拌式連續(xù)乳化器及乳化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]乳化(emulsificat1n)是指將分散相以細(xì)小的液滴分散于連續(xù)相中的過(guò)程。乳狀液中被分散的一相稱作分散相或內(nèi)相;另一相則稱作分散介質(zhì)或外相。顯然，內(nèi)相是不連續(xù)相，外相是連續(xù)相。制備乳化液的機(jī)械設(shè)備被乳化機(jī)或乳化器。制備不同的乳化產(chǎn)物(乳化液)，需要采用不同的分散相和連續(xù)相，乳化設(shè)備和乳化條件也需要調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)所需要的乳化效果。
[0003]例如，一種典型的烷基化反應(yīng)為丁烷與丁烯在濃硫酸的催化作用下生成異辛烷的烷基化反應(yīng)。該硫酸烷基化反應(yīng)中，丁烯溶于濃硫酸中作為反應(yīng)體系的連續(xù)相，而不溶于濃硫酸的丁烷則為分散相，丁烷與丁烯的烷基化反應(yīng)發(fā)生在兩相界面上。為了提高反應(yīng)效率，需要強(qiáng)化其傳質(zhì)面積，而將烷烴有效分散在濃硫酸連續(xù)相中是強(qiáng)化其傳質(zhì)的重要途徑之一。但因產(chǎn)物異辛烷及其相應(yīng)的異構(gòu)化產(chǎn)物在濃硫酸中的溶解度均較低，且為提高烯烴的轉(zhuǎn)化率采用了高的烷烯比而有大量未反應(yīng)的烷烴，因此烷烴和產(chǎn)物都需要盡快與催化劑濃硫酸分離，以提高生產(chǎn)效率。這就要求烷烴在濃硫酸中分散乳化無(wú)需均質(zhì)化，而是適宜可控的。
[0004]專利CN204107349U公開(kāi)了一種新型硅油乳化反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)安裝了錨槳、盤(pán)管和高剪切乳化機(jī)，通過(guò)加熱降低硅油粘度、在高速乳化機(jī)內(nèi)添加更多的槳葉并提高轉(zhuǎn)速等措施來(lái)提高產(chǎn)品乳化均勻性。專利CN204685014U公開(kāi)了一種高剪切乳化裝置，通過(guò)裝置夾套加熱后內(nèi)部多層鋸齒形圓盤(pán)高速剪切作用來(lái)強(qiáng)化乳化品質(zhì)。專利201410184576.8公開(kāi)了一種乳化攪拌裝置，通過(guò)多軸框式與葉式攪拌的配合促進(jìn)上下流動(dòng)混合以改善效果。專利CN201603524U公開(kāi)了一種乳化裝置，采用設(shè)有通孔的攪拌葉對(duì)物料進(jìn)行循環(huán)乳化來(lái)改善乳化效果。專利204447838U公開(kāi)了一種硅油乳化裝置，采用電磁激勵(lì)驅(qū)動(dòng)圓盤(pán)上的旋轉(zhuǎn)葉片實(shí)現(xiàn)了力度溫和的均勻攪拌。專利202446992U提供了一種硅油乳化攪拌裝置，以同軸固定的圓盤(pán)間的攪拌柱實(shí)現(xiàn)了混合力較小的乳化過(guò)程。專利102961987A提供了一種具有預(yù)混合的連續(xù)化高粘硅油乳化工藝及其設(shè)備，采用了包含預(yù)混合螺桿栗、靜態(tài)混合器、乳化攪拌釜等設(shè)備來(lái)獲得高粘硅油乳化產(chǎn)品，其乳化攪拌釜中使用的是不同葉片數(shù)量的斜葉槳。專利CN204247083U提供了一種乳化裝置，在乳化罐內(nèi)的乳化機(jī)轉(zhuǎn)軸上安裝有兩個(gè)反推輪，可以有效提高乳化能力，使乳化更徹底和更細(xì)膩。專利CN204582987U提供了一種乳化機(jī)，在攪拌軸上設(shè)有多個(gè)上下層疊的攪拌葉輪與定子配合，同時(shí)通過(guò)側(cè)部超聲波發(fā)生器和底部超聲波發(fā)生器使得介質(zhì)在機(jī)械乳化的基礎(chǔ)上可進(jìn)行超聲波乳化，乳化后的介質(zhì)直徑更小，乳化效果更佳。上述專利中，目標(biāo)產(chǎn)物為長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的乳液產(chǎn)品，沒(méi)有產(chǎn)物分相分離要求，且不含化學(xué)反應(yīng)，不適合作為存在化學(xué)反應(yīng)、應(yīng)用催化劑的反應(yīng)體系、例如硫酸催化的烷基化反應(yīng)體系的分散乳化。
[0005]專利0附04667856厶、0附04549086厶、0附04549115厶、0附04549108厶、0附04549116八、CN104549111A、CN104549110A、CN104549109A、CN104549087A、CN104549114A 等在反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置噴射混合構(gòu)件及在反應(yīng)器內(nèi)安裝旋轉(zhuǎn)床或內(nèi)外旋轉(zhuǎn)床，以實(shí)現(xiàn)催化劑與反應(yīng)物的分散混合。這類反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)反應(yīng)體系分散乳化的組件過(guò)多、安裝復(fù)雜，不便于裝備的高效制造。
[0006]專利CN200520078557.3公開(kāi)了一種臥式烷基化反應(yīng)器，采用螺旋槳將分散、混合與換熱整合在同一設(shè)備中同步實(shí)施，但對(duì)不互溶的液-液反應(yīng)體系的剪切分散、混合及流動(dòng)換熱能力考慮不充分。
[0007]專利CN103242895A公開(kāi)了一種碳4烷基化生產(chǎn)方法及裝置，液相C4烷烴與濃硫酸在裝置外利用攪拌裝置充分乳化，在多段塔式反應(yīng)器中完成烷基化反應(yīng)。該專利方法保證了進(jìn)入反應(yīng)器的酸烴的乳化程度，但塔內(nèi)反應(yīng)過(guò)程中的乳液的界面更新取決于填料，其適時(shí)調(diào)控措施少。
[0008]專利CN203764234U公開(kāi)了一種烷基化反應(yīng)器，其反應(yīng)器包括了頂部的物料入口及分布混合段，中部的反應(yīng)段以及下部的產(chǎn)品分離段。物料分布混合段通過(guò)多管路分布器在無(wú)攪拌器的情況下達(dá)到物料均勻分布混合;在反應(yīng)段裝有填料，以增強(qiáng)傳質(zhì)效果促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。該反應(yīng)器可通過(guò)氣化移熱實(shí)現(xiàn)直接冷卻。該反應(yīng)器的物料混合段中設(shè)置了過(guò)多的物料入口管路，其布置復(fù)雜、流動(dòng)阻力大，不利于制造、生產(chǎn)及維護(hù)。
[0009]專利CN102921368B公開(kāi)了一種臥式內(nèi)循環(huán)攪拌反應(yīng)器，以強(qiáng)剪切循環(huán)流槳葉、寬度漸變擋板等的組合作用實(shí)現(xiàn)物料的分散與循環(huán)流動(dòng)。該反應(yīng)器中的物料分散乳化及循環(huán)流動(dòng)動(dòng)力由同一槳葉提供，不利于乳化要求的調(diào)控，同時(shí)亦不利于傳質(zhì)傳熱的優(yōu)化。
[0010]因此，本領(lǐng)域還需要開(kāi)發(fā)在高密度粘性物料(如濃硫酸)中進(jìn)行低密度低粘性物料(如烴類有機(jī)物)的分散乳化的升級(jí)設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011 ]本發(fā)明的目的在于提供一種機(jī)械攪拌式連續(xù)乳化器及乳化方法。
[0012]在本發(fā)明的第一方面，提供一種機(jī)械攪拌式連續(xù)乳化器，所述的乳化器包括:殼體3 ；攪拌驅(qū)動(dòng)電機(jī)I ；攪拌軸2，其由攪拌驅(qū)動(dòng)電機(jī)I驅(qū)動(dòng);軸流式槳葉201，其位于攪拌軸上;徑流式槳葉202，其位于攪拌軸上;擋板4;組分分布器6;進(jìn)料管8;和出料口 10。
[0013]在一個(gè)優(yōu)選例中，所述的機(jī)械攪拌式連續(xù)乳化器還包括:換熱夾套5，其位于殼體外壁上;較佳地，該換熱夾套5包括半管形換熱盤(pán)管;和/或物料排凈口 7。
[0014]在另一優(yōu)選例中，所述的半管形換熱盤(pán)管的管內(nèi)裝有流動(dòng)的液相或可相變汽化的液相換熱介質(zhì)。
[0015]在另一優(yōu)選例中，所述的物料排凈口7也可作為進(jìn)料口。
[0016]在另一優(yōu)選例中，所述的乳化器殼體3包括:大殼體304;小殼體302，其直徑小于大殼體304;過(guò)渡殼體303，其用于連接小殼體302和大殼體304;小封頭301，其用于封閉小殼體302上端;大封頭305，其用于封閉大殼體304下端。
[0017]在另一優(yōu)選例中，所述的大殼體304的直邊長(zhǎng)度為所述的小殼體302的直邊長(zhǎng)度的I?2倍;較佳地為1.2?1.8倍;和/或所述的大殼體304的直徑為所述的小殼體直徑的I?3倍;較佳地為1.5?2.5倍。
[0018]在另一優(yōu)選例中，所述的出料口10位于小殼體302的側(cè)壁。
[0019]在另一優(yōu)選例中，所述的進(jìn)料管8位于大殼體304或大封頭305上。
[°02°] 在另一優(yōu)選例中，所述的組分分布器6穿過(guò)殼體3進(jìn)入到大殼體304內(nèi)。
[0021]在另一優(yōu)選例中，所述的換熱夾套5覆蓋于大殼體304的側(cè)壁上。
[0022]在另一優(yōu)選例中，所述的攪拌軸2穿過(guò)小封頭301，在所述的大殼體304或所述的大封頭305內(nèi)被定位。
[0023]在另一優(yōu)選例中，所述進(jìn)料管8上還設(shè)有循環(huán)進(jìn)料口9。
[0024]在另一優(yōu)選例中，所述的進(jìn)料管8垂直穿過(guò)所述大封頭305;較佳地，所述的進(jìn)料管8的出口位于所述的組分分布器6與大封頭305之間；更佳地，所述的進(jìn)料管8的出口距離所述的組分分布器6的垂直距離為所述進(jìn)料管8的直徑的I?20倍;更佳地為2?10倍。
[0025]在另一優(yōu)選例中，所述的軸流式槳葉201選自:螺旋槳，翼型槳;較佳地是螺旋槳。
[0026]在另一優(yōu)選例中，所述的軸流式槳葉201位于小殼體302之內(nèi)；較佳地，軸流式槳葉201的直徑為小殼體302直徑的0.90?0.98倍(優(yōu)選0.94?0.96倍)；和/或所述的軸流式槳葉201安裝于攪拌軸2上距離出料口 10垂直距離為小殼體302直徑的0.8?1.5倍(較佳地為
0.9?1.4倍)的位置。
[0027]在另一優(yōu)選例中，所述的徑流式槳葉202選自:直葉圓盤(pán)渦輪槳，對(duì)稱凹葉圓盤(pán)渦輪槳，不對(duì)稱凹葉圓盤(pán)渦輪槳，斜葉槳;較佳地是圓盤(pán)渦輪槳。
[0028]在另一優(yōu)選例中，所述的徑流式槳葉202位于大殼體304之內(nèi)；較佳地，徑流式槳葉202的直徑為大殼體304直徑的0.45?0.55倍(優(yōu)選0.47?0.54倍)；和/或所述的徑流式槳葉202安裝