CN104689779B - 使用高速喷射的非均质流体用混合反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非均质流体用混合反应器，包括用于导入第一流体的第一入口部分，用于喷射第一流体的第一喷嘴，具有第一空间部分和内径大于第一空间部分的第二空间部分的流体腔，用于导入第二流体的第二入口部分，喷射第二流体的第二喷嘴，混合腔，和喷射第二流体的第三喷嘴部分。在非均质流体用混合反应器中，两种或多种流体有效地彼此碰撞，以提高混合的均匀性，减少副反应，从而提高反应产率和反应速率，并且能够简单的维护和再使用。

Description

使用高速喷射的非均质流体用混合反应器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年12月10提交的韩国专利申请号10-2013-0153286和2014年3月25日提交的韩国专利申请号10-2014-0034853的优先权和权益，其全部公开内容以引证的方式并入本文。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及一种使用高速喷射的非均质流体用混合反应器，更特别地涉及一种非均质流体用混合反应器，其中两种或两种以上的流体彼此有效碰撞，提高了混合的均匀性，减少了副反应，从而提高了反应产率和反应速率。

2.相关技术的说明

通常，喷射器(sparger)或分散器(disperser)已用于反应器如连续搅拌反应器中以混合或反应非均质流体。

图1示出了一种混合非均质流体的常规的混合反应器100。混合反应器100设计为使通过设置在反应容器110中的喷嘴120的通孔121直接喷射的第一流体与供送到反应容器110中的第二流体反应。然而，根据喷嘴120的位置，贯通孔121的数量，第一流体的喷射速度等，反应物可能未被均匀地混合，因而产生不必要的副反应。此外，在来自副反应的副产物是固体材料或高粘度的液体材料情况下，该副产物可能附着到反应器的侧面、底部或顶部，并由此可能使反应器的性能下降。此外，用于清洗附着副产物的成本增加，并且因为清洗过程而需要停止反应器的运行，从而可能降低生产效率。

现已提出的一种措施是，其中反应器的温度被限制在约为70℃～80℃的范围，以抑制反应物和产物之间的副反应。然而，在这种情况下，降低副反应的效果并不是很大，并且可能会产生相反的效果：其中反应产率可能会降低或反应速度可能会大大降低。

因此，目前越来越需要一种非均质流体用的混合反应器，该反应器提高了混合的均匀性，反应速度以及生产产率，并且可以简单地维护和容易地再利用。

发明内容

在一种实施方式中，提供了一种非均质流体用的混合反应器，其中两个或两种以上的流体有效地彼此碰撞，因而提高了混合的均匀性，减少了副反应，从而提高了反应产率和反应速率，并且能够简单的维护和再利用。

根据一个方面，提供了一种使用高速喷射的非均质流体用混合反应器，该反应器包括第一入口部，第一流体从外部导入其中；第一喷嘴，同轴地连接到第一入口部的下游侧，以喷射第一流体；流体腔，形成为与第一喷嘴同轴地相隔开并配置为具有第一空间部分以及内径大于第一空间部分的第二空间部分；第二入口部，径向连接到流体腔的外圆周表面且第二流体从外部导入其中；第二喷嘴，同轴地连接到第一空间部分的下游侧，以喷射第二流体；混合腔，形成为同轴地与第二空间部分的内圆周表面相隔开，并同轴地连接到第一喷嘴和第二喷嘴的下游侧；以及第三喷嘴部分，其配置为从第二空间部分的内圆周表面延伸，并径向连接到混合腔的外圆周表面上，以喷射第二流体。

混合腔可包括增大的横截面部分和恒定的横截面部分，增大的横截面部分的母线与混合腔下游侧的轴之间的角度可在70°～90°的范围内。

第二入口部分可包括多个以恒定角距离彼此隔开且形成的管道。

第二入口部分可包括两个彼此相对的管道。

第二喷嘴可以是环形流体通道，形成为从第一空间部分下游侧的末端表面或第一空间部分的内圆周表面延伸到混合腔上游侧的末端。

第二喷嘴的下游侧的末端围绕第一喷嘴下游侧的末端形成。

第三喷嘴部分可包括多个以恒定角距离彼此隔开且形成的喷嘴。

第三喷嘴部分可包括相对混合腔轴彼此对称的两个喷嘴。

每个喷嘴的轴与混合腔下游侧的轴之间的角度可在70°～90°的范围内。

每个喷嘴的轴与混合腔下游侧的轴可在同一平面上。

第一流体和第二流体每种都可独立地且不同地选自胺化合物与光气(phosgene)化合物。

胺化合物可以是芳族胺化合物。

芳族胺化合物可以是选自2,4'-亚甲基二苯基二胺(MDA)或4,4'-亚甲基二苯基二胺、甲苯二胺(TDA)、己撑二胺(HMD)、二氨基苯、2,6-二甲基苯胺、萘二胺(NDA)和它们的异构体化合物中的一种或多种。

附图简述

通过参照附图对其示例性实施方式的详细说明，对本领域的普通技术人员而言，本发明的上述和其他实施方式、特征和优点将变得更加明显，其中：

图1是用于混合非均质流体的常规混合反应器的示意图；

图2是根据本发明一种实施方式的使用高速喷射的非均质流体用混合反应器的沿y-z平面的截面图；

图3是图2中A部分的放大图。

图4是当从图2的B观测时，使用高速喷射的非均质流体用混合反应器的截面图。

图5是例示根据本发明一种实施方式的使用高速喷射的非均质流体用混合反应器中流体流动的示意图。

图6是根据本发明一种实施方式的在流体腔的y轴预定点处胺化合物与光气化合物混合均匀性的示意图；

图7是根据与本发明的一种实施方式不同设计的比较例，使用高速喷射的非均质流体用混合反应器的沿x'-y'和x'-z'平面的截面图；和

图8是根据图7的比较例中在流体腔的y轴预定点处胺化合物与光气化合物混合均匀性的示意图。

具体实施方式

下文将参照附图来说明本发明。然而，本发明并不局限于所描述的实施方式，并且应当理解的是，本发明包括本发明的技术范围和精神之内的所有等同物和替代物。对于附图，相同的附图标记被给予相同或相应的部件，与本发明的描述并不相关的部件被省略，以清楚地说明本发明。

在本说明书中，应当指出，“一个特定结构元件连接到另一结构元件”是指所述特定结构元件直接连接到另一结构元件，并且该表述还包括第三结构元件插入其之间的情况。进一步地，应该理解的是，术语“包括”、“包含”、“含有”或“具有”并不排除一个或多个其它特征、数字、步骤、操作、元件和组件或这些的组合或其他可能性的存在。

下面将结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

使用高速喷射的非均质流体用混合反应器

图2是根据本发明一种实施方式的使用高速喷射的非均质流体用混合反应器的沿y-z平面的截面图；

参照图2，本发明一种实施方式提供了一种使用高速喷射的非均质流体的混合反应器200，其包括第一入口部210，第一流体从外部导入其中；第一喷嘴220，同轴连接到第一入口部210的下游侧，以喷射第一流体；流体腔230，形成为与第一喷嘴220同轴隔开并配置为具有第一空间部分231和内径大于第一空间部分231的第二空间部分232；第二入口部分240，径向连接到流体腔230的外圆周表面且第二流体从外部导入其中；第二喷嘴250，同轴连接到第一空间部分231的下游侧，以喷射第二流体；混合腔260，形成为与第二空间部分232的内圆周表面同轴地相隔开，并同轴地连接到第一喷嘴220和第二喷嘴250的下游侧；以及第三喷嘴部分270，其配置为从第二空间部分232的内圆周表面延伸，并径向连接到混合腔260的外圆周表面上，以喷射第二流体。

术语“上游”和“下游”是指根据使用高速喷射的非均质用混合反应器中流体的流动方向和流动顺序，流体或元件之间的相对位置，且通常，“上游”是导入流体的区域，“下游”是排放流体的区域。

第一入口部分210是将第一流体从外部导入并流至第一喷嘴220上游侧的通道。第一入口部分210的截面无限制，但第一入口部分210可由截面为圆形的圆筒状管形成。

第一喷嘴220基本上同轴地连接到第一入口部分210的下游侧，以喷射通过第一入口部分210导入到混合腔260中的第一流体。

此外，第一喷嘴220可以由具有恒定直径的单个圆筒状管形成，并且第一喷嘴220的直径可小于第一入口部分210的直径。从第一入口部分210到第一喷嘴220的直径减少可以是连续的或不连续的。当直径不连续地减小时，第一喷嘴220可以基本上限定孔在第一入口部分210的下游。

术语“孔”是指流体出口，其形成为在管壁或容器壁上钻出的孔。

通常，由于流体流经具有较窄横截面的通道时流体在同一高度上流速增加，流体流经具有较宽横截面的通道时则减少，因此当流过第一喷嘴220时第一流体的流速逐渐增加，从而第一流体高速喷射穿过第一喷嘴220的下游侧的末端。

流体腔230可形成为与第一喷嘴220同轴相隔并且可包括第一空间部分231和内径比第一空间部分231的内径大的第二空间部分232。然而，流体腔230没有通过隔板或类似物分成第一空间部分231和第二空间部分232，第一空间部分231和第二空间部分232可以互相开放并流体连通。

第一空间部分231和第二空间部分232可以分别形成为具有相同的外径和不同的内径，第二空间部分232的内径要大于第一空间部分231的内径，从而第二空间部分232的体积可以小于第一空间部分231的体积。

流体腔230的外圆周表面连接到第二入口部240，第二入口部是从外部引入第二流体的通道，流体腔230的内圆周表面连接到第二喷嘴250和第三喷嘴部分270，它们是第二流体从流体腔230流向混合腔260的通道。因此，流体腔230可以是第二流体流动中的中间流基底。

第二入口部分240是第二流体从外部导入并流至流体腔230的通道，并且可径向连接到流体腔230的外圆周表面。

第二入口部分240可径向连接到流体腔230的第一空间部分231的外圆周表面上，并因此可提高第二流体的流动性。

在一种实施方式中，第二入口部分240可包括多个管道，它们以恒定的角距离设置并彼此隔开。

所述管道的数量为2个到10个。在这种情况下，管道之间的角距离可以是180°、120°、90°、72°、60°、53°、45°、40°和36°。

通过恒定地限定管道之间的角距离，可以减小通过管道排出的第二流体之间的流体干扰，因此，第二流体可以恒定的流速集中到第二喷嘴250的上游侧。

在一种实施方式中，第二入口部分240可包括彼此相对的两个管。在这种情况下，管道之间的角距离可为180°。

当管之间的角距离为180°，即，管之间的角距离最大时，通过管道导入的第二流体的流动干扰可以最小化，并且第二流体可以更顺畅地流动，并且可集中到第二喷嘴250的上游侧。

图3是图2中A部分的放大图。

参照图3，第二喷嘴250可同轴连接到第一空间部分231的下游侧。

在一种实施方式中，第二喷嘴250可以是环形通道，其从第一空间部分231下游侧的末端表面234或者第一空间部分231的内圆周表面233延伸到混合腔260上游侧的末端。

第二喷嘴250可包括外壁251，形成为从第一空间部分231下游侧的末端表面234延伸到混合腔260的增大截面部分261；和内壁252，形成为从第一空间部分231的内圆周表面233延伸到第一喷嘴220下游侧的末端。在这种情况下，第二喷嘴250的外壁251和内壁252可以彼此隔开，以形成第二流体可通过流动的狭窄的通道。

此外，由于流体腔230和混合腔260可通过第二喷嘴250的外壁251彼此连接，第二喷嘴250可用于将混合腔260与第三喷嘴部分270固定在一起，所述混合腔260和第二空间部分232的内圆周表面235是相隔开的。

同样，由于第二喷嘴250的内壁252下游侧的末端可与第一喷嘴220下游侧的末端连接，第二喷嘴250可用于固定和第一空间部分231的内圆周表面233隔开的第一喷嘴220。

在一种实施方式中，第二喷嘴250下游侧的末端可围绕第一喷嘴220下游侧的末端形成。

第二喷嘴250的外壁251和内壁252可形成为具有共同轴的圆锥形状，垂直于外壁251和内壁252的各轴的横截面积从上游侧到下游侧可逐渐减小。

也就是说，第二喷嘴250下游侧的横截面面积可小于其上游侧的面积，并且横截面面积的减小可增加具有预定流速的流体的流动速度。因此，第二流体可从第二喷嘴250下游侧的末端高速喷射到混合腔260中。

由于第二喷嘴250的内壁252形成为延伸到第一喷嘴220下游侧的末端，且内壁252下游侧的末端与第一喷嘴220下游的末端连接，第二喷嘴250下游侧的末端可围绕第一喷嘴220下游侧的末端形成。

从第一喷嘴220下游侧的末端喷射的第一流体流可具有圆形的截面，且从第二喷嘴250下游侧的末端喷出的第二流体流具有环形的截面，其围绕(即沿着圆圆周表面)第一流体的流动横截面形成。

在这种情况下，从第一喷嘴220喷出的第一流体流和围绕(即沿着圆周面)第一流体喷出的第二流体流会相互干扰并由于流体之间的碰撞而彼此混合。

混合腔260可形成为同轴地连接到第一喷嘴220和第二喷嘴250的下游侧，也同轴地与第二空间部分232的内圆周表面235相隔开。

混合腔260可由具有恒定直径的单根圆形管形成，且可进一步包括直径根据需要方的要求增加或减少的增大部分或收缩部分。

在一种实施方式中，混合腔260可包括增大截面部分261和恒定截面部分262。

在增大截面部分261中，从第一喷嘴220下游侧的末端喷射的第一流体的流动方向和从第二喷嘴250下游侧的末端喷射的第二流体的流动方向基本相同。在这种情况下，混合可因第一和第二流体之间的“水平碰撞”而发生。

术语“水平碰撞”是指如下混合类型：其中从喷嘴或其它设备喷射的非均质流体的流动方向基本上是相同的，且因流体的流动如湍流之间的碰撞而发生混合。

由于“水平碰撞”而发生的混合可以是预混合，预混合在最终混合过程之前混合第一流体和第二流体，生成了第一混合物。

增大截面部分261可形成为具有适当的长度，以便不会降低分别从第一喷嘴220和第二喷嘴250下游侧的末端喷射出的第一流体和第二流体的流动速度。

在恒定截面部分262中，从增大截面部分261流出的第一混合物和从第三喷嘴部分270喷射的第二流体可最终混合，并且产生最终的混合物，且最终的混合物可流动到下一设备(未示出)。

在一种实施方式中，增大截面部分261的母线l和混合腔260下游侧的轴y之间的角度α可在70°～90°范围，或75°～85°范围。

如果角α大于90°，则增大截面部分261和恒定截面部分262之间的弯曲部分形成锐角。在这种情况下，从第一流体和第二流体的主流中分离出的流体间的副反应可在弯曲部分中发生。并且，因为难以去除副反应产生的副产物，因此反应器的维护成本可能会增加。

如果角度α小于70°，则增大截面部分261的长度或体积过度增大，并且在增大截面部分261中的第一流体和第二流体的停留时间可能会增加。在这种情况下，第一流体和第二流体在非均匀状态下被完全混合，从而最终混合物的混合均匀性会恶化。

图4是从图2中的B观察时，使用高速喷射的非均质流体用混合反应器的横截面。

参照图4，第三喷嘴部分270可从第二空间部分232的内圆周表面235延伸，并可径向连接到混合腔260的外圆周表面上。

第三喷嘴部分270可径向连接到混合腔260的恒定截面部分262的外圆周部分，使得从混合腔260的增大截面部分261流出的第一混合物的流速降低之前达到最终的混合。

第三喷嘴部分270形成为从作为第二流体流动基底的流体腔230，延伸到混合腔260，第二流体可以流过第三喷嘴部分270以及第二喷嘴250，并可从第三喷嘴部分270的末端喷射到混合腔260中。

在一种实施方式中，第三喷嘴部分270可包括多个以恒定角距离彼此相隔并布置的喷嘴。

所述喷嘴可以是本领域中常用的公知喷嘴，并且可以是如下设计的喷嘴：每个喷嘴的直径朝着喷射口逐渐降低，以增加流动速度，最后产生高流动速度的流体。

喷嘴的数目可以是2个到10个。在这种情况下，喷嘴之间的角距离可以是180°、120°、90°、72°、60°、53°、45°、40°和36°。

通过恒定地限定喷嘴之间的角距离，可基本上均匀地保持喷射到第一混合物的第二流体的分布。

也就是说，当第一混合物和第二流体最后混合时，能够提高混合的均匀性并防止未反应的第一混合物残留在一些区域，从而减少副反应。

在一种实施方式中，第三喷嘴部分270可包括两个相对于混合腔260的轴相互对称的喷嘴。

术语“轴”意指旋转体的中心轴，在这种情况下，其中腔室、喷嘴、管道或混合反应器中的其它元件可以是旋转体，例如圆柱体或其它类似形状，除非另有限定，“轴”意指中心轴。

第三喷嘴部分270可包括两个相对于混合腔260的轴相互对称的喷嘴。

在喷嘴相对于混合腔260的轴彼此不对称的情况下，从各喷嘴喷出的第二流体与第一混合物的碰撞角可以彼此不同，从而在第一混合物的喷流截面上，混合分布可能是不均匀的。因此，喷嘴相对于混合腔260的轴相互对称。

在一种实施方式中，每个对称喷嘴的轴n和混合腔260下游侧的轴y之间的角β可以在70°～90°，或75°～85°的范围内。

如果每个对称喷嘴的轴n和混合腔260下游侧的轴y之间的角β具有上述范围，第一混合物从增大截面部分261流向恒定截面部分262的流动方向，和通过第三喷嘴部分270喷射到混合腔260的第二流体的流动方向基本上彼此垂直。在这种情况下，混合可因第一流体和第二流体之间的“垂直碰撞”而发生。

术语“垂直碰撞”是指如下混合类型：其中从喷嘴或其它设备喷射的非均质流体的流动方向基本上彼此垂直，且因流体的流动如湍流之间的碰撞而发生混合。

由于“垂直碰撞”的混合可以是最终的混合，它将预混合的第一混合物和第二流体混合，然后生成流向反应器的最终混合物。

在一种实施方式中，每个对称喷嘴的轴和混合腔260的轴可在同一平面上。

当每个对称喷嘴的轴与混合腔260的轴并不在同一平面上时，在第一混合物的喷流截面上的混合分布能是不均匀的。

具体来说，当第一混合物的喷流截面基于混合腔260的直径分成两个区域时，在一个特定区域中的混合水平较高，但其他区域的混合水平较低或可能无法实现混合。因此，每个对称喷嘴的轴和混合腔260的轴在同一平面上。

使用高速喷射的非均质流体用混合反应器中的流体流动

图5是根据本发明一种实施方式的使用高速喷射的非均质流体用混合反应器中流体流动的示意图。

参照图5，第一流体可通过第一入口部分210高速喷射到混合腔260中，第一入口部分的流体横截面积朝着第一喷嘴220的流动方向逐渐减小。

第二流体通过第二入口部分240导入到流体腔230中，导入到流体腔230中的第二流体的一部分可通过第二喷嘴250高速喷射到混合腔260中，第二喷嘴的横截面积朝着流动方向逐渐减小。

从第一喷嘴220的下游侧末端喷射出的第一流体的流动方向，与从第二喷嘴250下游侧的末端喷射出的第二流体的流动方向实质上相互水平。然而，在混合腔260的增大截面部分261中，第一流体和第二流体之间可发生一定程度的流动干扰，从而第一流体和第二流体的由于水平碰撞而发生预混合。

导入到流体腔230中的第二流体的其余部分可通过第三喷嘴部分270高速喷射到混合腔260中，第三喷嘴部分形成为从流体腔230的第二空间部分232的内圆周表面235延伸到混合腔260的外圆周表面上。

第一流体和第二流体的预混合混合物可从混合腔260的增大截面部分261沿流动方向流向恒定截面部分262，最后可与从第三喷嘴部分270的末端喷射出的第二流体混合，然后可流向下一个设备，第三喷嘴部分270径向连接到恒定截面部分262的外圆周表面上。

在一种实施方式中，第一流体和第二流体都可以独立地且不同地选自由胺化合物和光气化合物。也就是说，第一流体可以是胺化合物，第二流体可以是光气化合物。与此相反，第一流体可以是光气化合物，第二流体可以是胺化合物。光气化合物和胺化合物是可用于制造异氰酸盐的原料。

特别地，在制造芳族异氰酸盐时，胺化合物可以是芳族胺化合物。芳族胺化合物可以是选自2,4'-亚甲基二苯基二胺(MDA)、4,4'-亚甲基二苯基二胺、甲苯二胺(TDA)、己二胺(HMD)、二氨基苯、2,6-二甲基苯胺、萘二胺(NDA)、以及它们的异构体化合物中的一种或多种。在一种实施方式中，胺可以是2,4'-亚甲基二苯基二胺(MDA)或4,4'-亚甲基二苯基二胺。在另一种实施方式中，胺可以是4,4'-亚甲基二苯基二胺。在另一种实施方式中，所使用的芳族胺没有限制。

光气化合物可包括诸如镍或氯的材料，并且通常可以是高纯度的光气，即大约100重量％的光气。

也就是说，从外部通过第一入口部分210导入的4,4'-MDA可以从第一喷嘴220下游侧的末端喷射到混合腔260中，从外部通过第二入口部分240导入的光气可从第二喷嘴250下游侧的末端和第三喷嘴部分270的末端喷射到混合腔260中，喷射的4,4'-MDA和光气在混合腔260中进行光气化反应混合，从而可制备出4,4'-亚甲基二苯基二异氰酸酯(MDI)。

具体地，从第一喷嘴220下游侧的末端喷射出的4,4'-MDA和从第二喷嘴250下游侧的末端喷出的光气经过水平碰撞可在混合腔260的增大截面部分261中预混合。然后，将预混合的4,4'-MDA和光气沿流动方向流入到混合腔260的恒定截面部分262，与从第三喷嘴部分270的末端喷射出的光气因垂直碰撞而完全混合，然后进行光气化反应，从而制造出4,4'-MDI，第三喷嘴部270连接到恒定横截面部分262的外圆周表面上。

术语“光气化反应”是其中的胺化合物与光气化合物进行反应，生成异氰酸盐中间体的反应。当胺化合物是MDA时，它可以由下面的反应式1表示：

[反应式1]

胺化合物与光气化合物分别是液体(即液相)或气体(即气相)。异氰酸盐，例如MDI，当胺化合物与光气的化合物是液相时，可通过液相光气化反应制造，和/或当胺化合物与光气化合物是气相时，可通过气相光气化反应制造。因为液相光气化反应发生的温度要低于气相光气化反应的温度，因此并不需要反应物的蒸发过程，胺化合物与光气化合物可分别为液相。

下面将详细描述本发明的实施例。

实施例

液态MDA和液态光气使用图2-4的使用高速喷射用于非均质流体的混合反应器进行混合，混合反应器设计成具有如图5所示的流体流动。

具体而言，(i)液态MDA通过第一入口部分导入并通过第一喷嘴喷射到混合腔中，及(ii)液态光气通过第二入口部分导入到流体腔中，所述第二入口部分具有径向连接到流体腔的外圆周表面上的两个管道(即具有180°的角距离)，然后通过第二喷嘴和具有两个喷嘴(即具有180°的角距离)的第三喷嘴部分喷射到混合腔中。然后，(iii)液态MDA与液态光气在混合腔中进行混合并反应，从而光气化。混合腔的增大截面部分的母线与混合腔下游侧的轴之间的夹角α，以及形成第三喷嘴部分的每个喷嘴的轴n与混合腔下游侧的轴之间的夹角β，分别是85°。

比较例

图7是根据与本发明一个实施例不同设计的比较例，使用高速喷射的非均质流体用混合反应器的沿x'-y'和x'-z'平面的截面图。

参照图7，根据比较例的使用高速喷射的非均质流体用混合反应器700，可包括第一流体通道710，第一流体从外部导入其中；第二流体通道720，第二流体从外部导入其中；具有多个喷嘴731的第一喷嘴部分730，构造成将沿着第一流体通道710流动的第一流体喷射到混合腔中；具有多个环形窄通道741的第二喷嘴部分740，构造成将第二流体沿着形成第一喷嘴部分730的每个喷嘴的外部圆周表面喷射到混合腔中；流体腔750，配置成用作第二流体的流动基底，其连接第二流体通道720和第二喷嘴部分740；和混合腔760，分别从第一喷嘴部分730和第二喷嘴部分740喷射出的第一流体和第二流体在其中混合并反应。

具体而言，(i)液态MDA通过第一流体通道导入并通过具有9个喷嘴的第一喷嘴部分喷射到混合腔中，以及(ii)液态光气通过径向连接到流体腔外部圆周表面的具有两个管道的第二流体通道导入到流体腔中，然后通过具有9个窄通道的第二喷嘴部分喷射到混合腔中，窄通道限定在形成第一喷嘴部分的每个喷嘴周围。然后，(iii)液态MDA与液态光气在混合腔中混合并反应，从而光气化。

实验实施例：混合均匀度的测量

使用根据实施例和比较实施例的实施方式的使用高速喷射的非均质流体用混合反应器使液态MDA和液态光气发生反应，使得液态MDA光气化。

图6和图8分别显示了根据实施例和比较实施例的实施方式，使用高速喷射的非均质流体用混合反应器使液态MDA和液态光气进行反应时，垂直于混合腔中心轴的横截面处的混合均匀性。

参照图2和图6，假设根据实施例的使用高速喷射的非均质流体用混合反应器中，第一喷嘴和第二喷嘴下游侧的末端表面是y0，且混合腔下游侧的末端表面为y5(即出口)，在y0和y5之间与它们平行设置的多个平面沿着下游方向依次是y1、y2、y3和y4。

在图6中，其中液态MDA质量分数为1.00，即100重量％(即液态光气的质量分数为0.00，0重量％)的部分由白色表示，而其中液态MDA的质量分数是0.00，即0重量％(即液态光气的质量分数为1.00，100重量％)的部分由黑色表示。如图6中所示，可以确认的是，液态MDA和液态光气的混合均匀度朝着混合腔的下游方向逐渐增加。特别地，观察到两个区域中液态MDA的质量分数在y5处有微小不同，y5处是使用高速喷射的非均质流体用混合反应器的出口，也是混合腔下游侧的末端表面，但是，液态MDA的质量分数在两个区域约为0.38～0.45，满足要求的混合均匀度。

同时，参照图7和图8，假设根据比较实施例的使用高速喷射的非均质流体用混合反应器中，第一喷嘴部分和第二喷嘴部分下游侧的末端表面是y’0，且混合腔下游侧的末端表面为y’5(出口)，在y’0和y’5之间与它们平行设置的多个平面沿着下游方向依次是y’1、y’2、y’3和y’4。

在图8中，液态MDA和液态光气的混合均匀度朝向混合腔下游方向逐渐增加。这是因为液态MDA和液态光气经由水平碰撞在混合腔的上游侧混合，之后，并不会发生因垂直碰撞造成的流动干扰。因此，可以确认的是，当从y'0流到y'4时，从第二喷嘴部分喷射出的液态光气不会被液态MDA稀释，因而降低了两种流体的混合均匀度。特别地，观察到五个或更多个区域中液态MDA的质量分数在y'5处是不同的，y'5处是使用高速喷射的非均质流体的混合反应器的出口，也是混合腔下游侧的末端表面，且液态MDA的质量分数从其中心不规则地径向增加或降低。

根据本发明的一个方面，分别从第一喷嘴和与第一喷嘴同轴形成的第二喷嘴喷射的第一流体和第二流体沿基本水平的方向发生碰撞、预混合、并喷射到混合腔，预混合的混合物沿基本垂直的方向碰撞，最后与从第三喷嘴部分喷射的第二流体混合，第三喷嘴部分径向连接到混合腔的外圆周表面上，从而能够提高非均质流体之间的混合均匀性，减少了副反应，从而提高了反应产率和反应速率。

在不脱离本发明的精神和范围的情况下，对上述本发明的示例性实施方式进行各种修改对于本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，可以认为本发明涵盖了所有的这种修改，只要它们包含在附加的权利要求和它们的等同物的范围之内。

Claims (14)

1.一种使用高速喷射的非均质流体用混合反应器，包括：

第一入口部，第一流体从外部导入其中；

第一喷嘴，同轴连接到第一入口部的下游侧以喷射出第一流体；

流体腔，形成为与第一喷嘴同轴地相隔开，并配置为具有第一空间部分以及内径大于第一空间部分的第二空间部分；

第二入口部分，径向连接到流体腔的外圆周表面，第二流体从外部导入其中；

第二喷嘴，同轴地连接到第一空间部分的下游侧，以喷射第二流体；

混合腔，形成为同轴地与第二空间部分的内圆周表面相隔开，并同轴地连接到第一喷嘴和第二喷嘴的下游侧；以及

第三喷嘴部分，其配置为从第二空间部分的内圆周表面延伸，并径向连接到混合腔的外圆周表面上，以喷射第二流体。

2.根据权利要求1所述的使用高速喷射的非均质流体用混合反应器，其特征在于，混合腔包括增大截面部分和恒定截面部分，增大截面部分的母线与混合腔下游侧的轴之间的夹角在70°~ 90°的范围内。

3.根据权利要求1所述的使用高速喷射的非均质流体用混合反应器，其特征在于，第二入口部分包括多个以恒定角距离彼此隔开形成的管道。

4.根据权利要求3所述的使用高速喷射的非均质流体用混合反应器，其特征在于，第二入口部分包括两个彼此相对的管道。

5.根据权利要求1所述的使用高速喷射的非均质流体用混合反应器，其特征在于，第二喷嘴为环形流体通道，其形成为从第一空间部分下游侧的末端表面或第一空间部分的内圆周表面延伸到混合腔上游侧的末端。

6.根据权利要求5所述的使用高速喷射的非均质流体用混合反应器，其特征在于，第二喷嘴的下游侧的末端围绕第一喷嘴下游侧的末端形成。

7.根据权利要求1所述的使用高速喷射的非均质流体用混合反应器，其特征在于，第三喷嘴部分包括多个以恒定角距离彼此隔开形成的喷嘴。

8.根据权利要求7所述的使用高速喷射的非均质流体用混合反应器，其特征在于，第三喷嘴部分包括相对混合腔的轴彼此对称的两个喷嘴。

9.根据权利要求8所述的使用高速喷射的非均质流体用混合反应器，其特征在于，每个喷嘴的轴与混合腔的下游侧的轴之间的夹角范围为70°~90°。

10.根据权利要求8所述的使用高速喷射的非均质流体用混合反应器，其特征在于，每个喷嘴的轴与混合腔下游侧的轴在同一平面上。

11.根据权利要求9所述的使用高速喷射的非均质流体用混合反应器，其特征在于，每个喷嘴的轴与混合腔下游侧的轴在同一平面上。

12.根据权利要求1所述的使用高速喷射的非均质流体用混合反应器，其特征在于，第一流体和第二流体都可独立地且不同地选自胺化合物和光气化合物。

13.根据权利要求12所述的使用高速喷射的非均质流体用混合反应器，其特征在于，胺化合物是芳族胺化合物。

14.根据权利要求13所述的使用高速喷射的非均质流体用混合反应器，其特征在于，芳族胺化合物选自由2,4' -亚甲基二苯基二胺或4,4'-亚甲基二苯基二胺、甲苯二胺、己二胺、二氨基苯、2,6-二甲基苯胺、萘二胺以及它们的异构体化合物组成的组中的一种或多种。