CN1830540A - 一种液膜撞击式喷射反应器 - Google Patents
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Abstract
一种液膜撞击式喷射反应器，包括以下构件：进料口(1a和1b)、中心轴(2)、内环管(3)、中环管(4)以及混合头(8)；其中，所述中心轴(2)、内环管(3)和中环管(4)自内而外地同轴设置；所述混合头(8)与中心轴(2)的下端相连；所述的内环管下端与中心轴之间形成内环缝隙，而中环管下端与内环管下端之间形成中环缝隙。该反应器可实现液体间快速混合、快速反应，提高目的产物的收率和质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种实现液体间快速混合、快速反应的喷射反应器，更具体地说，是一种液膜撞击式液体快速混合喷射反应器。
背景技术
在一些化工生产过程中，在液相间发生复杂的快速平行竞争反应或者快速串连竞争反应时，反应产物或中间产物与原料某组分可能会进一步发生反应；这些反应进行的程度与各种物料的浓度分布状况有直接的关系。所以，液体物料之间的初始混合效果会极大地影响最终的产物分布、目的产品的收率和质量，并同时影响全生产过程的设计和能耗等指标。例如采用光气化方法生产异氰酸酯(MDI或者TDI)时，该反应过程主要包括冷光气化阶段和热光气化阶段。在冷光气化阶段，将多胺和光气分别溶解在惰性溶剂中，例如氯苯、二氯苯、甲苯、氯化萘、1，2，4-三氯苯等，并使它们在0～70℃的低温下进行反应。在此阶段，主要生成酰胺和多胺的盐酸盐，以及少量的脲类化合物。主要反应如下：
在冷反应阶段，多胺首先与光气发生反应(1)，生成氨基甲酰氯，这是一个快速放热反应，反应在瞬间完成；同时，反应(1)产生的HCl与多胺发生快速反应(2)，生成多胺盐酸盐。氨基甲酰氯和多胺盐酸盐都是不溶于反应体系的固体物质。当光气与多胺局部混合效果较差时，溶液中局部过量的多胺将与氨基甲酰氯或者异氰酸酯发生反应(3)和(4)，生成副产物脲，脲为不溶解于反应体系的粘稠状物质。该过程为复杂的多步串联竞争反应。主反应为瞬间反应，其反应的时间尺度在毫秒级或者以下；生成的产物进一步与原料发生快速反应，生成不溶解于体系的副产物。因此，两种原料的初始混合效果将直接影响主产物的收率和选择性。成功地设计快速液体混合反应器，提高两股原料物流的初始混合效果，对于增加主产物的收率和选择性，减小副产粘稠状物质的生成具有重要的意义。
将两股(或多股)液体以一定的方式进行快速撞击是实现液体间快速混合的一种重要方法。通过将快速流动的液体瞬间激烈撞击，实现能量的快速耗散；同时，可以通过降低流体接触前的空间尺度，在较小的空间尺度上迅速降低流体之间的离析程度，达到快速混合的目的。
英国专利GB 1238669公开了一种用于生产异氰酸酯的反应器(如图1)，其中两股流体通过两个狭窄的流道后形成的薄液层以一定的角度相互快速撞击，借此实现物料之间的快速混合。
美国专利US 3507626公开了一种用于生产异氰酸酯的文丘里反应器，将流道设计成文丘里管形式，利用缩径增加两股流体的流动速度。该混合器由两个同轴的文丘里管组成(如图2所示)，其中第一股流体在内外文丘里管形成的缝隙之间流动，第二股流体从里面的文丘里管流动，在内部的文丘里管缩径处，第二股流体经狭缝或者均匀分布的小孔流出后与第一股流体碰撞混合，实现物料之间的快速混合。
美国专利US 4735359所描述的反应器将混合前的流体空间尺度进一步减小，将两股流体通过两个高压液体喷嘴后形成厚度为100微米左右的片状液膜，在混合区内两片液膜相互撞击、混合。
通过以上的分析可以看出，通过使液膜或薄液层相互撞击，在一定程度上可以实现液体物料之间的快速混合。但是，由于快速竞争反应体系一般要求物料之间的混合时间尺度达到毫秒级甚至更低，因此，需要开发更为有效的快速混合设备，以尽量保证主反应、抑制副反应的进行。与此同时，还需要为后续的反应过程创造适宜的条件，尽可能减少混合液膜的返混程度，并使其以类似平推流的形式流动。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的液膜撞击式喷射反应器，以强化主反应、抑制副反应，提高目的产物的收率和质量。
本发明所提供的反应器是基于以下的设计构思：使两股或两股以上的物料分别通过厚度为几毫米的环形缝隙、形成的液膜在第一混合反应区内相互撞击、快速混合、反应；在第一混合反应区未完成的混合、反应过程在第二混合反应区继续进行；第二混合反应区为一逐渐扩展的混合头表面，通过将混合头设计成渐扩的弧面形式，例如截头圆锥形、凸侧面弧面锥形、凹侧面弧面锥形或侧面为凸凹结合的弧面锥形的形式，使来自第一混合反应区的混合液膜在沿着混合头贴壁运动过程中，混合液膜的厚度迅速减薄，同时液膜内的湍动程度加剧，进一步强化了液膜的混合过程，物料的混合时间尺度可以达到毫秒级水平；提供第二混合反应区还可使完全混合后的物料在贴壁运动的过程中，以平推流的形式继续进行反应，并根据反应的时间尺度要求设计第二混合反应区(混合头)的长短。
本发明所提供的喷射反应器的基本结构包括以下构件：进料口1a和1b、中心轴2、内环管3、中环管4以及混合头8；其中，进料口1a、1b分别与内环管3和中环管4连通，所述中心轴2、内环管3和中环管4自内而外地同轴设置；所述的内环管下端与中心轴之间形成内环缝隙，而中环管下端与内环管下端之间形成中环缝隙；两个环状缝隙的下末端出口处于基本相同的水平位置，至少在中环管的下末端有一个向中心轴2逐渐收口的部分，使内环缝隙与中环缝隙之间形成一个夹角a，使两个环状缝隙的下末端出口处形成第一混合反应区7；所述混合头8与中心轴2的下端平滑相连，在混合头8的表面形成第二混合反应区。在第一混合反应区7，从中环缝隙出口中流出的环状液膜状物料与从内环缝隙出口流出的环状液膜状物料进行撞击式混合和反应后，进入第二混合反应区继续完成混合和反应。
除了上述双液膜的反应器外，本发明所提供的反应器还可以根据反应过程的具体要求设计为三液膜、四液膜或具有更多层液膜的反应器。例如，当本发明所述反应器设计为三液膜反应器时，该反应器还进一步包括进料口1c和与进料口1c连通的外环管5；所述中心轴2、内环管3、中环管4和外环管5自内而外地同轴设置；所述的外环管下端与中环管下端之间形成外环缝隙；三个环状缝隙的下末端出口处于基本相同的水平位置，在外环管的下末端有一个向中心轴2逐渐收口的部分，使外环缝隙与中环缝隙之间形成一个夹角b，使三个环状缝隙的下末端出口处形成第一混合反应区7。所述混合头8与中心轴2的下端平滑相连，在混合头8的表面形成第二混合反应区。在第一混合反应区7，从外环缝隙、中环缝隙出口中流出的环状液膜状物料与从内环缝隙出口流出的环状液膜状物料进行撞击式混合和反应后，进入第二混合反应区继续完成混合和反应。
四液膜或具有更多层液膜反应器的结构与三液膜反应器的结构类似，在外环管5的外侧增设相应的环状进料管和进料口，从而使所构成的环形缝隙的数量增加即可。
在本发明所提供的反应器中，所述内环管3的下部最好设计为缩径结构，例如，可以通过增大中心轴的直径和/或增大内环管下部的管壁厚度，从而实现对内环管环形缝隙厚度的调节。
在本发明所提供的反应器中，最好在中心轴的下部设置多片高度相等的翅片6，以保证中心轴2与内环管3之间所形成的内环缝隙厚度的均一性。所述翅片的结构、数量、材质等可由本领域技术人员根据具体的反应要求、并结合本领域的常识确定，例如，翅片6的数量N≥3片，且翅片的尺寸相同，其厚度略小于内环缝隙的厚度，将其径向均匀地固定在中心轴上。
在本发明所提供的反应器中，所述中心轴2的下端设有混合头8，且所述中心轴与混合头之间平滑过渡。所述混合头8可以设计为截头圆锥形、凸侧面弧面锥形、凹侧面弧面锥形或侧面为凸凹结合的弧面锥形等。这里所述的弧面锥形既可以是具有凹面形外侧面的弧面锥形，也可以是具有凸面形外侧面的弧面锥形，还可以是凸凹面结合的弧面锥形。混合头还可以根据物料的流量、其物化性质等设计为不同曲面的组合，例如，上凸形或凹凸结合的曲面，但曲面的上部与中心轴2的下部均需采用连续的弧面连接，以保证流体沿着混合头呈膜状连续流动。当混合头设计为具有凹面形外侧面的弧面锥形时，其弧面的半径R大小为：R＝1.1-2.0h，h为混合头8的高度；混合头8的下部直径12为混合头8上部直径11的2-5倍。当混合头设计为锥形时，其锥形的上部与中心轴2的下部采用连续的弧面连接。
当反应器采用双液膜设计时，其内环缝隙与外环缝隙之间的夹角a设计为20-90度。同时将内环缝隙的厚度(d1)设计为0.5-5mm，中环缝隙的厚度(d2)设计为0.5-3mm。两个环形缝隙厚度的确定原则为：经过中环缝隙和内环缝隙的液体物料的动量比值(QBVB∶QCVC)为3∶1-20∶1，优选为4∶1-10∶1。
当反应器采用三液膜设计时，其内环缝隙与中环缝隙之间的夹角a设计为20-60度，中环缝隙与外环缝隙之间的夹角b设计为10-60度，内环缝隙与外环缝隙之间的总的夹角(a+b)在30-90度之间。同时将内环缝隙的厚度(d1)设计为0.5-5mm，中环缝隙的厚度(d2)设计为0.5-3mm，外环缝隙的厚度(d3)设计为0.5-3mm。三个环形缝隙厚度大小的设计原则为：经过中环缝隙和内环缝隙的液体物料的动量比值(QBVB∶QCVC)为3∶1-20∶1，优选为4∶1-10∶1；经过外环缝隙和中环缝隙的液体物料的动量比值(QAVA∶QBVB)为1∶4-4∶1，优选为1∶1-4∶1。
在本发明所提供的反应器中，各环形缝隙所形成的物料出口处为第一混合反应区7，而与中心轴下端相连的混合头8的外侧壁为第二混合反应区。本发明所述的反应器可以使来自第一混合反应区7的混合液膜在第二混合反应区继续进行混合、反应。
在本发明所提供的反应器中，还可以将内环缝隙设计成带有旋流结构的通道，以强化混合过程。
与现有技术相比，本发明所提供的液膜撞击式喷射反应器具有以下有益效果：
(1)两股或两股以上的原料通过几毫米厚的环形缝隙、形成的液膜在第一反应区相互强烈撞击，撞击混合区的空间尺度在几毫米左右，通过降低的空间尺度和强烈的液膜撞击，实现物料之间第一次高效混合、反应，混合的时间尺度在毫秒级；
(2)在第二反应区，通过设计成渐扩的混合头，混合液膜在沿着混合头表面贴壁运动过程中，液膜的厚度迅速减薄，且液膜内的湍动程度增加，进一步强化了混合过程；
(3)在混合液膜沿着混合头贴壁运动的过程中，混合液膜的返混程度最小，接近于理想的“平推流”形式；
(4)通过约束第一混合反应区的出口形状，可以满足不同的混合要求，如要求混合的时间尺度比较小时，可以采取较强的出口约束，对于混合的时间尺度比较大时，可以采用较弱的出口约束；
(5)对于不同的反应时间尺度要求，可以通过改变混合头的长短来适应不同的反应时间尺度要求；
(6)对于有气体副产物产生的过程，混合液膜在沿着渐扩的混合头表面贴壁运动中，有利于气体副产物的迅速逸出。
附图说明
图1是GB1238669所披露的反应器结构示意图；
图2是USP3507626所披露的反应器结构示意图；
图3是本发明所提供的喷射反应器的结构示意图(双液膜)；
图4是本发明所提供的喷射反应器的结构示意图(三液膜)；
图5至8是本发明所提供的喷射反应器的环形缝隙剖面图；
图9至11是本发明所提供的喷射反应器的混合头结构示意图。
具体实施方式
下面列举几种具体的实施方式，以进一步说明本发明所提供的喷射反应器，但本发明并不因此而受到任何限制。
实施方式A：
如图3所示，该反应器包括进料口1a和1b、中心轴2、内环管3、中环管4以及混合头8；所述中心轴2、内环管3和中环管4自内而外地同轴设置；所述混合头8与中心轴2的下端相连；所述的内环管下端与中心轴之间形成内环缝隙，而中环管下端与内环管下端之间形成中环缝隙。
图3所示的反应器按照如下方式工作：两股原料C和B分别经进料口1a和1b注入该反应器的内环管3和中环管4，并沿内环管和中环管向下流动。原料C和B分别通过几毫米厚的内环缝隙和中环缝隙，它们所形成的液膜在第一混合反应区7相互撞击。第一混合反应区的空间尺度在几毫米左右，通过降低的空间尺度和强烈的液膜撞击，实现物料之间第一次高效混合、反应，混合的时间尺度为毫秒级。离开第一混合反应区的物流向下流动进入第二反应区。通过逐渐延伸的混合头，混合液膜在沿着混合头表面贴壁运动过程中，液膜的厚度迅速减薄，且液膜内的湍动程度增加，进一步强化了混合过程。在混合液膜沿着混合头贴壁运动的过程中，混合液膜的返混程度最小，接近于理想的“平推流”形式。自混合头的末端收集反应产物，经分离后即可得到最终目的产物。
实施方式B：
如图4所示，该反应器包括进料口1a、1b和1c、中心轴2、内环管3、中环管4、外环管5以及混合头8；所述中心轴2、内环管3、中环管4和外环管5自内而外地同轴设置；所述混合头8与中心轴2的下端相连；所述的内环管下端与中心轴之间形成内环缝隙，中环管下端与内环管下端之间形成中环缝隙，而外环管下端与中环管下端之间形成外环缝隙。
图4所示的反应器按照如下方式工作：三股原料C、B和A分别经进料口1a、1b和1c注入该反应器的内环管3、中环管4和外环管5，并沿内环管、中环管和外环管向下流动。原料C、B和A分别通过几毫米厚的内环缝隙、中环缝隙和外环缝隙，它们所形成的液膜在第一混合反应区7相互撞击、混合。第一混合反应区的空间尺度在几毫米左右，通过降低的空间尺度和强烈的液膜撞击，实现物料之间第一次高效混合、反应，混合的时间尺度为毫秒级。离开第一混合反应区的物流向下流动进入第二反应区。通过逐渐延伸的混合头，混合液膜在沿着混合头表面贴壁运动过程中，液膜的厚度迅速减薄，且液膜内的湍动程度增加，进一步强化了混合过程。在混合液膜沿着混合头贴壁运动的过程中，混合液膜的返混程度最小，接近于理想的“平推流”形式。自混合头的末端收集反应产物，经分离后即可得到最终目的产物。
实施方式C：
反应器的结构如图4所示。与实施方式B的区别在于，该实施方式仅处理两股原料，其中，原料C由进料口1a和1c分别注入内环管3和外环管5中，而原料B经进料口1b注入中环管4中。其余的反应过程与实施方式B相同。这样的物流安排能使两股液体物流实现更充分的混合和反应。
实施方式D：
采用本发明所述的具有四层液膜的喷射反应器。该实施方式仅处理两种原料，即A和B，使它们分别通过两个进料口注入两个进料管中，并使原料A和B所形成的液膜相互间隔。其余的反应过程与实施方式B相同。这样的物流安排也能使两股液体物流实现更充分的混合和反应。该实施方式中第一混合反应区的结构示意图参见图8。
下面的实施例将对本发明所提供的喷射反应器予以进一步的说明，但本发明并不因此而受到任何限制。
激光诱导荧光技术是评价液体混合效果的一种先进的定量评价方法，其主要原理是，利用一些荧光物质(如罗丹明B或者罗丹明6G)在激光诱导激发下产生一定波长的可见光波，再用高速数码相机进行连续拍摄流场的图片。当溶液中罗丹明的浓度在一定的值以下时，罗丹明溶液的浓度与对应的图片象素的灰度值成线性关系，因此可以通过对所拍摄的流场的图片进行分析，得出流场内荧光物质的浓度分布，进而分析流体之间的混合情况。用该评价方法评价了本发明所述的液膜撞击式液体快速混合喷射反应器的混合效果。实验所用激光器采用Dantec公司生产的型号为PIV-100的固体激光器，产生的激光强度为100mJ；数码相机的型号为Hisense PIV/PLIF C4742-53-12NRB数码相机，其分辨率为1280×1024象素；采用的荧光物质为罗丹明B。在所述的实验条件下，当溶液中罗丹明B的浓度在0-140微克/升时，罗丹明B的浓度与对应的图片象素灰度值大小成线性关系。
实施例1
采用图4所示的本发明液膜撞击式液体快速混合喷射反应器，其中心轴下部的直径为50mm，内环缝隙的大小为3mm，中环缝隙的大小为1.5mm，外环缝隙的大小为1.5mm，内环缝隙与中环缝隙之间的夹角a设计为40度，中环缝隙与外环缝隙之间的夹角b设计为30度，内环缝隙采用无旋流的形式。第一混合区出口处采用如图6所示的较强的约束，混合头采用如图9所示的渐扩的弧面设计，其高度h为100mm，弧面的半径R为130mm。示踪剂罗丹明B从连接进料口1c和进料口1a的液体输送管(液体输送管足够长，以保证在示踪剂进入进料口前充分、均匀地混合在水流中)上部连续注入，其浓度为100微克/升，进口处水的压力为3.5kg/cm2，进料口1c处含有示踪剂的水的流量为5m3/hr，进料口1a处含有示踪剂的水的流量为5m3/hr。进料口1b以恒定的速度进自来水，进口处水的压力为3.5kg/cm2，水量大小为10m3/hr。用激光诱导荧光技术评价带有示踪剂罗丹明B的水溶液与自来水之间的混合效果，在第一混合区出口处，三股流体形成的混合液膜的离析度(用IOS表示，即当多股流体达到完全混合时，IOS值为0；当流体完全未混合时，离析度值为1)为56％，两股流体达到95％的混合效果(此时离析度IOS值为5％，图像上混合区95％的灰度值一致)所需经过的时间(从开始撞击算起)约为2.2毫秒。如果不设渐扩的混合头，而采用圆柱状的混合头作为第二混合、反应区(圆柱直径与中心轴下部直径相同)，其它结构与设施例1中所述的反应器结构相同，两股流体达到95％的混合效果需要经过的时间约为8.5毫秒。
实施例2
采用图4所示的本发明液膜撞击式液体快速混合喷射反应器，其中心轴下部的直径为100mm，内环缝隙的大小为2.5mm，中环缝隙的大小为1mm，外环缝隙的大小为1.5mm，内环缝隙与中环缝隙之间的夹角a设计为50度，中环缝隙与外环缝隙之间的夹角b设计为25度，内环缝隙采用旋流设计(旋流方向与中心轴径向方向的夹角为20度)。第一混合区出口处采用如图7所示的较弱的约束，混合头采用如图9所示渐扩的弧面设计形式，其高度h为100mm，弧面的半径R为150mm。示踪剂罗丹明B从连接进料口1c和进料口1a的液体输送管(液体输送管足够长，以保证在示踪剂进入进料口前充分、均匀地混合在水流中)上部连续注入，其浓度为120微克/升，进口处水的压力为3.5kg/cm2，进料口1c处含有示踪剂的水的流量为8m3/hr，进料口1a处含有示踪剂的水的流量为10m3/hr。进料口1b以恒定的速度进自来水，进口处水的压力为3.5kg/cm2，水量大小为10m3/hr。用激光诱导荧光技术评价带有示踪剂罗丹明B的水溶液与自来水之间的混合效果，在第一混合区的出口处，三股流体形成的混合液膜的IOS值为42％，三股流体达到95％的混合效果所需经过的时间约为1.0毫秒。如果不设渐扩的混合头，而采用圆柱状的混合头作为第二混合、反应区(圆柱直径与中心轴下部直径相同)，其它结构与设施例2中所述的反应器结构相同，三股流体达到95％的混合效果需要经过的时间约为6.3毫秒。
实施例3
采用图3所示的本发明液膜撞击式液体快速混合喷射反应器，其中心轴下部的直径为80mm，内环缝隙的大小为4mm，中环缝隙的大小为2mm，无外环缝隙(如图3所示)；内环缝隙与中环缝隙之间的夹角a设计为45度，内环缝隙采用无旋流设计的形式。混合头采用如图10所示的锥形设计，其高度h为100mm，锥形的底面直径12为200mm。示踪剂罗丹明B从连接进料口1b的液体输送管(液体输送管足够长，以保证在示踪剂进入进料口前充分、均匀地混合在水流中)上部连续注入，其浓度为120微克/升，进口处水的压力为3.5kg/cm2，进料口1b处含有示踪剂的水的流量为20m3/hr。进料口1a以恒定的速度进自来水，进口处水的压力为3.5kg/cm2，水量大小为10m3/hr。用激光诱导荧光技术评价带有示踪剂罗丹明B的水溶液与自来水之间的混合效果，在第一混合区的出口处，两股流体形成的混合液膜的IOS值为63％，两股流体达到95％的混合效果所需经过的时间约为3.5毫秒。如果不设渐扩的混合头，而采用圆柱状的混合头作为第二混合、反应区(圆柱直径与中心轴下部直径相同)，其它结构与设施例3中所述的反应器结构相同，两股流体达到95％的混合效果需要经过的时间约为12.8毫秒。
Claims (12)
1.一种液膜撞击式喷射反应器，包括以下构件：进料口(1a和1b)、中心轴(2)、内环管(3)、中环管(4)以及混合头(8)；其中，进料口(1a)、进料口(1b)分别与内环管(3)和中环管(4)连通，所述中心轴(2)、内环管(3)和中环管(4)自内而外地同轴设置；所述内环管下端与中心轴之间形成内环缝隙，而中环管下端与内环管下端之间形成中环缝隙；两个环状缝隙的下末端出口处于基本相同的水平位置，至少在中环管的下末端有一个向中心轴(2)逐渐收口的部分，使内环缝隙与中环缝隙之间形成一个夹角a，使两个环状缝隙的下末端出口处形成第一混合反应区(7)；所述混合头(8)与中心轴(2)的下端平滑相连，在混合头(8)的表面形成第二混合反应区。
2.按照权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述混合头(8)为截头圆锥形、凸侧面弧面锥形、凹侧面弧面锥形或侧面为凸凹结合的弧面锥形。
3.按照权利要求2所述的反应器，其特征在于，所述混合头为凹侧面弧面锥形时，其凹侧面弧面的半径R＝1.1-2.0h，混合头的下部直径l2为混合头上部直径l1的2-5倍；h为混合头的垂直高度。
4.按照权利要求3所述的反应器，其特征在于，所述中心轴的下部设置有翅片(6)，且翅片的厚度略小于内环缝隙的厚度，翅片的数量N≥3片。
5.按照权利要求4所述的反应器，其特征在于，所述内环管(3)的下部通过增大中心轴的直径和/或增大内环管下部的管壁厚度形成缩径结构。
6.按照权利要求5所述的反应器，其特征在于，所述内环缝隙与中环缝隙之间的夹角a为20-90度；内环缝隙的厚度d1为0.5-5mm，中环缝隙的厚度d2为0.5-3mm。
7.按照权利要求1-6之一的所述反应器，其特征在于，所述的内环缝隙可以设计成带有旋流结构的通道，也可以设计为不带旋流结构的通道。
8.按照权利要求1-6之一所述的反应器，其特征在于，该反应器还包括进料口(1c)和与进料口(1c)连通的外环管(5)，所述中心轴(2)、内环管(3)、中环管(4)和外环管(5)自内而外地同轴设置；所述的外环管下端与中环管下端之间形成外环缝隙；三个环状缝隙的下末端出口处于基本相同的水平位置，在外环管的下末端有一个向中心轴(2)逐渐收口的部分，使外环缝隙与中环缝隙之间形成一个夹角b，使三个环状缝隙的下末端出口处形成第一混合反应区(7)。
9.按照权利要求8所述的反应器，其特征在于，该反应器的中环缝隙与外环缝隙之间的夹角b为10-60度，内环缝隙与外环缝隙之间的总的夹角(a+b)为30-90度；其外环缝隙的厚度d3为0.5-3mm。
10.按照权利要求8的所述反应器，其特征在于，所述的内环缝隙可以设计成带有旋流结构的通道，也可以设计为不带旋流结构的通道。
11.按照权利要求9的所述反应器，其特征在于，所述的内环缝隙可以设计成带有旋流结构的通道，也可以设计为不带旋流结构的通道。
12.按照权利要求8-11所述的反应器，其特征在于，该反应器还包括一层或多层设置于外环管(5)外侧的、与外环管(5)有类似结构的环状进料管以及与该环状进料管分别连通的进料口。
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Cited By (7)
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|---|---|---|---|---|
| WO2008037173A1 (en) * | 2006-09-28 | 2008-04-03 | Ningbo Wanhua Polyurethanes Co., Ltd. | A hole jet reactor and a process for the preparation of an isocyanate using the reactor |
| CN101811019A (zh) * | 2010-04-19 | 2010-08-25 | 烟台万华聚氨酯股份有限公司 | 一种动态孔射流式反应器及采用该反应器制备异氰酸酯的方法 |
| CN101209405B (zh) * | 2006-12-27 | 2013-08-28 | 宁波万华聚氨酯有限公司 | 一种孔射流式喷射反应器 |
| CN104226202A (zh) * | 2014-09-20 | 2014-12-24 | 中北大学 | 撞击流结构以及撞击流—旋转填料床装置 |
| CN107042077A (zh) * | 2017-05-19 | 2017-08-15 | 台州瑞祥教育科技有限公司 | 一种材料添加剂用添加器 |
| CN107803125A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-03-16 | 上海梵坤环保科技发展有限公司 | 串式文丘里管组合气液融合装置 |
| CN110075779A (zh) * | 2019-05-31 | 2019-08-02 | 昆明理工大学 | 一种用于粉体材料合成的喷射反应器及磷酸氢钙、纳米或微米粉体合成方法 |
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|---|---|---|---|---|
| US3507626A (en) * | 1965-10-15 | 1970-04-21 | Mobay Chemical Corp | Venturi mixer |
| GB1238669A (zh) * | 1968-03-12 | 1971-07-07 | ||
| US5927338A (en) * | 1996-04-18 | 1999-07-27 | S.C. Johnson Commercial Markets, Inc. | Mixing eductor |
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-
2006
- 2006-02-15 CN CNB2006100072378A patent/CN100406112C/zh active Active
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008037173A1 (en) * | 2006-09-28 | 2008-04-03 | Ningbo Wanhua Polyurethanes Co., Ltd. | A hole jet reactor and a process for the preparation of an isocyanate using the reactor |
| US8333927B2 (en) | 2006-09-28 | 2012-12-18 | Ningbo Wanhua Polyurethanes Co., Ltd. | Hole jet reactor and a process for the preparation of an isocyanate using the reactor |
| CN101209405B (zh) * | 2006-12-27 | 2013-08-28 | 宁波万华聚氨酯有限公司 | 一种孔射流式喷射反应器 |
| CN101811019A (zh) * | 2010-04-19 | 2010-08-25 | 烟台万华聚氨酯股份有限公司 | 一种动态孔射流式反应器及采用该反应器制备异氰酸酯的方法 |
| CN101811019B (zh) * | 2010-04-19 | 2012-01-18 | 烟台万华聚氨酯股份有限公司 | 一种动态孔射流式反应器及采用该反应器制备异氰酸酯的方法 |
| CN104226202B (zh) * | 2014-09-20 | 2017-03-29 | 中北大学 | 撞击流结构以及撞击流—旋转填料床装置 |
| CN104226202A (zh) * | 2014-09-20 | 2014-12-24 | 中北大学 | 撞击流结构以及撞击流—旋转填料床装置 |
| CN107042077A (zh) * | 2017-05-19 | 2017-08-15 | 台州瑞祥教育科技有限公司 | 一种材料添加剂用添加器 |
| CN107042077B (zh) * | 2017-05-19 | 2020-03-10 | 温州华菲食品机械科技有限公司 | 一种材料添加剂用添加器 |
| CN107803125A (zh) * | 2017-12-15 | 2018-03-16 | 上海梵坤环保科技发展有限公司 | 串式文丘里管组合气液融合装置 |
| CN107803125B (zh) * | 2017-12-15 | 2023-08-22 | 上海梵坤环保科技发展有限公司 | 串式文丘里管组合气液融合装置 |
| CN110075779A (zh) * | 2019-05-31 | 2019-08-02 | 昆明理工大学 | 一种用于粉体材料合成的喷射反应器及磷酸氢钙、纳米或微米粉体合成方法 |
| CN110075779B (zh) * | 2019-05-31 | 2024-02-09 | 昆明理工大学 | 一种用于粉体材料合成的喷射反应器及粉体合成方法 |
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