一种快速混合反应器及其应用专利目的
《一种快速混合反应器及其应用》的目的在于提供一种新型的快速混合反应器，以实现较大生产能力下两股物料之间的瞬间快速混合，强化主反应、抑制副反应，提高目的产物的收率和质量。
一种快速混合反应器及其应用技术方案
《一种快速混合反应器及其应用》所提供的反应器基于以下设计构思：使第一股流体通过流道加入，而第二股流体通过旋转的叶轮加入口均匀的喷射到第一股流体中。由于第二股流体是通过旋转的叶轮加入到第一股流体中的，因此，两股物料在第一时间就是均匀分布的，不需要进一步的混合空间。另外，旋转的进料口也起到了搅拌的作用，从而实现了两股物料无需混合空间就可快速混合的目的。同时，由于一股物料是动态加入的，其物料加入口可相对于另一流股均匀布置，因此不会受到流道空间的限制，无任何放大效应，可以保证在大规模的生产能力下实现流体之间的快速混合、快速反应。
《一种快速混合反应器及其应用》所提供的快速混合反应器的基本结构如下：
一种快速混合反应器，包括以下构件：第一进料通道壳体、反应器壳体、第二进料通道、空心叶轮物料分布器、转动轴、第一进料分布器；其中，所述第一进料通道壳体和反应器壳体同轴设置，且通过设置于第一进料通道壳体末端的第一进料分布器与反应器壳体内的反应空间相连通；所述第二进料通道、空心叶轮物料分布器和转动轴沿所述反应器的中心轴线设置，所述空心叶轮物料分布器位于反应器壳体内，并可在转动轴的带动下在反应器壳体内转动，所述第二进料通道与空心叶轮物料分布器内的物料通道相连通；所述第一进料通道壳体上设有至少一个第一进料口；所述反应器壳体的末端设有至少一个反应液出口；第一进料分布器上和空心叶轮物料分布器上分别设有第一进料喷射口和第二进料喷射口。
在《一种快速混合反应器及其应用》所提供的快速混合反应器中，优选地，所述第二进料通道、空心叶轮物料分布器和转动轴沿该快速混合反应器的中心轴线依次固定连接。进一步优选地，在空心叶轮物料分布器与第二进料通道的连接处设置能够彼此贴合的动密封环和静密封环，所述动密封环设置在空心叶轮物料分布器上，而所述静密封环设置在第二进料通道的末端，所述静密封环的一侧与空心叶轮物料分布器上的动密封环贴合，其另一侧由内而外地分别通过膨胀节和弹簧固定在第一进料分布器上。通过这种设计，使得在空心叶轮物料分布器转动时动密封环和静密封环能够紧密贴合。
根据《一种快速混合反应器及其应用》的另一种优选的实施方式，所述第二进料通道设置于转动轴内部，并与所述空心叶轮物料分布器固定连接并相连通，从而使所述空心叶轮物料分布器在转动轴的带动下在反应器壳体内转动。
在《一种快速混合反应器及其应用》所提供的快速混合反应器中，优选地，所述第二进料喷射口设置于空心叶轮物料分布器的侧面，或设置于空心叶轮物料分布器的最外缘，或设置于从空心叶轮物料分布器上引出的垂直于叶轮盘的通道上。《一种快速混合反应器及其应用》对于空心叶轮物料分布器上的所述第二进料喷射口的形状、大小和数量并无特殊要求，只要能够满足工艺要求即可，例如，所述喷射口的形状（指喷射口的内部通道的横截面的形状）可选自：圆形、三角形、菱形、梯形、多边形、椭圆形、正方形、长方形等中的任意一种或多种，优选圆形或长方形。所述喷射口的具体尺寸和数量可由该领域技术人员根据具体工艺要求通过常规的工艺计算得到。
在《一种快速混合反应器及其应用》所提供的快速混合反应器中，所述第一进料分布器上设置有第一进料喷射口，优选地，所述第一进料喷射口可以为环隙状或均匀分布的多个开孔。当所述第一进料喷射口为环隙状时，优选地，所述环隙状的第一进料喷射口为与第一进料分布器同圆心设置的多个内径相同和/或不同的圆弧状缝隙；其中，多个内径相同的圆弧状缝隙彼此间隔，它们所在的圆与第一进料分布器同圆心。同理，内径不同的圆弧状缝隙所形成的不同内径的圆亦优选与第一进料分布器同圆心设置。当所述第一进料喷射口为均匀分布的多个开孔时，优选地，所述开孔的形状可选自圆形、三角形、菱形、梯形、多边形、椭圆形、正方形和长方形中的任意一种或多种，优选为圆形。《一种快速混合反应器及其应用》对于所述第一进料喷射口的具体尺寸和数量没有特殊要求，该领域技术人员可根据具体工艺要求，通过常规的工艺计算确定。
在《一种快速混合反应器及其应用》所提供的快速混合反应器中，优选地，在所述空心叶轮物料分布器下游的反应器壳体内壁上设置有环状的向内凸出的反应通道调整块，用以在一定程度上缩小反应物的流动通道。通过设定反应通道调整块和转动轴之间的距离，可以使反应液的流速处于10米/秒-500米/秒之间，优选30米/秒-300米/秒。所述反应通道调整块可单独加工成型后固定于反应器壳体内壁上，也可以与反应器壳体一体加工成型。
在《一种快速混合反应器及其应用》所提供的快速混合反应器中，优选地，所述转动轴上垂直设置至少一级搅拌桨叶，且所述搅拌桨叶包括至少2片搅拌叶片，以增强空心叶轮物料分布器下游反应物流的瞬间快速混合；进一步优选地，转动轴上垂直设置一至三级搅拌桨叶，且每级搅拌桨叶包括2片-20片搅拌叶片；更进一步优选地，转动轴上垂直设置一级搅拌桨叶，且所述搅拌桨叶和所述反应通道调整块设置在垂直于反应器中心轴线的同一截面上。
在《一种快速混合反应器及其应用》所提供的快速混合反应器中，进一步优选地，《一种快速混合反应器及其应用》所述反应器还包括设置在反应器末端的转动电机连接件，以方便所述反应器与转动电机相对固定。
在《一种快速混合反应器及其应用》所提供的快速混合反应器中，对于反应器的材质没有特殊要求，任何该领域常用的材质均可使用，包括但不限于钢材、玻璃、陶瓷、合金、碳化硅或搪瓷钢等。
《一种快速混合反应器及其应用》还提供一种采用上述的快速混合反应器由具有通式（I）的胺制备如通式（II）所示的脂肪族、脂环族或芳香族异氰酸酯的方法，
其中，R为脂肪族、脂环族或芳香族烃基，n＝1或n≥2，所述方法包括以下步骤：
（a）光气溶液通过第一进料口进入所述快速混合反应器的第一进料通道中，然后经过第一进料分布器进入反应器壳体内；
（b）具有通式（I）的胺的有机溶液由第二进料通道引入，经旋转的空心叶轮物料分布器进入反应器壳体内；
（c）经步骤（a）引入的光气溶液与经步骤（b）引入的胺溶液在反应器壳体内快速混合并反应，所生成的反应液经反应液出口排出。
在《一种快速混合反应器及其应用》所提供的制备异氰酸酯的方法中，所述光气溶液为纯光气或光气溶解在惰性有机溶剂中所形成的浓度为30-100质量百分比的光气溶液；胺的有机溶液为将通式（I）所示的胺溶解在惰性有机溶剂中所形成的浓度为10-60质量百分比、优选浓度为20-50质量百分比的胺溶液。[0034]在《一种快速混合反应器及其应用》所提供的制备异氰酸酯的方法中，通式（I）和（II）中的R为C2-C50烃基、脂环族C2-C50烃基或芳香族C6-C50烃基，优选为C4-C30烃基、脂环族C4-C30烃基或芳香族C6-C30烃基，更优选为C5-C18烃基、脂环族C5-C18烃基或芳香族C6-C20烃基；所述通式（I）和（II）中的n＝2-4。
在《一种快速混合反应器及其应用》所提供的制备异氰酸酯的方法中，通式（I）所示的胺可选自以下化合物中的任意一种：甲苯二胺、4，4′-二氨基二苯基甲烷、多亚甲基多苯基多胺、异佛尔酮二胺、己二胺、环己二胺、萘二胺、对苯二胺、苯二亚甲基二胺、环己烷二亚甲基二胺、三甲基-1，6-六亚甲基二胺、四甲基间苯二亚甲基二胺、二甲基联苯二胺和甲基环己基二胺，优选为甲苯二胺。
在《一种快速混合反应器及其应用》所提供的制备异氰酸酯的方法中，溶解光气和胺的惰性有机溶剂可以相同，也可以不同，所述惰性有机溶剂分别选自：苯、甲苯、氯苯、邻二氯苯、对二氯苯、一氯联苯、对苯二甲酸二烷基酯或邻苯二甲酸二乙酯中的一种或多种。
此外，《一种快速混合反应器及其应用》还提供了一种采用上述的快速混合反应器由苯胺制备多亚甲基多苯基多胺（简称多胺）的方法，所述方法包括以下步骤：
（a）苯胺盐酸盐和循环液的混合液通过第一进料口进入所述快速混合反应器的第一进料通道中，然后经过第一进料分布器进入反应器壳体内；
（b）甲醛溶液由第二进料通道引入，经旋转的空心叶轮物料分布器进入反应器壳体内；
（c）苯胺盐酸盐和循环液的混合液与甲醛溶液在反应器壳体内进行快速混合并发生预缩合反应，然后进入搅拌釜继续进行预缩合反应得到缩合液，再经升温、分子重排反应、中和、水洗以及多胺精制等步骤后，得到精制的多胺。
一种快速混合反应器及其应用改善效果
《一种快速混合反应器及其应用》所提供的快速混合反应器以及采用该反应器制备异氰酸酯的方法具有以下有益效果：
（1）一股原料通过旋转的分布通道均匀的分布到另一流股中，实现两流股的快速混合；
（2）反应器在理论上可以无限放大，可实现大规模生产能力下两股流体之间的快速瞬间混合，克服了传统的反应器在放大过程中因流道空间变大而造成的混合距离和混合时间均相应延长的缺点；
（3）混合流股在混合反应区内运动的过程中返混程度最小，接近于理想的“平推流”反应器；
（4）采用《一种快速混合反应器及其应用》所提供的反应器，由于混合快速、均匀，最大程度地降低了副反应，在光气化制备异氰酸酯的过程中降低了溶剂的用量和反应物进料中光气的过量比，提高了装置的产能，改善产品质量并降低能耗。当《一种快速混合反应器及其应用》所提供的反应器用于由苯胺和甲醛制备多亚甲基多苯基多胺时，可提升预缩合反应温度，改善产品质量，使装置长周期稳定运行。
管道混合反应器在酚盐分解生产中的应用
一种快速混合反应器及其应用发明内容