撞擊流反應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種撞擊流反應(yīng)器。該撞擊流反應(yīng)器包括一腔室、兩個儲料罐和兩個噴嘴，該兩個儲料罐分別用于向該兩個噴嘴供料，該兩個噴嘴相對設(shè)置于該腔室的側(cè)壁上，該撞擊流反應(yīng)器還包括一控制單元和兩個比例閥，該控制單元用于控制該兩個比例閥將向該兩個噴嘴供料的流量分別調(diào)節(jié)為根據(jù)第一預設(shè)波形和第二預設(shè)波形波動，其中第一預設(shè)波形和第二預設(shè)波形均具有周期性。本發(fā)明的撞擊流反應(yīng)器通過控制兩個比例閥將向兩個噴嘴供料的流量分別調(diào)節(jié)為根據(jù)預設(shè)波形波動，從而引起撞擊流的撞擊面的周期振蕩，從而提高撞擊流反應(yīng)器對于流體混合和化學反應(yīng)的促進作用，使撞擊流反應(yīng)器在應(yīng)用于低雷諾數(shù)的流體混合反應(yīng)中仍能夠取得理想的混合效果。
【專利說明】 撞擊流反應(yīng)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種撞擊流反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]撞擊流的科學概念于1961年由前蘇聯(lián)Elperin首先提出，后來以色列Tamir團隊進行了較多的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。當時的研究者得出這樣的結(jié)論:化學工程領(lǐng)域中的任何一種過程，幾乎都可以用撞擊流來實現(xiàn)，而且撞擊流比傳統(tǒng)的方法效率更高、能耗更低；撞擊流技術(shù)在化學工程和其它工程領(lǐng)域中必將成為一種通用的技術(shù)方法。正如他們所預料，近年來撞擊流在干燥、氣化、燃燒、催化反應(yīng)、吸收、萃取和納米粒子制備等單元操作和工業(yè)過程中迅速地得到成功應(yīng)用，顯示出巨大的潛力和應(yīng)用前景。
[0003]撞擊流是實現(xiàn)快速混合的一種重要方法，而撞擊流反應(yīng)器就是用于實現(xiàn)撞擊流過程的裝置。撞擊流反應(yīng)器中的反應(yīng)過程是兩股射流離開噴嘴后相向流動、撞擊，在反應(yīng)器中間形成一個高度湍動的撞擊區(qū)，軸向速度趨于零，并轉(zhuǎn)為徑向流動。由于射流撞擊后產(chǎn)生一個高湍動撞擊區(qū)，能夠有效降低傳遞過程中的外部阻力，強化熱質(zhì)傳遞，促進混合。
[0004]然而，現(xiàn)有的撞擊流反應(yīng)器在應(yīng)用于高粘流體混合或作為微反應(yīng)器制備納米顆粒時，由于流體的射流雷諾數(shù)較低，流體的混合效果很差，化學反應(yīng)很慢，因而迫切需要一種簡單可靠的能夠進一步提升撞擊流反應(yīng)器對于流體混合和化學反應(yīng)的促進作用的撞擊流反應(yīng)器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的撞擊流反應(yīng)器但對于流體混合和化學反應(yīng)的促進作用不夠明顯，在低雷諾數(shù)的流體混合反應(yīng)等應(yīng)用中難以取得理想的混合效果的缺陷，提出一種撞擊流反應(yīng)器。
[0006]本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的:
[0007]本發(fā)明提供了一種撞擊流反應(yīng)器，包括一腔室、兩個儲料罐和兩個噴嘴，該兩個儲料罐分別用于向該兩個噴嘴供料，該兩個噴嘴相對設(shè)置于該腔室的側(cè)壁上，其特點在于，該撞擊流反應(yīng)器還包括一控制單元和兩個比例閥，該控制單元用于控制該兩個比例閥將向該兩個噴嘴供料的流量分別調(diào)節(jié)為根據(jù)第一預設(shè)波形和第二預設(shè)波形波動，其中第一預設(shè)波形和第二預設(shè)波形均具有周期性。
[0008]普通的撞擊流在特定條件下也會偶發(fā)周期振蕩，但并非普遍現(xiàn)象，同時振蕩程度較弱也無法控制。在該撞擊流反應(yīng)器中，通過加入該兩個比例閥對該兩個噴嘴的物料流量供應(yīng)進行控制，并且使其以具有周期性的波形波動，也就相當于控制了該兩個噴嘴噴出的物料射流的流量，而物料射流的流量的波動會造成該兩個噴嘴的氣速比的波動變化。上述氣速比，即該兩個噴嘴的出口處的流體速度之比。物料流量的波動相當于激勵源，隨著該兩個噴嘴噴出的物料射流的流量的周期性波動，兩股射流的撞擊面就能夠產(chǎn)生較強的周期振蕩。并且由于撞擊面的周期振蕩是由物料流量的波動產(chǎn)生的，因此可以通過調(diào)整第一預設(shè)波形和第二預設(shè)波形來對撞擊面的周期振蕩進行一定的控制。
[0009]較佳地，第一預設(shè)波形和第二預設(shè)波形的形狀和/或頻率相同，且相位差不為2的整數(shù)倍。
[0010]較佳地，第一預設(shè)波形和第二預設(shè)波形的相位差為。
[0011]上述設(shè)置能夠使得撞擊面的振蕩具有較好的周期性，振蕩的幅度較為穩(wěn)定，提升了撞擊面的周期振蕩的可控性，并且在其他條件相同的情況下，相位差為n的條件下產(chǎn)生的撞擊面運動速度最大，效率最高。
[0012]較佳地，第一預設(shè)波形和第二預設(shè)波形的形狀均為正弦波或均為方波，頻率大于IHz且小于IOOHz。
[0013]本發(fā)明中各種形狀的波形均可適用，但正弦波和方波更易于控制。并且頻率大于IHz且小于IOOHz的情況下，撞擊面的振蕩對于激勵信號也就是第一預設(shè)波形和第二預設(shè)波形的響應(yīng)良好，此時若第一預設(shè)波形和第二預設(shè)波形的形狀均為方波，則由于方波本身的波動幅度較為穩(wěn)定，相應(yīng)的撞擊面的振蕩速度也會較為穩(wěn)定。因此，這種情況下，可由公
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式A " 來估算得到撞擊面的振幅A，公式中々。和fo分別為第一預設(shè)波形和第二預設(shè)波形的振幅和頻率，d為該兩個噴嘴的直徑。
[0014]較佳地，第一預設(shè)波形和第二預設(shè)波形的振幅的取值范圍為各自對應(yīng)的噴嘴的平均流量的I~100%。
[0015]調(diào)節(jié)第一預設(shè)波形和第二預設(shè)波形的振幅和頻率，在大幅的低頻振蕩的情況下能夠在撞擊面的振蕩中產(chǎn)生大的旋渦，`有利于強化宏觀混合效果，在小幅高頻振蕩的情況下可產(chǎn)生小尺度旋渦，有利于強化微觀混合效果。
[0016]在滿足上述條件的情況下，撞擊流的撞擊面駐點對該兩個噴嘴的氣速比變化較為敏感，氣速比的微小變化就可以引起撞擊面駐點較大程度的偏移，進而誘導出周期振蕩。這意味著，在上述設(shè)置下，只需要設(shè)置第一預設(shè)波形和第二預設(shè)波形的振幅較小，就能夠引起撞擊面較大幅度的振蕩。
[0017]較佳地，該兩個噴嘴的物料噴出速度大于0.1米/秒且小于150米/秒。
[0018]在符合本領(lǐng)域常識的基礎(chǔ)上，上述各優(yōu)選條件，可任意組合，即得本發(fā)明各較佳實例。
[0019]本發(fā)明的積極進步效果在于:
[0020]本發(fā)明的撞擊流反應(yīng)器，通過控制兩個比例閥將向兩個噴嘴供料的流量分別調(diào)節(jié)為根據(jù)預設(shè)波形波動，從而引起撞擊流的撞擊面的周期振蕩，從而提高撞擊流反應(yīng)器對于流體混合和化學反應(yīng)的促進作用，使撞擊流反應(yīng)器在應(yīng)用于低雷諾數(shù)的流體混合反應(yīng)中仍能夠取得理想的混合效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實施例1的撞擊流反應(yīng)器的示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實施例，以詳細說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。
[0023]實施例1
[0024]如圖1所示，本實施例的撞擊流反應(yīng)器包括一腔室1、兩個儲料罐4和兩個噴嘴3，該兩個儲料罐4分別用于向該兩個噴嘴3供料，該兩個噴嘴3相對設(shè)置于該腔室I的側(cè)壁上，其特點在于，該撞擊流反應(yīng)器還包括一控制單元和兩個比例閥2，該控制單元用于控制該兩個比例閥2將向該兩個噴嘴3供料的流量分別調(diào)節(jié)為根據(jù)第一預設(shè)波形和第二預設(shè)波形波動，其中第一預設(shè)波形和第二預設(shè)波形均具有周期性。
[0025]其中，第一預設(shè)波形和第二預設(shè)波形的形狀和頻率均相同，且相位差為。第一預設(shè)波形和第二預設(shè)波形的形狀均為方波、頻率為5Hz、振幅為各自對應(yīng)的噴嘴3的平均流量的 10%。


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[0026]在本實施例中，可由公式A ~來估算得到撞擊面的振幅A，公式中Atl和&



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分別為第一預設(shè)波形和第二預設(shè)波形的振幅和頻率，d為該兩個噴嘴3的直徑。并且，本實施例中噴嘴3直徑為1.5mm,噴嘴3間距為10mm，腔室I高度為50mm。該兩個噴嘴3的物料噴出速度為10米/秒。圖1中以兩條縱向虛線中間的區(qū)域示意性地示出了撞擊面的振蕩區(qū)域。
[0027]下面對本實施例的撞擊流反應(yīng)器應(yīng)用于反應(yīng)注射成型的一個案例進行說明。反應(yīng)注射成型要求各組分快速混合并發(fā)生反應(yīng)。在這一案例中，用于混合反應(yīng)的物料分別為密度為1.056g/mL純度≥98.0% 的甲苯異氰酸酯溶液和密度為1.094g/mL的聚乙二醇醚溶液，并采用二丁基錫二月桂酸酯(二月桂酸二丁基錫)作為催化劑，甲苯作為溶劑。
[0028]在這一案例中，該兩個噴嘴3中，一個噴嘴3接收并噴出的物料為甲苯異氰酸酯、催化劑二丁基錫二月桂酸酯和甲苯溶劑的混合物，另一個噴嘴3接收并噴出的物料為聚乙二醇醚、催化劑二丁基錫二月桂酸酯和甲苯溶劑的混合物。腔室I中的溫度在混合反應(yīng)過程中控制在100°C左右，并在腔室I中充滿氮氣作為保護氣?；旌戏磻?yīng)后產(chǎn)生的產(chǎn)物為聚氨酯溶液。
[0029]同時，在一對比的案例中，采用相同結(jié)構(gòu)的撞擊流反應(yīng)器在相同的條件下進行相同的混合反應(yīng)，但未采用比例閥2對噴嘴3處的流量進行調(diào)節(jié)。如表1所示為上述兩個案例進行的混合反應(yīng)的效果數(shù)據(jù)。從中可以看出，采用本實施的撞擊流反應(yīng)器對噴嘴3流量進行控制，從而控制撞擊面的振蕩，相比于常規(guī)的撞擊流反應(yīng)器，能夠在相同條件下提高產(chǎn)品的收率。
[0030]表1采用本實施例和常規(guī)的撞擊流反應(yīng)器制造聚氨酯產(chǎn)品的收率對比表
【權(quán)利要求】
1.一種撞擊流反應(yīng)器，包括一腔室、兩個儲料罐和兩個噴嘴，該兩個儲料罐分別用于向該兩個噴嘴供料，該兩個噴嘴相對設(shè)置于該腔室的側(cè)壁上，其特征在于，該撞擊流反應(yīng)器還包括一控制單元和兩個比例閥，該控制單元用于控制該兩個比例閥將向該兩個噴嘴供料的流量分別調(diào)節(jié)為根據(jù)第一預設(shè)波形和第二預設(shè)波形波動，其中第一預設(shè)波形和第二預設(shè)波形均具有周期性。
2.如權(quán)利要求1所述的撞擊流反應(yīng)器，其特征在于，第一預設(shè)波形和第二預設(shè)波形的形狀和/或頻率相同，且相位差不為2 n的整數(shù)倍。
3.如權(quán)利要求2所述的撞擊流反應(yīng)器，其特征在于，第一預設(shè)波形和第二預設(shè)波形的相位差為n。
4.如權(quán)利要求3所述的撞擊流反應(yīng)器，其特征在于，第一預設(shè)波形和第二預設(shè)波形的形狀均為正弦波或均為方波，頻率大于IHz且小于100Hz。
5.如權(quán)利要求1所述的撞擊流反應(yīng)器，其特征在于，第一預設(shè)波形和第二預設(shè)波形的振幅的取值范圍為各自對應(yīng)的噴嘴的平均流量的I?100%。
6.如權(quán)利要求1-5中任意一項所述的撞擊流反應(yīng)器，其特征在于，該兩個噴嘴的相互間距和該兩個噴嘴中的任意一個的直徑之比大于2且小于8。
7.如權(quán)利要求6所述的撞擊流反應(yīng)器，其特征在于，該兩個噴嘴的物料噴出速度大于.0.1米/秒且小于150米/秒。
【文檔編號】B01J19/26GK103611487SQ201310699760
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】李偉鋒, 趙輝, 劉海峰, 王輔臣, 于廣鎖, 龔欣, 王亦飛, 許建良, 梁欽鋒, 周志杰, 代正華, 陳雪莉, 郭曉鐳, 王興軍, 郭慶華, 劉霞, 陸海峰, 李超, 龔巖, 王立 申請人:華東理工大學, 上海熠能燃氣科技有限公司