СПИРАЛЬНАЯ ФОРСУНКА СМЕСИТЕЛЯ И СПОСОБ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ДВУХ ИЛИ БОЛЕЕ ТЕКУЧИХ СРЕД И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОЦИАНАТОВ Российский патент 2011 года по МПК B01F5/02 

Данное изобретение касается нового устройства для смешивания текучих сред, в частности амина и фосгена, и способа перемешивания амина и фосгена для получения карбамоилхлорида и изоцианата.

Многие документы описывают форсунки для смешивания текучих сред, в частности реагирующих текучих сред. Один конкретный пример найден в реакции фосгенирования, в которой быстрое перемешивание является ключевым параметром. Соответственно, много конструкций было предложено для таких форсунок, главным образом, с коаксиальными струями, которые могут быть сталкивающимися или нет. Однако все еще существует необходимость дополнительно улучшать эффективность перемешивания форсунок, в частности в реакции фосгенирования.

Целью данного изобретения, поэтому, является обеспечить устройство для смешивания, по меньшей мере, первой и второй текучей среды, содержащее (а) первую форсунку, содержащую первый проточный канал, образующий первую проточную камеру, и имеющую первую концевую часть форсунки, имеющую первое выпускное отверстие; и (b) вторую форсунку, содержащую второй проточный канал, образующий вторую проточную камеру, и имеющую вторую концевую часть форсунки, имеющую второе выпускное отверстие;

в котором упомянутый первый проточный канал и упомянутый второй проточный канал спирально закручиваются один вокруг другого;

в котором во время работы упомянутого устройства первая текучая среда, текущая в первой проточной камере и выходящая через первое выпускное отверстие, образует первую струю текучей среды, а вторая текучая среда, текущая во второй проточной камере, образует у второго выпускного отверстия вторую струю текучей среды, причем упомянутые первая и вторая струи текучей среды сталкиваются друг с другом, тем самым смешивая первую и вторую текучие среды.

Изобретение, в частности, обеспечивает по существу круглое устройство для смешивания, по меньшей мере, первой и второй текучей среды, содержащее: (а) первую форсунку, содержащую первый проточный канал, образующий первую проточную камеру, и имеющую первую концевую часть форсунки, имеющую первое выпускное отверстие; и (b) вторую форсунку, содержащую второй проточный канал, образующий вторую проточную камеру, и имеющую вторую концевую часть форсунки, имеющую второе выпускное отверстие;

в котором упомянутый первый проточный канал и упомянутый второй проточный канал спирально закручиваются один вокруг другого согласно архимедовой спирали, имеющей от 1 до 20 оборотов, и где упомянутые первая и вторая форсунки сужаются;

в котором во время работы упомянутого устройства первая текучая среда, текущая в первой проточной камере и выходящая через первое выпускное отверстие, образует первую струю текучей среды, а вторая текучая среда, текущая во второй проточной камере, образует у второго выпускного отверстия вторую струю текучей среды, причем упомянутые первая и вторая струи текучей среды сталкиваются друг с другом, тем самым смешивая первую и вторую текучие среды.

Другой целью данного изобретения является обеспечить способ смешивания, по меньшей мере, первой и второй текучей среды, содержащий этапы: (а) образования первой струи текучей среды, состоящей из первой текучей среды, у места первого выпуска; (b) образования второй струи текучей среды, состоящей из второй текучей среды, у места второго выпуска; и (с) спирального закручивания каждой струи текучей среды вокруг другой, так что упомянутые первая и вторая струи текучей среды сталкиваются друг с другом, тем самым смешивая первую и вторую текучие среды.

Изобретение, в частности, обеспечивает способ смешивания, по меньшей мере, первой и второй текучей среды, содержащий этапы: (а) образования первой струи текучей среды, состоящей из первой текучей среды, у места первого выпуска; (b) образования второй струи текучей среды, состоящей из второй текучей среды, у места второго выпуска; и (с) спирального закручивания каждой струи текучей среды вокруг другой согласно архимедовой спирали, имеющей от 1 до 20 оборотов, так что упомянутые первая и вторая струи текучей среды сталкиваются друг с другом, тем самым смешивая первую и вторую текучие среды.

Способ данного изобретения особенно пригоден для получения изоцианатов; изобретение, следовательно, также обеспечивает способ получения изоцианатов, содержащий способ перемешивания данного изобретения, применяемый к амину и фосгену, с последующим этапом реакции смешанных амина и фосгена. Данные способы, в особенности, выполняются в устройстве данного изобретения.

Другие цели, признаки и преимущества станут более очевидными из последующего описания. Изобретение основано на использовании спиралеподобной форсунки, называемой здесь и далее спиральной форсункой. Особая геометрия делает возможным сталкивание тонких потоков друг с другом при, в то же время, высокой энергии смешивания.

Краткое описание чертежей:

Фиг.1 - вид осевого поперечного сечения простого узла форсунки коаксиального струйного смесителя;

Фиг.2 - вид осевого поперечного сечения подузла форсунок данного изобретения;

Фиг.3 - увеличенный вид снизу подузла форсунок данного изобретения;

Фиг.4 - увеличенный вид сверху подузла форсунок данного изобретения;

Фиг.5 - вид осевого поперечного сечения форсунки данного изобретения;

Фиг.6А, 6В, 6С и 6D - дополнительные варианты осуществления данного изобретения;

Фиг.7 - вид осевого поперечного сечения дополнительного варианта осуществления узла форсунок данного изобретения.

На фиг.1 показан простой узел 100 форсунок смесителя со сталкивающимися коаксиальными струями для смешивания двух текучих сред. Узел 100 форсунок смесителя со сталкивающимися коаксиальными струями содержит внутренний проточный канал 102 и концевую часть 104 форсунки внутреннего проточного канала, расположенные коаксиально внутри внешнего проточного канала 101 и концевой части 105 форсунки внешнего проточного канала. Проточная камера 120 определяется как пространство внутри внутреннего проточного канала 102 и концевой части 104 форсунки внутреннего проточного канала. Проточная камера 120 имеет два конца, подающий конец 130 и выпускной конец 110. Выпускной конец 110 проточной камеры 120 образован выпускным концом концевой части 104 форсунки внутреннего проточного канала и имеет выпускное отверстие заданного диаметра. Проточная камера 121 начинается как кольцевое пространство между внешним проточным каналом 101 и внутренним проточным каналом 102. Проточная камера 121 продолжается как кольцевое пространство между концевой частью 105 форсунки внешнего проточного канала и внутренним проточным каналом 102. Проточная камера 121 далее продолжается как кольцевое пространство между концевой частью 105 форсунки внешнего проточного канала и концевой частью 104 форсунки внутреннего проточного канала. Проточная камера 121 имеет два конца, подающий конец 131 и выпускной конец 132. Выпускной конец 132 проточной камеры 121 образован выпускным концом концевой части 105 форсунки внешнего проточного канала. Выпускной конец 110 проточной камеры 120 и выпускной конец 132 проточной камеры 121 по существу соседствуют в аксиальном направлении. Первая текучая среда течет через первую камеру 120 и выпускается у выпускного конца 110 в виде струи 103. Исходный диаметр струи 103 по существу равен диаметру выпускного отверстия концевой части 104 форсунки. Вторая текучая среда течет через первую камеру 121 и выпускается у выпускного конца 132 в виде кольцевой струи 106. Исходная толщина струи 106 по существу равна половине разности между диаметром выпускного отверстия концевой части 105 форсунки и диаметром концевой части 104 форсунки. Две коаксиальные струи 103 и 106 сталкиваются и перемешиваются, так что они покидают концевые части 104 и 105 форсунок, образуя сложную струю 107. Первичная движущая сила для перемешивания представляет собой кинетическую энергию и величину диссипации турбулентной энергии струй 103 и 106. Скорости текучих сред выбираются с помощью относительных конструкций форсунок 104 и 105. Угол, с которым сужаются концевые части 104 и 105 форсунок (т.е. угол столкновения), может меняться, например, от 30 до 60°.

Данное устройство, хотя известно в течение многих лет, все еще требует улучшения с точки зрения эффективности перемешивания.

Узел форсунок настоящего изобретения, таким образом, обеспечивает устройство для смешивания, по меньшей мере, первой и второй текучей среды, причем данное устройство содержит первое средство узла форсунок для образования первой спиральной струи 206 текучей среды, состоящей из первой текучей среды, и второе средство узла форсунок для образования второй спиральной струи 207 текучей среды, коаксиальной с упомянутой первой спиральной струей текучей среды и закручивающейся вокруг нее, причем вторая спиральная струя текучей среды состоит из второй текучей среды, так что вторая спиральная струя 207 текучей среды сталкивается с первой спиральной струей 206 текучей среды, тем самым перемешивая первую и вторую текучие среды. Данная часть, возможно, будет называться субузлом 201 форсунок.

Можно обеспечивать дополнительные каналы для дополнительных текучих сред, если это необходимо.

На фиг.2 показан увеличенный продольный вид в сечении узла форсунки данного изобретения. Субузел 201 форсунок расположен в нижнем корпусе 250. Спирально закрученный узел содержит первый канал 202 и второй канал 203, расположенные следующим образом. Первая проточная камера 220 определяется как пространство внутри первого проточного канала 202 и первой концевой части 204 форсунки проточного канала (обозначены только с левой стороны чертежа). Первая проточная камера 220 имеет два конца, подающий конец 230 (обозначены только на правой стороне чертежа) и выпускное отверстие 210 (обозначены только на левой стороне чертежа). Выпускное отверстие 210 первой проточной камеры 220 образовано выпускным концом концевой части 204 форсунки проточного канала и имеет выпускной зазор заданной величины. Вторая проточная камера 221 определяется как пространство внутри второго проточного канала 203 и концевой части 205 форсунки второго проточного канала (обозначены только на правой стороне чертежа). Вторая проточная камера 221 имеет два конца, подающий конец 231 (обозначены только на левой стороне чертежа) и выпускное отверстие 211 (обозначены только на правой стороне чертежа). Подающий конец 231 в данном варианте осуществления представлен как тупиковый конец, так как крышка 251 будет заставлять текучую среду течь от бокового входа (просвет ввода). Это будет дополнительно описано со ссылкой на фиг.3, фиг.4 и фиг.5. Выпускное отверстие 211 проточной камеры 221 образовано выпускным концом концевой части 205 форсунки второго проточного канала и имеет выпускной зазор заданной величины. Следует отметить, что для изображенного варианта осуществления каналы 202 и 203 разделяют общие стенки 241 и 242 (показаны на фиг.4), за исключением внешнего витка, где канал 203 образован с помощью нижнего корпуса 250, который, таким образом, участвует в образовании спирально закрученного узла. Данный узел создает первую и вторую струи 206 и 207 соответственно, выходящие из первого и второго выпускных отверстий соответственно. Струи 206 и 207 сталкиваются и смешиваются, когда они выходят из концевых частей 204 и 205 форсунок, образуя сложную струю 208. Самый внешний угол наклона проточных каналов может меняться, например, от 30 до 60°, предпочтительно от 40 до 50°, обычно приблизительно 45°. Под углом наклона данного проточного канала в данной точке понимают угол между осью узла и общим направлением потока на выходе данного канала в данной точке до столкновения. Понятно, что проточные каналы будут иметь угол наклона, который будет меняться вдоль кругового пути проточного канала. В частности, угол наклона может увеличиваться от центра к внешней части устройства. Также следует заметить, что внутренний угол наклона проточного канала также может меняться от 0 до 45°, предпочтительно от 0 до 15°.

В показанном варианте осуществления можно заметить, что упомянутая первая проточная камера 220 имеет размеры, существенно уменьшающиеся вдоль первого проточного канала в направлении первого выпускного отверстия. Отношение (зазора подающего конца 230) к (зазору выпускающего конца 210) может меняться от 1 до 10, предпочтительно от 2 до 4.

В показанном варианте осуществления можно заметить, что упомянутая вторая проточная камера 221 имеет размеры, существенно уменьшающиеся вдоль второго проточного канала в направлении второго выпускного отверстия.

В показанном варианте осуществления (как дополнительно обозначено на фиг.4) можно заметить, что упомянутая вторая проточная камера 221 имеет размеры, также существенно уменьшающиеся от внешней части к внутренней части спирально закрученных каналов. Отношение (зазора внешнего конца) к (зазору внутреннего конца) также может меняться на уровне подачи или уровне выпуска, или обоих.

Здесь различные размеры соответствующих выпускающих отверстий (т.е. ширина или зазор) выбираются так, чтобы создавать требуемые скорости. Обычно (приведенная) скорость струи 206 будет 5-90 фут/с, предпочтительно 20-70 фут/с. Обычно (приведенная) скорость струи 207 будет 5-70 фут/с, предпочтительно 10-40 фут/с. Зазор у концевой части 204 форсунки обычно составляет 0,04-0,20 дюйма, предпочтительно 0,05-0,10 дюйма. Зазор у концевой части 205 форсунки обычно составляет 0,04-0,20 дюйма, предпочтительно 0,05-0,10 дюйма. Эти зазоры могут быть постоянными или могут меняться вдоль спирали. Толщина стенки или разделяющий зазор обычно меньше, чем каждый зазор для выпускающих отверстий, и обычно составляет 0,03-0,10 дюйма, предпочтительно 0,03-0,06 дюйма. Если рассматривать каждое выпускающее отверстие, можно измерить приблизительную длину выпуска (представляемую как развернутую линию). Выпускные отверстия обычно имеют длину L такую, что отношение L к зазору составляет от 20 до 200, предпочтительно от 60 до 150. Выпускной зазор 210 может быть меньше, равен или больше, чем выпускной зазор 211. Выпускной зазор 211 также может меняться от внешней к внутренней части и, например, 211 снаружи равен половине от 211 внутри. Выпускной зазор 210 также может меняться аналогичным образом, если необходимо.

На фиг.3 показан увеличенный вид снизу узла форсунок первого варианта осуществления данного изобретения без нижнего корпуса. Можно заметить каналы 202 и 203, разделяющие общие стенки, где канал 202 представляет собой канал, получающийся в результате петлеобразного оборачивания, тогда как канал 203 получается от свертывания (и полностью от заключения в нижний корпус). Просвет ввода обозначен как 232 на чертеже.

На фиг.4 показан увеличенный вид сверху узла форсунок первого варианта осуществления данного изобретения без нижнего корпуса. На фиг.4 можно видеть стенки 241 и 242, а также просвет ввода второй текучей среды 232, где стрелка обозначает общее входное направление потока во втором канале 203. Это будет дополнительно описано на фиг.5.

На фиг.5 показан увеличенный продольный вид в сечении спирально закрученного узла данного изобретения. Первый и второй каналы 202 и 203 снова представлены, а также нижний корпус 250. На фиг.5 можно заметить вторую проточную крышку 251 для ввода второй текучей среды. Так как данная крышка расположена поверх второго канала 203, который возникает от свертывания (и полностью от укрытия в нижний корпус), крышка 251 будет также, в показанном варианте осуществления, иметь форму, которая, в общем, скрученная. При подаче во второй канал 203 из просвета ввода 232 вторая текучая среда будет затем течь в соответствии с направлением (обозначенным на фиг.4 стрелкой), которое будет по существу тангенциальным к оси форсунки. Путем использования тангенциальной подачи второй текучей среды достигается дополнительное преимущество возникновения вектора тангенциальной скорости, приводящего к эффекту вращения и, в конечном счете, усиленному перемешиванию. 253а и 253b представляют собой зубцы.

Как можно заключить из предыдущих чертежей, узел форсунок данного изобретения спирально завивается или закручивается относительно себя. Термин «каналы, спирально закрученные поверх друг друга», предполагает включать те случаи, где один канал оборачивает другой канал больше, чем на один поворот. Для целей настоящего изобретения в целом будет считаться, что кривая образует оборот, если существует прямая линия, которая пересекает упомянутую кривую в, по меньшей мере, 3 разных местах. Можно подсчитывать число оборотов, подсчитывая число пересечений упомянутой прямой линии с данной кривой. Один из путей выражения этого заключается в подсчете числа пересечений в виде 2n+1, где n представляет собой число оборотов. Под спиралью здесь предполагается любая существенно непрерывная кривая, распространяющаяся с постоянно увеличивающимся расстоянием от заданной точки. Сворачивание здесь означает, что есть более чем один оборот, приводящий к наложению каналов. «Оборот» не обязательно означает круглый виток, хотя это является предпочтительным вариантом осуществления, и данный термин также охватывает спиралеподобные квадратные закрученные каналы. Асимметрия, возникающая в данной конструкции, усиливает перемешивание двух текучих сред. Число оборотов не является критическим и может изменяться в широких пределах, таких как от 1 до 20 оборотов. В одном варианте осуществления это число достаточно высокое, например, для первого изображенного варианта осуществления, который может быть представлен как вариант осуществления «сжатая спираль». Число оборотов может меняться здесь от 3 до 10. В другом варианте осуществления это число достаточно низкое и может быть представлено как вариант осуществления «открытая спираль». Число оборотов может меняться от 1,05 до 1,5. Предполагается также случай, когда сворачиваются двойные каналы. Первый и второй проточные каналы предпочтительно спирально сворачивают друг над другом согласно архимедовой спирали и, более предпочтительно, согласно спирали Архимеда. Архимедова спираль - это спираль с полярным уравнением r=aθ^1/y, где r представляет собой радиальное расстояние, θ обозначает полярный угол и y обозначает константу, которая определяет, как тесно спираль «закручивается». Спираль Архимеда - это спираль, для которой y равно единице.

Фиг.6 показывает другие варианты осуществления данного изобретения. Фиг.6А представляет вариант осуществления «открытая спираль». Фиг.6В представляет вариант осуществления «квадратная спираль». Фиг.6С представляет вариант осуществления «спираль сердечком». Фиг.6D представляет вариант осуществления «сигмовидная спираль». Фиг.5 показывает другой вариант осуществления данного изобретения, содержащий чистящее устройство. В данном варианте осуществления каретка 252, установленная коаксиально форсункам, оборудована зубцами 243а, 243b, 243с и т.д. Зубцы располагаются в одном из каналов, здесь первый канал 202. Когда каретку 252 перемещают вдоль оси форсунки, используя подходящее механическое средство (не показано), зубцы соскребают наносы и осадки, осевшие в первом канале 202. Прочищенный узел форсунок может быть, таким образом, получен без остановки процесса для удаления засоренного узла форсунок или узла с ограниченным потоком.

Фиг.7 показывает другой вариант осуществления данного изобретения, который соответствует варианту на фиг.1, в котором нижняя часть узла форсунок модифицирована в кривой форме. Его можно представить как изъятие части, соответствующей части сферы (или другой круглой формы).

Поверхности узла форсунок данного изобретения также могут быть обработаны и/или закончены с помощью обычных обработок поверхности, включая покрытия, полировку, добавление выступов или выемок, если необходимо.

Изобретение обеспечивает несколько преимуществ относительно узлов форсунок предшествующего уровня техники. Одно преимущество заключается в существенном выигрыше в эффективности перемешивания по сравнению с предшествующими узлами форсунок. Особая геометрия форсунки не требует столкновения на других поверхностях, и это устраняет эрозию и дорогостоящую регулировку. Настоящее изобретение может также предусматривать регулировку субузла 201 форсунок (включая крышку 251 и связанные каретки, если есть) относительно нижнего корпуса 250. Аксиальное перемещение субузла 201 форсунок относительно нижнего корпуса 250 достигается с помощью механического средства (не показано) для регулировки аксиальной позиции субузла 201. Это механическое средство может обычно содержать стержень, на котором крепится субузел, и средство для перемещения этого стержня. Регулируя субузел относительно нижнего корпуса, можно изменять размеры внешнего канала 203, ближайшего к нижнему корпусу 250, и, таким образом, скорость потока через данный канал. Это обеспечит средство регулирования для протекающей реакции. Преимущество варианта осуществления с перемещаемым субузлом заключается в постоянной регулируемости площади поперечного сечения для потока крайней внешней струи. Постоянная регулируемость означает возможность проводить регулировку без чрезмерной помехи протекающему процессу. В процессах коммерческого масштаба постоянная регулируемость делает возможным частое регулирование форсунок для, например, максимального перепада давления или скорости потока в крайней внешней точке выпуска форсунки. Другое преимущество заключается в улучшенной возможности работы коммерческих процессов в неполной загрузке. Данная регулируемость может также предоставлять более широкий диапазон рабочих скоростей для некоторых процессов. Другое преимущество заключается в способности перемещать данный субузел относительно нижнего корпуса 250 на полную длину переноса с установленным узлом форсунок. Узлы смесителя коммерческого масштаба могут загрязняться отложениями или твердыми осадками. Перемещение субузла 201 в нижний корпус 250 может обдирать отложения и осадки, осевшие в крайнем внешнем канале, в случае, если никакого зубца нет в данном положении канала.

Узел форсунок просто изготавливать и устанавливать, когда один способ для его изготовления представляет собой электроэрозионную проволочную обработку, которая представляет собой широко доступную технологию. Способ изготовления субузла форсунок устройства данного изобретения обычно содержит этапы (а) обеспечения заготовки; и (b) электроэрозионной проволочной обработки упомянутой заготовки. Корпус может изготавливаться с использованием обычной обработки. Одно дополнительное преимущество заключается в отсутствии непрерывно движущихся или вращающихся частей, что позволяет избегать механического износа системы.

Изобретение особенно полезно для очень быстрых химических реакций, где быстрое перемешивание является решающим. Следовательно, данное изобретение является подходящим в качестве реактора предварительного фосгенирования для приготовления изоцианатов. В данном варианте осуществления текучая среда, текущая по внутреннему пути, представляет собой первичный амин, возможно растворенный в растворителе. В данном варианте осуществления текучая среда, текущая по внешнему пути, представляет собой фосген, возможно растворенный в растворителе. Следовательно, данное изобретение подходит для получения различных изоцианатов, которые могут быть выбраны, например, из ароматических, алифатических, циклоалифатических и аралифатических полиизоцианатов.

Данный узел форсунок позволяет минимизировать избыток фосгена, применяемого в данной реакции, или иметь более высокую интенсивность перемешивания или более высокий выход. Интенсивность перемешивания относится к концентрации амина в растворителе и аминовой смеси, которая содержит амин, подаваемый в форсунку.

Можно, как в известных технологиях, возвращать раствор растворителя, фосгена и изоцианата раздельно или в комбинации обратно в поток фосгена. В одном варианте осуществления предпочтительно не возвращать данный раствор.

В частности, получают ароматические полиизоцианаты, такие как метилендифенилдиизоцианат (МДИ) (например в виде его 2,4'-, 2,2'- и 4,4'-изомеров и их смесей), и смеси метилендифенилдиизоцианатов (МДИ) и их олигомеров, известные в технике как «сырые» или полимерные МДИ (полиметиленполифениленполиизоцианаты), имеющие изоцианатную функциональность больше, чем 2, толуолдиизоцианат (ТДИ) (например, в виде его 2,4- и 2,6-изомеров и их смесей), 1,5-нафталиндиизоцианат и 1,4-диизоцианатобензол (ДИЦБ). Другие органические полиизоцианаты, которые могут быть получены, включают в себя алифатические диизоцианаты, такие как изофорондиизоцианат (ИФДИ), 1,6-диизоцианатогексан и 4,4'-диизоцианатодициклогексилметан (ГМДИ). Еще другие изоцианаты, которые могут быть получены, представляют собой ксилолдиизоцианаты, фенилизоцианаты.

Если необходимо, геометрия узла форсунок может быть адаптирована для конкретного получаемого изоцианата. Обычные тесты позволят специалисту в данной области техники определить оптимальные значения для зазоров и длин, а также рабочих условий.

Узел форсунок данного изобретения может быть использован в классическом, непрерывно перемешиваемом, чановом реакторе (с перегородками или без). Узел форсунок может быть в газовом пространстве или погруженным. Узел форсунок данного изобретения может быть использован во всем существующем оборудовании с минимальной адаптацией, снижая, таким образом, затраты. Также, узел форсунок данного изобретения может быть использован в любом типе реактора; например, узел форсунок может быть установлен на дне вращающегося реактора, оборудованного лопастями и перегородками, или узел форсунок может быть использован в качестве устройства ввода в реакторе роторного/статорного типа.

Условия способа представляют собой обычно применяемые условия. Мольное отношение фосген:амин обычно в избытке и меняется от 1,1:1 до 10:1, предпочтительно от 1,3:1 до 5:1. Для амина и фосгена обычно применяется растворитель. Типичными растворителями являются хлорированный арил и алкиларил, такие как монохлорбензол (МХБ), о- и п-дихлорбензол, трихлорбензол и соответствующие толуол, ксилол, метилбензол, нафталин, и многие другие, известные в технике, такие как толуол, ксилолы, нитробензол, кетоны и сложные эфиры. Концентрация смеси амина может быть от 5 до 40% мас., тогда как концентрация фосгена может быть от 40 до 100% мас. Температура потока амина обычно поддерживается от 40 до 80°С, тогда как температура потока фосгена обычно поддерживается от -20 до 0°С. Данный способ осуществляют при давлении (в зоне смешения) обычно от атмосферного до 100 фунтов на кв. дюйм (psig.)

Также можно использовать один или несколько дополнительных реакторов (особенно CSTR) для завершения реакции. В данном способе получения изоцианатов также можно использовать типичные установки для возврата растворителя и/или избытка фосгена, для удаления HCl и превращения HCl в хлор и т.д.

Изображенные и описанные предпочтительные варианты осуществления данного изобретения являются только типичными и не ограничивают объем данного изобретения.

Изобретение относится к устройству для смешивания и может использоваться для смешивания, в частности амина и фосгена, при получении карбамоилхлорида и изоцианата. Устройство содержит первую форсунку с проточным каналом, образующим проточную камеру с концевой частью и выпускным отверстием и аналогичную вторую форсунку. Первый и второй проточные каналы спирально закручиваются один вокруг другого. Две струи текучей среды сталкиваются друг с другом за счет спирального закручивания каждой струи вокруг другой. Технический результат состоит в повышении эффективности смешивания. 6 н. и 32 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для смешивания, по меньшей мере, первой и второй текучих сред, содержащее: (а) первую форсунку, содержащую первый проточный канал, образующий первую проточную камеру, и имеющую первую концевую часть форсунки, имеющую первое выпускное отверстие; и (b) вторую форсунку, содержащую второй проточный канал, образующий вторую проточную камеру, и имеющую вторую концевую часть форсунки, имеющую второе выпускное отверстие; в котором упомянутый первый проточный канал и упомянутый второй проточный канал спирально закручиваются один вокруг другого; в котором во время работы упомянутого устройства первая текучая среда, текущая в первой проточной камере и выходящая через первое выпускное отверстие, образует первую струю текучей среды, а вторая текучая среда, текущая во второй проточной камере, образует у второго выпускного отверстия вторую струю текучей среды, причем упомянутые первая и вторая струи текучей среды сталкиваются друг с другом за счет спирального закручивания каждой текучей среды вокруг другой, тем самым смешивая первую и вторую текучие среды.

2. Устройство по п.1, в котором упомянутый первый проточный канал и упомянутый второй проточный канал спирально закручиваются один вокруг другого согласно архимедовой спирали.

3. Устройство по п.1, в котором упомянутый первый проточный канал и упомянутый второй проточный канал спирально закручиваются один вокруг другого согласно спирали Архимеда.

4. Устройство по п.1, в котором упомянутые первая и вторая форсунки образуют первый и второй проточные каналы, которые являются сужающимися.

5. Устройство по п.4, в котором угол наклона канала к оси узла форсунок увеличивается от внутренней ко внешней части устройства.

6. Устройство по п.1, 2 или 3, в котором упомянутый первый проточный канал и упомянутый второй проточный канал спирально закручиваются один вокруг другого, образуя от 1 до 20 оборотов.

7. Устройство по п.6, имеющее от 1,05 до 1,5 оборотов.

8. Устройство по п.6, имеющее от 3 до 10 оборотов.

9. Устройство по п.1, в котором упомянутая первая камера имеет размеры, существенно уменьшающиеся вдоль первого проточного канала в направлении первого выпускного отверстия.

10. Устройство по п.1, в котором упомянутая вторая камера имеет размеры, существенно уменьшающиеся вдоль второго проточного канала в направлении второго выпускного отверстия.

11. Устройство по п.1, в котором упомянутая вторая камера имеет размеры, существенно уменьшающиеся от внешней части к внутренней части спирально закрученных каналов.

12. Устройство по любому из пп.1, 2 или 3, дополнительно содержащее проточную крышку на первой или второй проточной камере для тангенциальной подачи упомянутой первой или второй текучей среды соответственно.

13. Устройство по любому из пп.1, 2 или 3, в котором нижняя часть узла форсунок является, по существу, круглой.

14. Устройство по п.1, дополнительно содержащее чистящее устройство, состоящее из перемещаемой каретки, снабженной зубцами.

15. Устройство по п.1, в котором часть тела субузла форсунок имеет изогнутую форму.

16. По существу, круглое устройство для смешивания, по меньшей мере, первой и второй текучих сред, содержащее: (а) первую форсунку, содержащую первый проточный канал, образующий первую проточную камеру, и имеющую первую концевую часть форсунки, имеющую первое выпускное отверстие; и (b) вторую форсунку, содержащую второй проточный канал, образующий вторую проточную камеру, и имеющую вторую концевую часть форсунки, имеющую второе выпускное отверстие; в котором упомянутый первый проточный канал и упомянутый второй проточный канал спирально закручены один вокруг другого согласно архимедовой спирали, имеющей от 1 до 20 оборотов, и причем упомянутые первая и вторая форсунки сужаются; в котором во время работы упомянутого устройства первая текучая среда, текущая в первой проточной камере и выходящая через первое выпускное отверстие, образует первую струю текучей среды, а вторая текучая среда, текущая во второй проточной камере, образует у второго выпускного отверстия вторую струю текучей среды, причем упомянутые первая и вторая струи текучей среды сталкиваются друг с другом за счет спирального закручивания каждой текучей среды вокруг другой, тем самым смешивая первую и вторую текучие среды.

17. Устройство по п.16, в котором упомянутые первая и вторая форсунки образуют первый и второй проточные каналы, которые сужаются с углом наклона канала к оси узла форсунок, увеличивающимся от внутренней части к внешней части устройства.

18. Устройство по п.16, в котором упомянутый первый проточный канал и упомянутый второй проточный канал спирально закручиваются один вокруг другого, образуя от 1,05 до 1,5 оборотов.

19. Устройство по п.16, в котором упомянутый первый проточный канал и упомянутый второй проточный канал спирально закручиваются один вокруг другого, образуя от 3 до 10 оборотов.

20. Устройство по п.16, в котором упомянутые первая и вторая камеры имеют размеры, по существу, уменьшающиеся вдоль первого и второго проточных каналов в направлении первого и второго выпускных отверстий соответственно.

21. Устройство по п.16, в котором упомянутая вторая камера имеет размеры, по существу, уменьшающиеся от внешней части к внутренней части спирально закрученных каналов.

22. Устройство по п.16, в котором упомянутое первое выпускное отверстие и упомянутое второе выпускное отверстие разделены стенкой, имеющей толщину, по существу, не превышающую размер каждого из упомянутых отверстий.

23. Устройство по п.16, дополнительно содержащее проточную крышку на первой или второй проточной камере для тангенциальной подачи упомянутой первой или второй текучей среды соответственно.

24. Способ смешивания, по меньшей мере, первой и второй текучих сред, включающий: (а) образование первой струи текучей среды, состоящей из первой текучей среды, у места первого выпуска; (b) образование второй струи текучей среды, состоящей из второй текучей среды, у места второго выпуска; и (с) спиральное закручивание каждой струи текучей среды вокруг другой, так что упомянутые первая и вторая струи текучей среды сталкиваются друг с другом, тем самым смешивая первую и вторую текучие среды.

25. Способ по п.24, в котором упомянутый этап спирального закручивания каждой струи текучей среды происходит согласно архимедовой спирали.

26. Способ по п.24, в котором упомянутый этап спирального закручивания каждой струи текучей среды происходит согласно спирали Архимеда.

27. Способ по п.24, в котором упомянутый этап спирального закручивания каждой струи текучей среды содержит образование от 1 до 20 оборотов.

28. Способ по п.24, при котором завихряют упомянутую первую струю текучей среды и упомянутую вторую струю текучей среды.

29. Способ по п.24, в котором первая текучая среда содержит амин, а вторая текучая среда содержит фосген, или первая текучая среда содержит фосген, а вторая текучая среда содержит амин.

30. Способ смешивания, по меньшей мере, первой и второй текучих сред, включающий: (а) образование первой струи текучей среды, состоящей из первой текучей среды, у места первого выпуска; (b) образование второй струи текучей среды, состоящей из второй текучей среды, у места второго выпуска; и (с) спиральное закручивание каждой струи текучей среды вокруг другой согласно архимедовой спирали, имеющей от 1 до 20 оборотов, так что упомянутые первая и вторая струи текучей среды сталкиваются друг с другом, тем самым смешивая первую и вторую текучие среды.

31. Способ по п.30, в котором упомянутая спираль Архимеда имеет от 1,05 до 1,5 оборотов.

32. Способ по п.30, в котором упомянутая спираль Архимеда имеет от 3 до 10 оборотов.

33. Способ по п.30, при котором завихряют упомянутую первую струю текучей среды и упомянутую вторую струю текучей среды.

34. Способ по п.30, в котором первая текучая среда содержит амин, а вторая текучая среда содержит фосген, или первая текучая среда содержит фосген, а вторая текучая среда содержит амин.

35. Способ получения изоцианатов, содержащий способ смешивания по п.29, с последующим этапом реакции смешанных амина и фосгена.

36. Способ по п.35 для получения изоцианатов, выбранных из группы, состоящей из метилендифенилдиизоцианата и его полимерных вариантов, толуолдиизоцианата, 1,5-нафталиндиизоцианата, 1,4-диизоцианатобензола, ксилолдиизоцианата, фенилизоцианата, изофорондиизоцианата, 1,6-диизоцианатогексана и 4,4'-диизоцианатодициклогексилметана.

37. Способ получения изоцианатов, содержащий способ смешивания по п.34, с последующим этапом реакции смешанных амина и фосгена.

38. Способ по п.37 для получения изоцианатов, выбранных из группы, состоящей из метилендифенилдиизоцианата и его полимерных вариантов, толуолдиизоцианата, 1,5-нафталиндиизоцианата, 1,4-диизоцианатобензола, ксилолдиизоцианата, фенилизоцианата, изофорондиизоцианата, 1,6-диизоцианатогексана и 4,4'-диизоцианатодициклогексилметана.