撞擊流反應(yīng)器在化工行業(yè)的應(yīng)用
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1.1對(duì)噴嘴的改進(jìn)
為了使流體在高速流動(dòng)下產(chǎn)生碰撞，撞擊流反應(yīng)器中通常具有噴嘴或類似于噴嘴的結(jié)構(gòu)。李偉峰等開發(fā)出了一種撞擊流反應(yīng)器，通過控制兩個(gè)比例閥，將向兩個(gè)噴嘴供料的流量分別調(diào)節(jié)為根據(jù)預(yù)設(shè)波形波動(dòng)，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(duì)于流體混合和化學(xué)反應(yīng)的促進(jìn)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。楊俠等通過模擬研究了不同數(shù)量噴嘴撞擊流反應(yīng)器湍動(dòng)混合效果。模擬結(jié)果表明，四噴嘴對(duì)置式撞擊流反應(yīng)器相對(duì)于二噴嘴對(duì)置式撞擊流反應(yīng)器，內(nèi)剪切力場(chǎng)更強(qiáng)，脈動(dòng)更強(qiáng)烈，更有利于反應(yīng)器內(nèi)的湍動(dòng)混合。
1.2改變撞擊形式與傳統(tǒng)
兩股流體對(duì)撞的撞擊流相比，當(dāng)前對(duì)于撞擊流反應(yīng)器研究的方向已不局限于兩股流體的對(duì)撞，其中較多的一種改進(jìn)類型是設(shè)置撞擊壁，使流體在撞擊壁上產(chǎn)生強(qiáng)烈碰撞，提高混合效果。Huhta-Koivisto等人研究出了一種對(duì)水進(jìn)行充氣/混合的方法和裝置，通過設(shè)置壁，使從噴嘴中噴射出的水流（包括水和空氣）到達(dá)壁，形成強(qiáng)烈的撞擊，將噴射水流分裂成小的液滴和氣泡，從而使水和氣得以混合形成充氣過程。并且在撞擊時(shí)，周圍環(huán)境中更多的空氣被混合到水中，增加了充氣效果。毛在砂等人研究出了一種噴嘴撞擊流重排反應(yīng)器，其通過設(shè)置多組進(jìn)料組件、每組進(jìn)料組件均包括噴嘴、浸沒撞擊室和除霧罩，由此利用撞擊流技術(shù)進(jìn)行液相重排反應(yīng)生產(chǎn)己內(nèi)酰胺的反應(yīng)器，減少反應(yīng)副產(chǎn)物的生成，提高重排反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性。
1.3與其它混合方式結(jié)合使用
為了充分提高反應(yīng)混合效果，當(dāng)前對(duì)于撞擊流反應(yīng)器的另一種研究方向是與其它混合方式結(jié)合使用。毛在砂等人研究出的撞擊流重排反應(yīng)器中，反應(yīng)流體在撞擊室經(jīng)過高速撞擊混合，發(fā)生重排反應(yīng)后，部分反應(yīng)液體直接落入撞擊流反應(yīng)器的底部，在高速攪拌的作用下進(jìn)一步完成重排反應(yīng)，使在噴嘴部分及撞擊過程中未能充分完成重排反應(yīng)的殘余的反應(yīng)物，在反應(yīng)器底部的攪拌作用下繼續(xù)發(fā)生重排反應(yīng)，維持重排反應(yīng)器下部良好的液液分散與混合。M•D•林德魯?shù)碌热搜邪l(fā)出的裝置中，通過在猛烈撞擊的對(duì)置噴嘴之間，增加超聲探頭，沖擊噴射器與聲波處理探針的結(jié)合使用，使液體高強(qiáng)度微混合，以便形成均勻的組合物。
2撞擊流反應(yīng)器的應(yīng)用前景
在化工領(lǐng)域，傳質(zhì)和傳熱過程無處不見，化工領(lǐng)域的任何一種過程幾乎都可以通過撞擊流來實(shí)現(xiàn)，撞擊流相比傳統(tǒng)的傳熱傳質(zhì)方法，效率更高，能耗更低。撞擊流已越來越多的應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，例如M•D•林德魯?shù)碌热耸褂米矒袅鞣磻?yīng)器用于結(jié)晶、胡立舜等將撞擊流反應(yīng)器應(yīng)用于合成甲醇、劉東等使用撞擊流反應(yīng)器用于制備納米材料。然而，雖然撞擊流方法在工業(yè)中各種不同的工藝中有巨大的潛力，但是，它在工業(yè)實(shí)踐中的應(yīng)用還比較缺乏，目前，越來越多的學(xué)者和企業(yè)開始重視到這個(gè)問題，逐步努力使使撞擊流在化學(xué)工業(yè)中成為一類通用的工具。
作者：朱晨 單位：國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查寫作廣東中心
