混合反应的新方案

作者：Dieter Fink,本文作者系Fink Chem+Tec公司负责人。文章来源：《流程工业》发布时间：2016-05-05

从小批量到大规模的反应泵混合和反应技术——它们面临的任务是：为混合搅拌和传质过程开发新的工艺技术，尝试最合适的新试验设备。在实验室混合反应器或者微反应技术领域中，反应泵提供了一个不错的替代解决方案。

迄今为止，在输送流量为5~30 L/h的功率范围内，反应泵的性能非常可靠。这一技术可以按照小批量生产的规模按比例放大到工业化生产的规模

通常情况下，为实现混合和反应过程一般要用到搅拌反应釜、转子-定子混合器或者固定式的混合搅拌设备。但对于用户来讲，利用简单且高效的试验设备快捷地完成不同性质材料或者复杂反应条件下的混合反应显得越来越重要。而且，对混合强度或者反应产量以及它们的选择性也提出了越来越高的要求。因此，有必要在过程控制中不断地提高对小反应体积和严格密封设备使用时的安全技术要求。

反应泵能够为那些高要求材料、高压力和高温等环境中的应用提供高安全可靠性的经济型替代解决方案。从广义的角度来讲，反应泵属于多种介质适用的涡旋泵，可以在液体和气体的输送中以及采暖和制冷技术领域中使用，也可以采用磁力耦合且无密封件的结构形式。这种涡旋泵的端面有对称布置的泵腔。它们在泵体的端面构成了环形的通道，成为涡旋泵典型的压力腔。隔断通道的隔断筋板的作用是使泵腔中的压力稳定上升。压力的稳定上升可以将部分液体及反应混合物挤入到叶轮腔中，最终由叶轮以较低的压力把介质送入输送通道。

可调节的循环流动促进了环形通道与压力腔之间液体介质间的物质交换，强化了混合搅拌。动量交换产生了强力的涡流，有着很高的能量输入，可以在选择性的反应或者在难混合搅拌的液体介质混合搅拌中使用。即便是含有气体成分的液体介质也能够非常均匀地实现混合搅拌。

不易相互溶解和有着完全不同粘度的界面化学反应是反应泵的典型应用领域。迄今为止，这样的反应一直需要高造价的设备和很高的维护保养费用，例如利用连级式混合搅拌机再加上外置热交换器和大型循环泵来完成。

复杂的试验参数是非常有用的，例如巴斯夫公司光气转换中所考虑的参数。反应泵应能安全可靠地在高温高压工况下输送有着较高毒性的光气，同时作为输送含有固体成分的、返流式的系统也能够在最短的时间内完成混合。连续性的微混合技术无法胜任这一任务，因为那些结构微细的通道会很快地被堵塞，且由于它所形成的层流无法实现要求的返流。传统的实验室反应器不能完成大量的混合，从而也无法在希望的短时间内完成混合任务。

弗劳恩霍夫生产技术和应用材料研究所IFAM能够利用反应混合生产出磁体悬浮液。在经典的搅拌反应器沉淀中，粒度小于100 nm的颗粒无法重复再现在狭窄的粒度分布范围内生产制造出来。而磁体悬浮液的目标是大部分的颗粒粒度小于20 nm，并尽可能的按照单体颗粒均匀地分散开来。在沉淀反应中使用了氢氧化铵(NH4OH)和氯化铁溶液。利用反应泵则能够实现制定的目标参数。其他试验也证明了反应泵在选择性反应中有着很高的应用潜力(参见附表)。若在反应前增加预混合，则可进一步提高反应过程的优化潜力。

迄今为止，在输送流量为5~30 L/h的功率范围内，反应泵的性能非常可靠。这一技术可以按照小批量生产的规模按比例放大到工业化生产的规模。