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TW200810828A - Mixing apparatus - Google Patents

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TW200810828A
TW200810828A TW096108224A TW96108224A TW200810828A TW 200810828 A TW200810828 A TW 200810828A TW 096108224 A TW096108224 A TW 096108224A TW 96108224 A TW96108224 A TW 96108224A TW 200810828 A TW200810828 A TW 200810828A
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Darren Gobby
John Colin Middleton
Neil Tindale
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Lucite Int Uk Ltd
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Description

200810828 九、發明說明： 【發明所展之技術領域】 本發明係關於一種混合裝置。詳言之（但不排他），本發 明係關於一種用於將氣體分散於液體中之裝置。 【先前技術】 許多工業製程併有一葉輪驅動混合系統，例如用於醱 酵、氫化、氯化、氧化及羰化之製程。 葉輪驅動混合系統通常併有一個安裝於一旋轉軸上之葉 輪。認為該等系統可具有一平行於該旋轉軸之軸線之軸向 縱向流及/或一平行於安裝於該軸上之徑向延伸葉片之徑 向流。因此，該葉輪可能為一徑流式葉輪，其在徑向上向 其中安置該葉輪之腔室壁投射流體，例如Chemineer BT-6™渦輪，或者該葉輪可為一軸流式葉輪，其包含以一角 度傾斜使得在軸向上引導流體流動之徑向延伸葉片。軸流 式葉輪之實例包括船用葉輪及水翼葉輪。已知其中葉輪在 軸向及徑向上引起流動之混合流動系統。混流式葉輪之實 例為45°傾斜之葉片渦輪。該等混合系統可用於液體-液 體、液體-固體或液體-氣體之反應。 6知用於在一容器中將氣體分散於液體中之雙葉輪系 統。特定而言’在1 982年4月27日29日之Fourth European Conference on Mixing 上，在 Kuboi 之題為 ’’The Power Drawn by Dual Impeller Systems Under Gassed and Ungassed Conditions”之文章中，揭示兩種軸向間隔之45° 傾斜之葉片渦輪，藉此一第一葉輪在一共用軸上安裝於一 118948.doc 200810828 第二葉輪下方。葉輪葉片經定向使得該第一葉輪向上及向 外地投射液體且該第二葉輪向下及向外地投射液體。在氣 體之情況下，當氣體引人該容器中時，第一葉輪引起氣泡 之入流分開，使得有些流徑向向外地驅向容器壁，且有些 轴向向上地驅向第二葉輪。
在充氣之情況下，兩種葉輪系統之有效性視葉輪之旋轉 速度而定。在較低速度下，可能藉由第—葉輪向上投射之 氣泡不受第二葉輪之影響。第二葉輪不能克服浮力且因此 第二葉輪在將氣體分散於液體中不起作用。僅當第二葉輪 之旋轉速度提高時，克料力^㈣，產生氣體於液體 中之不均勻分散。在本申請案之圖！中展示此情況。為達 成均句分散’另外不利地為第二葉輪之旋轉速度必須急劇 提高。 在工業製程中極需要能夠達成完全均勾之分散。在其中 氣體/液體質量轉移為基本特徵之工業製程中，此有助於 可1性且增強反應器效能。在該等製程中，當氣體良好分 散時’相當均勻之擾動動力渦流消散區域可存在於控制氣 泡合併及破碎之葉輪之間及周圍的液體中。若氣體分散極 不均句’則不當合併可導致氣泡尺寸之急劇增加，且因此 減少用於待發生之界面質量轉移之表面積。有利地，經控 制之擾動能量消散場引起在葉輪比功率範圍中之窄氣 寸分佈。 / 【發明内容】 本發明之-目標為提供一種使得能夠控制流體或固體之 13S948.doc 200810828 混合同時同步提供有效混合環境之混合裝置。 根據本發明之第-態樣，提供—種用於混合至少兩種流 體之混合裝置’該混合裝置包含一關於其縱向軸線可旋轉 之軸、安裝於該軸上且分別軸向間隔開之—第—徑向延伸 葉輪及-第二徑向延伸葉輪’ _合1置之特徵在於該第 一茶輪包含在軸向上可操作地使該等流體向該第二葉輪移 動之複數個，曲葉片，且該第二葉輪包含在軸向上可操作 地使該等流體向該第一葉輪移動之複數個彎曲葉片。 較佳地’每—葉輪上之該等葉片向㈣送至葉輪之間的 ，間中。在大體上垂直轴之情況下，下部葉輪因此向上栗 送且上部葉輪向下线。較佳地，每—葉輪之葉片為水翼 葉片。合適之水翼葉片為,Chemineer Maxfi〇TM w。或者， 可使用 Lightnin A315TM、八320復或 A34〇TM 〇
有利地，由於由第—葉輪及第二葉輪產生之反向轴流， 在該等葉輪之間的中央混合區中觀測到一高擾動區域。由 於在此區中保持高擾動，因此在擾動能量消散方面存在很 少變化。因此’在氣泡尺寸方面存在最小變化，此引起氣 泡在中央混合區中之窄尺寸分佈。有利地，窄氣泡尺寸分 佈使得製程或化學反應更容易控制。此區域提供其中至少 兩種流體彙集在-起混合之區。因此，在t央混^區中二 促進化學反應。該等流體可為液體_固體、液體-液體或液 體-氣體。較佳地，至少兩種流體包舍液體及氣體。 有利地提供其中氣泡尺寸基本上不依賴於葉輪比功率之 氣體/液體混合環境。在此系統中，液體混合時間可不依 n8948.doc 200810828 賴於氣泡尺寸而變化。 較佳地’第一葉輪及第二葉輪各自包含兩個或兩個以上 彎曲葉片，更佳為三個或三個以上彎曲葉片。最佳為罝有 四個彎曲葉片之葉輪。提供具有大量·彎曲葉片之葉^有口 破r氣泡之剪切力作用。產生之小氣泡具有比用厶:; 〆弓曲w之第—葉輪及/或第二葉輪產生之彼等小氣泡 〗的平均乳泡直#，且因此增加用於待發生反應之有效表 面積。 較，地’弟一葉輪之直徑與第二葉輪之直徑相同。較佳 地4葉輪或母-葉輪之直徑大體上為其中安裝該葉輪之 容器之直徑的一半。 有利地’葉輪之直徑愈小’對於給定功率所產生之剪切 二且口此產生大量小氣泡，此使得用於待發生反應 之有效表面積增加。 較佳地，第一笹鉍访榮— 不/、个一不輪之間的軸向距離相隔至少 -：葉輪直徑。在此組態中，由反向葉輪產生之擾動在中 央扣°區中為平衡狀態，此容許預測氣泡尺寸且因此控制 反應發生。 較佳由葉輪組合所獲得之總功率低。較佳地，葉輪在較 體上"於1與5之間，更佳大體上介於】舆3之間，最佳 1>75之低功率值下操作。在該種情況下，與在通 常^.2之功率值下操作之習知系統相比，該系統消耗較 乂此里1力率可使用例如應變儀之習知設備來量測。 較佳地’當在低功率值下操作時，達成完全均㈣散之 II8948.doc 200810828 能量效率，因此較 相分佈。此極為合乎需要且由於葉片 佳為水翼葉片。 △在不受理論限制之情況下，對^發明之效率之一種可 能解釋為利用水翼葉片.減少翼尖渴旋且將更多軸能量轉化 成流動而非擾動能量，促進完全分散。 較佳地，當第-葉輪及第二葉輪旋轉時，使用之比功率 大體上介於50 W/m3與900 W/m3之間，更佳大體上介於⑽
W/m3與 800 W/m3之間。 較佳地，當雙反向Maxflo型葉輪用於系統中時，較佳比 功率大體上介於50 W/m3與900 w/m3之間。較佳地，當使 用BT-6型葉輪時，較佳比功率大體上介於4〇〇施3與32〇〇 W/m3之間。在該等比功率丁，保持窄氣泡尺寸分佈且控 制反應。 較佳地，當使用雙反向Maxflo葉輪時，算術平均尺寸 (di0)大體上介於250 fm與550 μπι之間且表面體積平均直徑 (U大體上介於400，與750 μιη之間。較佳地，當在大體 上750 rpm下操作時，dl❶大體上介於25〇 _與35〇 _之 間，最佳大體上為296 μιη，且較佳d32大體上介於4〇〇 μηι 與500 μιη之間，最佳大體上為45〇 μπι。較佳地，當在大體 上"1 ;Pm下操作時，d丨。大體上介於3〇〇 ^^與‘⑽^邡之 間，最佳大體上為330 μπι，,d32較佳大體上介於460 μιη 與560 μπι之間’最佳大體上為5 1 〇 。較佳地，當在大體 上1200 rpm下％作時’ di❹大體上介於350μπι與450 μπι之 間，最佳大體上為394 μπι，且d3$較佳大體上介於450 μιη 11894S.doc -10- 200810828 與550 μηι之間，最佳大體上為500 μιη。 較佳地，當使用ΒΤ-6型葉輪時，d10大體上介於25Ό μπι 與1500 μηι之間。尤其，當在大體上251 rpm下操作時，dl〇 較佳大體上介於550 μιη與650 μηι之間，最佳大體上為633 μιη ’且d32較佳大體上介於800 μιη與1000 μηι之間，最佳大 體上為978 μιη。較佳地，當在大體上380 rpm下操作時， d10較佳大體上介於8〇〇 μηι與900 μηι之間，最佳大體上為 ^ 84 1 μιη ’且d32較佳大體上介於1 〇〇〇 μηι與1 500 μηι之間， 最佳大體上為1345 μηι。當在大體上500 rpm下，d1G較佳大 體上介於500 μηι與600 μιη之間，最佳大體上為597 μηι， 且dn較佳大體上介於70〇 μιη^8〇〇 μιη之間，最佳大體上 為721 μιη。較佳地，當在大體上765 rpm下操作時，di〇較 佳大體上介於300 μιη與400 μηι之間，最佳大體上為378 μηι’且d32較佳大體上介於4〇〇 與500 μιη之間，最佳大 體上為445 μιη。 馨 在將氣體噴射至攪動液體介質之反應器中，在較佳介於 50 rpm與1200 rpm之間，最佳大體上為5〇巧❿至⑼#之 葉輪速度下’較佳地，喷射氣體之速度大體上介於〇 〇5 m3/s與1.0 m3/s之間，較佳大體上介於〇1 mVs與〇·5瓜3/8之 間，最佳大體上為0.13 m3/s。 在设計氣體液體混合系統中使用之關鍵參數為臨界分散 速度。此為確保氣泡之均勻分散所需要之最小葉輪速度。 在一具有較佳大體上介於】㈤與⑺❿之間，更佳大體上介 於2 m與5 m之間的直徑之容器中，在雙反向流動水翼系統 118948.doc 200810828 中達成分政之臨界分散速度較佳大體上介於1 rpm與1 〇〇 rpm之間’較佳大體上介於5與5〇 rpm之間，更佳大體 上介於10 rpm與20 rpm之間，最佳大體上為14 rpm。 因此，在本發明之另一態樣中，提供一種化學反應系 統’其包含液相及一根據本發明之第一態樣用於將流體混 合於该液相中之混合裝置。較佳地，該流體為固體，或最 佳地’該流體為氣體。 較佳地’液相包含至少一種用於與引入液相中之氣體反 應的液相反應物，以及至少一種液相反應產物。較佳地， 液相包括引入其中之氣體。較佳地，該氣體包含一或多種 能夠與該或該等反應物反應之反應物。較佳地，液相包含 催化劑系統。較佳地，反應系統為羰化反應系統，諸如同 在申請中之英國專利申請案GB 05 16556.8中所描述或如以 下歐洲專利及專利申請案中所提及之羰化反應系統： EP-A-0055875 、 EP-A-04489472 、 EP-A-0106379 、 EP-A-0235864 、 EP-A-0274795 、 EP-A-0499329 、 ΕΡ-Α-0386833 、 EP-A-0441447 、 EP-A-0489472 、 EP-A-0282142 、EP-A-0227160 、 EP-A-0495547 、 EP-A-0495548 、 EP_A-1651587、 EP-A-1565425 、 EP-A-1554039 、 EP-A-1534427 、 EP-A_1527038、 EP-A-1204476、W02005118519及 W02005079981。 車父佳地’反應糸統為幾化製程’其包含在較佳甲醇之經 基源及催化劑系統存在下，用一氧化碳將烯系不飽和化合 物羰化，該催化劑系統包含（a)雙牙膦、胂或銻化氫配位 118948.doc -12- 200810828 體’及（b)選自第8、9或1〇族金屬或其化合物之催化金屬， 較佳為把。較佳地，脲配位體係選自i，2_雙·（二·第三丁基 膦基甲基）苯、1,2-雙-(二-第三戊基膦基甲基)苯、込^雙-(二-第三丁基膦基甲基）萘、L2-雙（二金剛烷基膦基甲基） 苯、1，2-雙（二_3,5-二曱基金剛烷基膦基甲基）苯、ι，2-雙 (二-5-第三丁基金剛烷基膦基甲基）苯、1，2_雙（1_金剛烷基 第三丁基-膦基甲基）苯、1-(二金剛烧基膦基甲基分2_(二· 第三丁基膦基甲基）苯、1_(二-第三丁基膦基甲基）_2-(二鑽 石烧基膦基甲基）苯（^-(di-tert-biitylphOsphinomethyl)-]-(dicongressylphosphinomethyl)benzene)、1-(二-第三丁基 膦基曱基）-2-(磷-金剛烷基-P-甲基）苯、ι_(二金剛烷基膦基 甲基）-2-(磷-金剛烷基甲基）苯、第三丁基金剛烷基膦 基甲基）-2-(二-金剛烷基膦基甲基）苯及四甲 基亞膦基-4-酮）膦基甲基）]-2-(磷-金剛烷基-P-甲基）苯，其 中’’磷-金剛烷基”係選自2 =磷-1，3,5,7-四甲基-6,9，10-三氧雜 金剛烷基，2-磷-1，3,5-三甲基-6,9，10-三氧雜金剛烷基、2· 磷-1，3,5,7-四（三氟曱基）-6,9510-三氧雜金剛烷基或2-磷-1,3,5-三（三氟曱基）-6,9,10-三氧雜金剛烷基；1,2-雙-(二甲 基胺基甲基）二茂鐵、1，2-雙-(二第三丁基膦基曱基）二茂 鐵、1-羥基甲基-2-二甲基胺基甲基二茂鐵、1，2-雙·（二第 二丁基騰基曱基）二茂鐵、1 -經基曱基-2，3 ·雙-(二曱基胺基 甲基）二茂鐵、1，2,3-三（二第三丁基膦基甲基)二茂鐵、n 雙-(二環己基膦基曱基）二茂鐵、1，2-雙-(二-異丁基膦基甲 基）二茂鐵、1,2-雙-(二環戊基膦基甲基）二茂鐵、丨，2_雙· 13 118948.doc 200810828 (一乙基膦基甲基）一戊鐵、1，2-雙（二-異丙基膦基甲基）二 茂鐵、1，2-雙-(二甲基膦基甲基）二茂鐵、^广雙二（二 (1，3,5,7-四甲基-6，9,10-二氧雜-2·石粦-金剛烧基甲基））二茂 鐵、1，2-雙-(二甲基胺基甲基）二茂鐵-雙甲基碘化物、 雙（二羥基甲基膦基甲基）二茂鐵、1,2-雙（二膦基甲基）二茂 鐵、1，2-雙_〇1，(^(?-(2,256,6-四甲基亞膦基_4_酮））二甲基二 茂鐵及1,2-雙-(二-1，3,5,7-四甲基_6,9，ΐ(μ三氧雜-2-磷-金剛 烧基甲基））苯；順-1，2-雙（二-第三丁基膦基甲基）·4,5-二甲 基環己烧，順-1，2-雙（二-第三丁基膦基甲基）-5 -甲基環戊 烧；順-1，雙（2-膦基甲基-1，3,5,7-四曱基，6,9，10二三氧雜-金剛烷基）-4,5-二甲基環己烷；順-i，2-雙（2-膦基甲基_ 1，3,5,7-四甲基_6,9，1〇_三氧雜-金剛烷基）5_甲基環戊烷； 順-1,2-雙（二-金剛烷基膦基甲基）_4,5_二甲基環己烷；順_ I2-雙（二·金剛烷基膦基甲基）-5-甲基環戊烷；順-l_(p，p金 剛烧基，第三丁基膦基曱基）-2兴二-第三丁基膦基甲基 4,5-二甲基環己烷；順-1-(P，P金剛烷基，第三丁基膦基甲 基）-2-(二-第三丁基膦基甲基）-5-甲基環戊烷；順-1-(2-膦 基甲基-1，3,5,7-四甲基-6,9,10-三氧雜-金剛烷基）-2-(二-第 三丁基膦基甲基）4,5_二曱基環己烧；順膦基曱基· l3,5四甲基-6,9，10-三氧雜-金剛烷基）-2-(二-第三丁基 膦基甲基）·5·甲基環戊烷；順-1-(2-膦基甲基-1，3,5,7-四甲 基-6,9，1(K三氧雜-金剛烧基）_2_(二金剛烷基膦基甲基） 甲基環己烷；順-丨·^-膦基甲基-1，3,5,7-四甲基-6,9,10-三 氧雜-金剛燒基）(二金剛烷基膦基甲基）-5-甲基環戊烧； 118948.doc 200810828 順-1 -(2-膦基甲基-i，3,5,7-四甲基-6,9,10-三氧雜-金剛烧 基）-2-(二金剛烷基膦基曱基）環丁烷；順-i-(二·第三丁基 膦基甲基）-2-(二金剛烷基膦基甲基）-4,5-二甲基環己烷； 順-1-(二-第三丁基膦基甲基)-2-(二金剛烷基膦基甲基）_5· 甲基環戊烷；順-1,2-雙（2-磷-1，3,5-三曱基-6,9,10-三氧雜 三環-{3.3·1·1[3·7]}癸基)-4,5-二甲基環己烷；順-i，2_雙（2· 磷-1，3,5-三甲基-6,9，10-三氧雜三環-{3·3·1·1[3·7]}癸基)一5_ 甲基環戊烷；順-1-(2-磷-1，3,5-三甲基-6,9，10-三氧雜三環· {3·3·1·1[3·7]}癸基）_2-(二-第三丁基膦基甲基）·4,5·二甲基 環己烷；順小(2-磷-1，3,5-三曱基-6,9，1(Κ三氧雜三環. {3.3丄1[3.7]}癸基）_2_(二_第三丁基膦基曱基）_5_曱基環戊 烧；順-M2-磷]，3,5-三甲基-6,9，1〇-三氧雜三環· {3·3·1·1[3·7]}癸基）_2-(二金剛烷基膦基甲基）·4,5_二甲基 環己烧；順小（2-磷-1，3,5-三曱基_6,9，1〇-三氧雜三環-{3·3·1·1[3·7]}癸基）一2-(二金剛燒基膦基甲基）_5_曱基環戊 烷；順-I，2-雙-全氟（2_磷-1，3,5,7_四甲基_6,9，1〇_三氧雜三 壞{3_3·1·1[3·7]μ癸基）-4,5-二甲基環己烷；順^，]-雙-全氟 (2-磷-1，3,5,7:四甲基 _6,9，1〇_三氧雜三環{3·3 ι ι[3·7]}癸 基）-5-甲基環戊烷；順“，雙-仏磷·•四（三氟-甲 基）-6,9，10-三氧雜三環{3.311[3.7]}癸基）_4,5•二曱基環己 烧；順-1，2-雙-(2-碟-mi四（三氟_甲基）_6,9，1〇_三氧雜 三環{3.3.1.1[3,7]}癸基）_5_甲基環戊燒；順Μ·雙（二-第 三丁基膦基甲基）環己院；順_!，2 _雙（二第三丁基鱗基甲 基）環戊烷；順·1，2_雙（二-第三丁基膦基甲基）環丁烷；順- 118948.doc -15- 200810828 1，2-雙(2:膦基甲基-1，3,5,7-四甲基-6,9，10-三氧雜-金剛烷 基）環己烷；順]，2-雙（2-膦基甲基-1，3,5,7·四曱基-6,9，l〇-三氧雜-金剛烷基）環戊烷；順雙（2-膦基甲基-1，3,5,7-四甲基-6,9，10-三氧雜-金剛烷基）環丁烷；順-1，2-雙（二-金 剛烷基膦基甲基）環己烷；順-1，2-雙（二-金剛烷基膦基甲 基）環戊烷；順-1，2-雙（二-金剛烷基膦基甲基）環丁烷；順· 金剛烷基，第三丁基-膦基甲基）-2-(二-第三丁基膦 基甲基）環己烷；順-1-(P，P-金剛烷基，第三丁基-膦基甲 基）-2-(二-第三丁基膦基曱基）環戍烷；順金剛烷 基，第三丁基-膦基甲基）-2-(二-第三丁基膦基曱基）環丁 烧；順-1-(2-膦基甲基-i，3,5,7-四甲基-6,9，10-三氧雜-金剛 烧基）-2-(二-第三丁基膦基甲基）環己烷；順膦基甲 基-1，3,5,7-四曱基-6,9，10-三氧雜-金剛烷基）·2_(二-第三丁 基膦基甲基）環戊烧；順-1-(2-膦基甲基m?-四甲基_ 6,9，10-三氧雜-金剛烧基）-2-(二-第三丁基膦基甲基）環丁 烧；順-1-(2-膦基甲基-i，3,5,7-四甲基-6,9，10-三氧雜-金剛 烧基）-2-(二金剛烷基膦基甲基)環己烷；膦基甲基_ 1，3,5,7-四甲基-6,9，10-三氧雜-金剛烷基）_2_(二金剛烷基膦 基曱基）環戊烷；順-1-(2-膦基曱基_1，3,5,7_四甲基_6,9，1〇_ 二氧雜、金剛烧基）-2-(二金剛烧基膦基甲基）環丁烧；順小 (二第二丁基膦基曱基）-2_(二金剛烷基膦基曱基）環己烷； 順-1-(二-第三丁基膦基甲基）_2_(二金剛烧基膦基甲基）環 戊烷；順-1-(二-第三丁基膦基甲基）_2_(二金剛烷基膦基曱 基）環丁烷；順-1，2-雙（2-磷-1，3,5-三甲基_659，10-三氧雜三 118948.doc -16- 200810828 基-6,9，1〇-三氧雜三環七3丄1[3·7]}癸基)環戍烧i f ^-659v10^ ft # ^ it ^{3.3.1.1 [3.7]} 基）環丁烷 s • 即·1專7肢基叫二-第三丁基膦基甲基）環名m • 1 (2 石钟-1，3,5-二甲基-6,9，l〇-三氧雜三環 _{3·3·1·1[3·7]}癸 基）〜2-(二-第三丁基膦基甲基）環戊烷;順-1-(2-磷-1，3,5-三 φ 甲基4,9，1(K三氧雜三環-{3·3·1·1[3·7]}癸基）-2-(二·第三丁 基膦基甲基)環丁烷；順_1_(2-磷_1，3,5_三甲基_6,9，1〇_三氧 雜三環-{3.3.1.1[3.7]}癸基）_2-(二金剛烷基膦基曱基）環己 烧·，順小（2-磷]，3,5_三甲基_6,9，10_三氧雜三環_ {3.3.1.1[3·7]}癸基）〜2-(二金剛烷基膦基甲基）環戊烷；順· 1-(2•磷-1，3,5·三甲基 _6,9，10•三氧雜三環 _{3.311[3 7]}癸 基）-2-(二金剛烷基膦基甲基）環丁烷；順—^雙_全氟（2_ 磷-1，3,5,7-四甲基-6,9，l〇-三氧雜三環{3·3·1·1[3·7]}-癸基） 肇 環己烧，順-1，2·雙-全氟（2-填-1,3,5,7-四曱基- 6,9，1〇-三氧 雜三環{3·3·1·1[3·7]}癸基）環戊烷；順-152-雙-全氟（2-磷_ 1，3，5，7-四曱基-6，9，1 〇-三氧雜三環《3 · 3.1 · 1 [3 · 7]}癸基）環丁 ^ 烧；順]，2_雙，(2-磷-1，3,5,7-四（三氟-曱基）-6,9，l〇-三氧雜 • 三環{mU3^]}癸基）環己烧;順-1，2-雙-(2:磷_1，3,5,7-四（三氟-曱基）-6,9，1〇-三氧雜三環{3·3·1·1[3·7]}癸基）環戊 烷；及 順-1，2-雙-(2-磷-1，3,5,7-四（三氟-甲基）-6,9，10-三氧雜三 環{3·3·1·1[3·7]}癸基）環 丁烷;(2_ 外，3-外）-二環[2.2」^ 118948.doc -17- 200810828 烧-2，3 -雙（一-弟二丁基膦基甲基）及（2-内，3 -内）_二環 [2·2·1]庚烷-2,3•雙（二-第三丁基膦基甲基）。 由本發明產生之氣泡尺寸可為小的且因此提供大表面積 用於待發生之界面質量轉移。另外，因為氣泡尺寸分佈較 窄且具有小偏差，因此可控制羰化反應。 除非該等組合相互排斥，否則本文中描述之所有特徵可 與以上態樣之任何一者組合成任何組合。 【實施方式】 圖1展示一使用中之於一含有液體14之容器12中的先前 技術混合裝置10。該容器12具有一入口 16，氣體18經由該 入口 16喷射於液體14中。該混合裝置1〇包含一關於一縱向 軸線21可旋轉之垂直伸長軸2〇，一第一葉輪22及一第二葉 輪24呈間隔開之關係固定地安裝於該垂直伸長軸20上。該 第一葉輪22安裝於該第二葉輪24上方。第一葉輪22及第二 葉輪24均為45。傾斜之葉片渦輪。 在使用中’該等葉輪必須以相同速度旋轉。第一葉輪22 使知進氣氣泡26在軸向及徑向上流動。軸向分量之流動產 生動里’其連同浮力阻止第二葉輪24有效地操作。僅藉由 、兩葉輪22、葉輪24之速度來克服動量及浮力。此速度之 增加使得氣體1 8如圖！中所示，藉由線路Α完全分散於液體 14中。因為混合過程可不受控制，所以液體14在氣體18中 之不均勻分散不合需要。 圖2展示一根據本發明之混合裝置100。該混合裝置100 包3 一關於一縱向軸線121可旋轉之垂直伸長軸120，一第 iI8948.doc -18- 200810828 一葉輪122及一第二葉輪124呈間隔開之配置固定地安裝於 邊垂直伸長軸120上。該第一葉輪122及該第二葉輪124均 包含許多水翼葉片125。在使用中，葉輪122、葉輪〗24各 自包含四個固定地安裝於該軸12〇上之徑向延伸葉片125以 共同操作關於該軸之縱向軸線之旋轉。在葉輪〗22、葉輪 124之每一者.上之每一葉片125為經配置使得在另一葉輪方 向上軸向地推動周圍流體之水翼葉片。因此，第一葉輪或 下部葉輪122為一向上泵送葉輪且第二葉輪或上部葉輪124 為一向下泵送葉輪。儘管僅可在圖中見到兩個葉片125, 但熟練技術者應瞭解可在該等葉輪之每一者上使用任何數 目的葉片，例如3個、4個或甚至6個葉片。尤其，合適之 市售葉輪為彼等稱為MaxfloTM w、A315、A320或A340葉 輪之葉輪。
第一葉輪122安裝於軸120上使得葉片125之凹面面向向 山之方向。第二葉輪124沿軸12〇間隔且經安裝以使葉片 125之凹面面向向下之方向。第一葉輪122與第二葉輪⑶ 之間的距離大約為該等葉輪122、124之任一者之直徑。 圖3展示在一圓柱形容器之混合裝置〗〇〇。一氣 入口 116位於該容器112之底部壁no中，鄰近w 應瞭解容器112可具有任何合適之替代性組態，例如其 能為一料斗。混合裝置1〇〇懸置於容器ι]2中央。 I管在❸中僅展示_個混合裝置⑽’但應瞭解在腔〕 U2中一可使用任何數目的混合裝置刚。舉例而言，可將启 個、三個或四個混合裝置_安裝於腔室m中。 nms.doc -19- 200810828 穿二：：解可將任何數目的第一葉輪i22或第二葉輪⑵安 :」且與本發明之目標-致。舉例而言，在圖4中 展不配置2 0 〇，其中_ ;鱼虫梦 連串弟一葉輪222及一連串第二葉輪 224安裝於軸220上。在該軸22〇 222、224。車0上可-置任何數目的葉輪 -替他組態將包含—對安褒於軸上之葉輪。每一對將 包含-第-葉輪及—第：葉輪。在任何給定軸上，可能有 許多對葉輪’例如兩對、三對或四對。在該配置中，例如 氣體之流體可經由其基底或側壁’在該第一葉輪下方且朝 向該第一葉輪引導而引入腔室中。 第一或第二葉輪可藉由一單獨驅動構件驅動使得（例如） 第一葉輪之旋轉速度可不同於該其他葉輪之旋轉速度。 在所展示之任一實施例中，第一葉輪及第二葉輪之直徑 可不必相同。此外，兩個葉輪之間的最佳距離視容器之幾 何形狀及該等葉輪之直徑而定。 在使用中，如在所說明之羰化反應中，容器112、212充 滿流體114、214。氣體118、218隨後經由氣體入口116、 216導入容器112、212中。軸120、220藉由一適當驅動構 件（未圖示）旋轉，以便使得第一葉輪122、222及第二葉輪 124、224在液體114中關於軸120、220之縱向軸線121、 22 1旋轉。 該氣體118、218以大氣泡150、250形式進入容器112、 212中。第一葉輪122、222之旋轉使得該等大氣泡15〇、 250在軸向上移向葉片125、225。大氣泡150、250撞擊於 118948.doc -20- 200810828 葉片125、225上且在高擾動能量消散區域中破碎成許多小 氣泡152、252。小氣泡沿起初為軸向隨後為徑向之液體流 道而行。 第二葉輪124、224在向下方向上引起朝向第一葉輪 122、222之軸流。由於由該等葉輪產生之反向軸流道，因 此形成一中央區160、260或高擾動能量消散區。該中央區 160、2 60包含一具有高界面面積之相當均勻高擾動能量消 散區以允許液體114、214中之反應物與氣體118、218中之· 反應物之間的反應。此外，因為保持中央區〗6〇、26〇中之 擾動能量消散而無大量變化，所以產生小氣泡之窄尺寸分 佈。該窄尺寸分佈使得能夠預測且控制反應器效能。 混合裝置100、200尤其適於羰化製程。 表1給出用於在各種速度下且在4·2 mm/s ec下操作之雙反 向Maxflo葉輪系統之所得氣泡尺寸之一實例。使用一典型 影像擷取攝影機測定氣泡尺寸。 N(rpm) 750 991 1200 ~ 296 330 394 d32(pm)__ 450 510 ^00 录 1 ----~—-—i 能夠控制發生於兩種流體，尤其液體與氣體之間的反應 為一顯著優勢。能夠促進至少兩種流體之間的有效及高效 混合及界面質量轉移亦尤其有利。當應用於工業製程時， δ亥專優勢具有兩商業價值。 項者應注意與本申請案相關之與本說明書同時或在本說 118948.doc • 21 - 200810828 =申請且與本說明書一起願接受公眾檢驗 併入本文中。4文早及文件之内容係以引用的方式 在本說明書（包括任何隨 ^ 由4巨_ 遇屬甲明專利靶圍、摘要及圖武） 中揭不之所有特徵及/或因而法 右牛驄人 何方法或製程之所 有步驟可組合於任何組合中，1 /、中忒專特徵及/或步驟中 之至少一些相互排斥之組合除外。 除非另有明確說明，否則在太 ^ * 贪則在本说明書（包括任何隨附申 明專利範圍、摘要及圖式）中彳- ▲ 式）中揭7^之每一特徵可由用於相 同、專效或類似目的之替代性特徵替代。因此，除 月確°兒明，否則所揭示之每一特彳彳苔A 、$ 4 可狩镟僅為一連串通用等效 類似特徵之一實例。 飞 本發明不受限於先前實施例之詳述。本發明包括在本戈 明書（包括任何隨附申請專利範圍、摘要及圖式）中揭^ 特徵之任何新賴或任何新穎組合，或包括因而揭示之任何 方法或製程之步驟之任何新穎步驟或任何新穎組合。 【圖式簡單說明】 圖1為一先前技術混合裝置之示意性截面側視圖。 圖2為一根據本發明之混合裝置之示意性截面側視圖。 圖3為一使用中之根據本發明之混合裝置的示意性截 側視圖。 圖4為一使用中之根據本發明之混合裝置的另一示意性 截面侧視圖。 " 【主要元件符號說明】 118948.doc -22- 200810828 10 先鈾技術混合裝置/混合裝 12 容器 14 液體 16 入口 一 18 氣體 • 20 垂直伸長軸 21 縱向轴線 22 _ 第一葉輪/葉輪 24 第二葉輪/葉輪 26 進氣氣泡 100 混合裝置 112 圓柱形容器/容器/腔室 114 流體/液體 116 氣體入口 118 氣體 • 120 垂直伸長軸/軸 121 縱向軸線 122 第一徑向延伸葉輪/葉輪/第 ， 124 第二徑向延伸葉輪/葉輪/第 125 彎曲葉片/葉片/水翼葉片/禮 130 底部壁 132 基底 150 大氣泡 152 小氣泡 置 118948.doc -23- 200810828
160 中央區 212 容器 216 氣體入口 220 軸 222 第一葉輪/葉輪 224 第二葉輪葉輪 250 大氣泡 252 小氣泡 260 中央區 A 線路 118948.doc 24

Claims (1)

  1. 200810828 十、申請專利範園： 1 · 一種甩於混合至少兩種声辦+、θ A m之混合裝置，該混合裝置包 έ 一關於其縱向軸線可旋轉之產 Α 疋锝之軸、安裝於該軸上且分別 軸向間隔開之一第一徑向 ^ 、狎案輪及一第二徑向延伸葉 輪’該混合裝置之特徵在於兮笛 弟一葉輪包含複數個可操 作而使該等流體在一輛向上# u 口上向忒第二葉輪移動之彎曲葉 片’且該第二葉輪包含複數個 Α 後数個可刼作而使該等流體在一 軸向上向該第一葉輪移動之彎曲葉片。 2.如請求項1之混合裝置，1特 八特欲在於每一葉輪上之該等 案片係向内泵送至該等葉輪之間的空間中。 3·如請求項1或2之混合裝置，1輯竹+ | # ^ ^ ，、特欲在於該至少兩種流體 包含液體及氣體。 4·如如述請求項中任一項之混合 只匕D忒置，其特徵在於該第一 ’、輪及該第二葉輪各自包含兩個或兩個以上之彎曲葉 片。 、 5. =前述請求項中任—項之混合裝置，其特徵在於該第一 葉輪之直徑係與該第二葉輪之直徑相同。 6. ^述請求項中任—項之混合裝置，其特徵在^該第一 ::與該第二葉輪之間的軸向距離係相隔至少一個葉輪 7 ·如如述晴求項中任^一 3：g夕、、日人继里 於在+項？任項之扣合裝置，其特徵在於該等葉 ^ 大體上為1 ·75之功率值下操作。 8·=述請求項中任—項之混合裝置，其特徵在於當該第 某輪及該第二葉輪旋轉時’所使用之比功率係大體上 11894S.doc 200810828 介於100W/m3與800 W/m3之間。 9·如前述請求項中任一項之混合裝置’其特徵在於當使用 雙反向MaXfl0葉輪時，算術平均尺寸（d1G)大體上介於250 μπι與550 μιη之間且表面體積平均直徑（d32)大體上介於 400 μπι與 750 μιη之間。 ίο.如前述請求項中任一項之混合裝置，其特徵在於當使用 ΒΤ-6型葉輪時，該di(>係大體上介於25〇 ^瓜與15〇〇 之 間。 11·如請求項1〇之混合裝置，其特徵在於當在大體上765 rpm 下操作時，該d1G大體上為378 μπ1，且該屯2大體上為445 μιη 〇 12. Τ前述請求項中任一項之混合裝置，其特徵在於所喷射 氣體之速度係大體上介於0.05 m3/s與1.0 m3/s之間。 13 如請求項12之混合裝置，其特徵在於在一大體上為5〇 rpm至200 rpra之葉輪速度下，該所喷射氣體之速度大體 上為 〇· 13 m3/s 〇 14·如刖述請求項中任一項之混合裝置，其特徵在於在一具 有大體上介於2㈤與5 m之間的直徑之容器中之一臨界分 散速度係大體上介於lOrpm與2〇rpm之間。 1 5·種化學反應系統，其包含一液相及一用於將一流體混 合於該液相中之根據本發明之第一態樣的混合裝置。 16·如明求項15之化學反應系統，其特徵在於該液相包含至 少一種用於與經引入該液相中之氣體反應之液相反應 ^及至少一種液相反庳產物。 118948.doc 200810828 1 7 ·如請求項15或16之化學反應系統，其特徵在於該液相包 含一催化劑系統。 18. 如請求項15至17中任一項之化學反應系統，其特徵在於 該反應系統為一魏化製程，其包含在一經基源及一催化 劑系統存在下，用一氧化碳羰化稀系不飽和化合物，其 中δ亥催化劑糸統包含（a)雙牙膦、胂或錄化氫配位體，及 (b)選自弟8、9或10族金屬或其化合物之催化金屬。 19. 一種大體上如上文參看附圖之任何一者所描述之混合裝 置。
    118948.doc
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