本發明大體上涉及一種適合用于組合兩種或多于兩種流體的靜態混合器。
背景技術：
：通常需要將第一流體與第二流體混合。在多個過程中，第一流體和第二流體將被單獨輸送到T形接頭，其中兩種流體隨后將共同穿過串聯靜態混合器。一些已知的靜態混合器包含一系列間隔開的板，所述板具有穿過每個板形成的孔口。在第一流體和第二流體穿過板時，流體互混。穿過每個板形成的孔口的形狀確定混合的程度以及跨越混合器的壓降。通常使用變異系數(COV)描述混合程度。COV被定義為在截面內、在界定體積內或在某一點平均的時間測量到的濃度除以平均濃度的標準差。零COV值對應于完全混合的系統。0.05的COV被視為具有“良好”混合。0.02的COV被視為具有“極好”混合。壓降被測量為跨越界定靜態混合器的不同板的壓力下降。對于一些系統，第一流體和第二流體具有特性，使得靜態混合器必須由防腐材料形成。此類材料通常更昂貴。需要一種改進的串聯靜態混合器，所述靜態混合器通過低壓降和最小數目的板提供良好或極好混合。技術實現要素：現提供一種用于將第一流體與第二流體混合的改進靜態混合器。所述靜態混合器包含一系列板，所述板具有第一流體和第二流體穿過的孔口。在第一流體和第二流體穿過靜態混合器時，流體混合。在一個方面中，提供一種靜態混合器，所述靜態混合器包括：主體，其界定腔室，所述腔室具有縱軸以及垂直于所述縱軸的第一軸，所述腔室具有用于混合第一流體和第二流體的流徑；第一板，其位于腔室中并且具有穿過所述第一板形成的細長孔口，所述細長孔口具有長度和寬度；第二板，其位于腔室中并且沿著所述縱軸與所述第一板間隔開，所述第二板具有穿過所述第二板形成的第一孔口和第二孔口，其中所述第一孔口相對于所述第一軸偏移角度α，并且其中所述第二孔口相對于所述第一軸偏移角度α′。在另一方面中，提供一種靜態混合器，所述靜態混合器包括：主體，其界定腔室，所述腔室具有縱軸，所述腔室具有用于混合第一流體和第二流體的流徑；第一板，其位于所述腔室中以及穿過所述第一板形成的孔口；第二板，其位于所述腔室中并且沿著所述縱軸與所述第一板間隔開，所述第二板具有穿過所述第二板形成的孔口，所述第二板的孔口相對于所述第一板的孔口偏移，其中如沿著縱軸查看到，第一板的孔口到第二板的投影基本上不與第二板的孔口相交。附圖說明圖1是位于T形接頭下游的靜態混合器的透視圖；圖2是圖1的靜態混合器的近距透視圖；圖3是靜態混合器的第一板的端視圖；圖4是靜態混合器的第二板的端視圖；圖5是靜態混合器的第三板的端視圖；圖6是靜態混合器的第四板的端視圖；圖7是靜態混合器的第一至第四板的端視圖；圖8是說明穿過靜態混合器的流體路徑的靜態混合器的透視圖；圖9是包含具有半月形孔口的四個板的靜態混合器的透視圖；圖10是包含具有扇形孔口的四個板的靜態混合器的透視圖；圖11是包含具有H&I形孔口的四個板的靜態混合器的透視圖；圖12是包含具有舌片形孔口的四個板的靜態混合器的透視圖；以及圖13是包含具有圖12的舌片成孔口的四個板的額外配置的靜態混合器的透視圖。具體實施方式如上所述，本發明描述一種用于混合至少第一流體和第二流體的靜態混合器10。靜態混合器10包含界定腔室14的主體12，如圖1和2中所示。靜態混合器10可以與T形接頭組合使用，如圖8中所示。T形接頭包含第一入口48、第二入口50和出口52。優選地，第一入口48和第二入口50平行于入口軸54。靜態混合器10位于T形接頭的出口52的下游。第一流體穿過第一入口48，而第二流體穿過第二入口50。第一流體和第二流體穿過出口52并且進入靜態混合器10。在一個方面中，靜態混合器10的主體12包括導管區段，其中導管的壁界定腔室14。腔室14是主體內的流體可穿過的空間。腔室14包含縱軸16，所述軸16沿著腔室的長度定向。腔室界定流體路徑，至少第一流體和第二流體共同穿過所述流體路徑混合。如本文中更詳細地描述，一個或多個混合板位于腔室中，其中每個板包含一個或多個孔口，所述孔口還界定流體路徑的一部分。優選地，縱軸16垂直于入口軸54定向。如上所述，靜態混合器10包含第一板18，如圖3中所示。第一板18位于流體路徑中的腔室14內。第一板18包含穿過所述第一板形成的細長孔口20。細長孔口20界定充當流體路徑的一部分的開口。在一個實例中，細長孔口20一般是具有長度和寬度的矩形。細長孔口20的長度一般可以平行于第一軸22定向。第一軸22優選地垂直于縱軸16。第一軸22優選地垂直于入口軸54。優選地，第一軸22、縱軸16和入口軸54中的每一個相互正交，其中每個軸垂直于另兩個軸。細長孔口20的寬度一般可以平行于第二軸56定向。優選地，細長孔口20在第一板上18居中。在一個實例中，細長孔口20在第一板18的區域的10％至30％的范圍內。在另一實例中，細長孔口20在第一板18的區域的15％至25％的范圍內。優選地，細長孔口20是第一板18的區域的20％。在一個實例中，細長孔口20從第一板18的中心偏移。在一個實例中，細長孔口20是具有尖角的矩形。在另一實例中，細長孔口20具有圓角。優選地，細長孔口20是長度比寬度長的形狀。細長孔口20被說明為矩形，但是應理解，長度比寬度長的其它形狀也是合適的，例如卵形。在一個實例中，細長孔口20是第一板18中的唯一開口。在另一實例中，第一板18包含除細長孔口20之外的至少一個孔口。在不限于理論的情況下，預期細長孔口20使第一流體和第二流體緊密接觸且促進混合。在長尺寸(長度)細長孔口20垂直于第一入口48和第二入口50兩者定向的情況下，在流穿過細長孔口20的窄寬度時使兩種流緊密接觸。第二板24位于流體路徑中的腔室14內。第二板24沿著縱軸16與第一板18間隔開。如本文所使用的術語“沿著……間隔開”是指給定板沿著縱軸16相對于參考板偏移，例如參考圖1，板24、32和40中的每一個沿著縱軸16相對于第一板18間隔開。在一個實例中，第二板24在下游與第一板18間隔開。第二板24包含穿過所述第二板形成的第一孔口26。第一孔口26界定流體路徑的一部分。在一個實例中，第一孔口26一般是圓形。穿過第二板24的中心并且穿過第一孔口26的中心的線30相對于第一軸22偏移角度α。如本文所使用的“偏移角度”是指給定孔口相對于參考軸在給定板上的位置。在一個實例中，角度α在10°至90°的范圍內。優選地，角度α在40°至60°的范圍內。在一個實例中，第一孔口26與第二板24的中心徑向向外間隔開。在一個實例中，第一孔口26相對于第一板18的細長孔口20偏移，如圖7中所示。如本文所使用，當沿著縱軸16查看時給定板的孔口“相對于另一板的孔口偏移”，給定板的孔口到另一板上的投影不與另一板的孔口相交。在一個實例中，“相對于……偏移”是指給定板的孔口的投影部分都不與另一板的孔口相交。在另一實例中，“相對于……偏移”是指給定板的孔口的投影基本上不與另一板的孔口相交。在一個實例中，“基本上相交”是指給定孔口相交50％或更小。在另一實例中，“基本上相交”是指給定孔口相交小于30％。在又另一實例中，“基本上相交”是指給定孔口相交小于10％。在一個實例中，第一孔口26在第二板24的區域的3％至30％的范圍內。在一個實例中，第一孔口26在第二板24的區域的5％至15％的范圍內。在一個實例中，第一孔口26是第二板24的區域的10％。在一個實例中，第二板24包含穿過所述第二板形成的第二孔口28。第二孔口28界定流體路徑的一部分。在一個實例中，第二孔口28一般是圓形。穿過第二板24的中心并且穿過第二孔口28的中心的線30′相對于第一軸22偏移角度α′。在一個實例中，角度α′在10°至90°的范圍內。優選地，角度α′在40°至60°的范圍內。在一個實例中，第二孔口28與第二板24的中心徑向向外間隔開。在一個實例中，線30和線30′兩者覆蓋在第二板24的共同直徑上，使得角度α等于角度α′。在另一實例中，第一孔口26和第二孔口28未沿著第二板24的共同直徑對準并且角度α不同于角度α′。在一個實例中，第二孔口28相對于第一板18的細長孔口20偏移，如圖7中所說明。在一個實例中，第二孔口28在第二板24的區域的3％至30％的范圍內。在一個實例中，第二孔口28在第二板24的區域的5％至15％的范圍內。在一個實例中，第二孔口28是第二板24的區域的10％。在一個實例中，第二板24的第一孔口26和第二板24的第二孔口28的組合區域在第二板24的區域的10％至30％的范圍內。在一個實例中，第一孔口26和第二孔口28的組合區域在第二板24的區域的15％至25％的范圍內。在一個實例中，第一孔口26和第二孔口28的組合區域是第二板24的區域的20％。第三板32位于流體路徑中的腔室14內。第三板32沿著縱軸16與第二板24間隔開。在一個實例中，第三板32在下游與第二板24間隔開。第三板32包含穿過所述第三板形成的第一孔口34。第一孔口34界定流體路徑的一部分。在一個實例中，第一孔口34一般是圓形。穿過第三板32的中心并且穿過第一孔口34的中心的線36相對于第一軸22偏移角度β。在一個實例中，角度β在20°至180°的范圍內。在一個實例中，角度β在80°至180°的范圍內。在一個實例中，第一孔口34與第三板32的中心徑向向外間隔開。在一個實例中，第一孔口34相對于第二板24的第一孔口26和第二孔口28偏移，如圖7中所說明。在一個實例中，第一孔口34在第三板32的區域的3％至30％的范圍內。在一個實例中，第一孔口34在第三板32的區域的5％至15％的范圍內。在一個實例中，第一孔口34是第三板32的區域的10％。在一個實例中，第三板32包含穿過所述第三板形成的第二孔口38。第二孔口38界定流體路徑的一部分。在一個實例中，第二孔口38一般是圓形。穿過第三板32的中心并且穿過第二孔口38的中心的線36′相對于第一軸22偏移角度β′。在一個實例中，角度β′在20°至180°的范圍內。在一個實例中，角度β′在80°至180°的范圍內。在一個實例中，第二孔口38與第三板32的中心徑向向外間隔開。在一個實例中，線36和線36′兩者覆蓋在第三板32的共同直徑上，使得角度β等于角度β′。在另一實例中，第一孔口34和第二孔口38未沿著第三板32的共同直徑對準，并且角度β不同于角度β′。在一個實例中，第二孔口38相對于第二板24的第一孔口26和第二孔口28偏移，如圖7中所說明。在一個實例中，第二孔口38在第三板32的區域的3％至30％的范圍內。在一個實例中，第二孔口38在第三板32的區域的5％至15％的范圍內。在一個實例中，第二孔口38是第三板32的區域的10％。在一個實例中，第三板32的第一孔口34和第三板的第二孔口38的組合區域在第三板32的區域的10％至30％的范圍內。在一個實例中，第一孔口34和第二孔口38的組合區域在第三板32的區域的15％至25％的范圍內。在一個實例中，第一孔口34和第二孔口38的組合區域是第三板32的區域的20％。第四板40位于流體路徑中的腔室14內。第四板40沿著縱軸16與第三板32間隔開。在一個實例中，第四板40在下游與第三板32間隔開。第四板40包含穿過所述第四板形成的第一孔口42。第一孔口42界定流體路徑的一部分。在一個實例中，第一孔口42一般是圓形。穿過第四板40的中心并且穿過第一孔口42的中心的線44相對于第一軸22偏移角度γ。在一個實例中，角度γ在30°至270°的范圍內。在一個實例中，角度γ在120°至180°的范圍內。在一個實例中，第一孔口42與第四板40的中心徑向向外間隔開。在一個實例中，第一孔口42相對于第三板32的第一孔口34和第二孔口38偏移，如圖7中說明。在一個實例中，第一孔口42在第四板40的區域的3％至30％的范圍內。在一個實例中，第一孔口42在第四板40的區域的5％至15％的范圍內。在一個實例中，第一孔口42是第四板40的區域的10％。在一個實例中，第四板40包含穿過所述第四板形成的第二孔口46。第二孔口46界定流體路徑的一部分。在一個實例中，第二孔口46一般是圓形。穿過第四板40的中心并且穿過第二孔口46的中心的線44′相對于第一軸22偏移角度γ′。在一個實例中，角度γ在30°至270°的范圍內。在一個實例中，角度γ在120°至180°的范圍內。在一個實例中，第二孔口46與第四板40的中心徑向向外間隔開。在一個實例中，線44和線44′兩者覆蓋在第四板40的共同直徑上，使得角度γ等于角度γ′。在另一實例中，第一孔口42和第二孔口46未沿著第四板40的共同直徑對準，并且角度γ不同于角度γ′。在一個實例中，第一孔口46相對于第三板32的第一孔口34和第二孔口38偏移，如圖7中說明。在一個實例中，第二孔口46在第四板40的區域的3％至30％的范圍內。在一個實例中，第二孔口46在第四板40的區域的5％至15％的范圍內。在一個實例中，第二孔口46是第四板40的區域的10％。在一個實例中，第四板40的第一孔口42和第四板40的第二孔口46的組合區域在第四板40的區域的10％至30％的范圍內。在一個實例中，第一孔口42和第二孔口46的組合區域在第四板40的區域的15％至25％的范圍內。在一個實例中，第一孔口42和第二孔口46的組合區域是第四板40的區域的20％。在一個實例中，靜態混合器10僅包含第一板18和第二板24。在一個實例中，靜態混合器包含三個或多于三個板。在一個實例中，靜態混合器10包含四個或多于四個板。包含在靜態混合器10中的板統稱為混合板。在一個實例中，流體路徑由第一螺旋狀流體路徑和第二螺旋狀流體路徑界定。在圖8中提供第一和第二螺旋狀流體路徑的一個代表性實施例。應理解，流體將在每個板之間互混并且大量流體不太可能穿過靜態混合器10的長度遵循第一螺旋狀流體路徑或第二螺旋狀流體路徑。出于此原因，圖8中所示的流體路徑不表示未混合的進入流，但替代地說明穿過混合板的兩個可能的螺旋狀路徑。兩個螺旋狀路徑被示為在離開靜態混合器10時匯聚成單個路徑。在不限于理論的情況下，預期第一和第二螺旋狀路徑有助于說明本發明的系統如何在最小化壓降的同時實現良好COV。預期在流體移動穿過混合板時，將促進流體進入一對螺旋狀流徑中，所述螺旋狀流徑將在最小化壓降的同時促進混合。預期確保連續板的孔口相對于彼此偏移會促進這些螺旋狀路徑。預期具有在本文中指定的范圍中的α、β和γ會促進這些螺旋狀路徑。在一些實例中，孔口未成形為矩形或圓形。圖9至13提供孔口形狀的變化的實例。在這些圖中的每一個圖中，靜態混合器10被示為具有帶有不同形狀的孔口的混合板。圖9示出具有半月形孔口的板。半月形孔口成形為一段圓。在一個實例中，半月形孔口成形為由圓的弦界定的一段圓。在一個實例中，半月形孔口的位置在每個連續板上旋轉以促進穿過靜態混合器10的螺旋狀流徑。在一個實例中，半月形孔口的位置在每個連續板上旋轉45°至135°。在另一實例中，半月形孔口的位置在每個連續板上旋轉90°，如圖9中所說明。圖10示出具有扇形孔口的板。扇形孔口是楔形的，例如，四分之一圓。在一個實例中，扇形孔口的位置在每個連續板上旋轉以促進穿過靜態混合器10的螺旋狀流徑。在一個實例中，扇形孔口的位置在每個連續板上旋轉45°至135°。在另一實例中，扇形孔口的位置在每個連續板上旋轉90°，如圖10中所說明。圖11示出具有H&I形孔口的板。H&I形孔口是半月形孔口的變型，包含朝向板的中心延伸的部件。在一個實例中，H&I形孔口的位置在每個連續板上旋轉以促進穿過靜態混合器10的一對螺旋狀流徑。在一個實例中，H&I形孔口的位置在每個連續板上旋轉45°至135°。在另一實例中，H&I形孔口的位置在每個連續板上旋轉90°，如圖11中所說明。圖12和13示出具有舌片形孔口的板。在一個實例中，舌片形孔口在板的中心處彼此連接。在另一實例中，舌片形孔口在板的中心處未彼此連接。在一個實例中，舌片形孔口的位置在每個連續板上旋轉以促進穿過靜態混合器10的多個螺旋狀流徑。在另一實例中，第一板和第三板包含在板的中心處彼此連接的舌片形孔口，并且第二板和第四板包含在板的中心處未彼此連接的舌片形孔口，如圖12中所說明。在另一實例中，第一板和第三板包含在板的中心處未彼此連接的舌片形孔口，并且第二板和第四板包含在板的中心處彼此連接的舌片形孔口，如圖13中所說明。在圖9至11中所示的實施例中的每一個實施例中，給定板上的孔口的組合區域在所述板的區域的10％至30％的范圍內。在一個實例中，給定板上的孔口的組合區域在所述板的區域的15％至25％的范圍內。在一個實例中，給定板上的孔口的組合區域是所述板的區域的20％。在圖10至13中所示的若干變型中，如連續地看到，連續板的定向將優選地使得給定板的孔口不與相鄰板的孔口相交。預期一個或多個混合板可以在本文中所示出和描述的若干變型之中混合和匹配。如本文所使用的“連續板”是指在流路中的給定板之前的板或在所述給定板之后的板。在一個實例中，給定板上的每個孔口相對于連續板上的每個孔口偏移。在一個實例中，連續板上的孔口偏移促使流體路徑具有螺旋狀的流形狀。在一個實例中，靜態混合器10用于混合具有類似特征的兩個流。優選地，兩個流是可混溶單相的并且具有一般相同的質量流率。在一個實例中，所述流中的一個流具有高于另一個流的密度。例如，當靜態混合器10與反應器容器組合使用時，一個流可以是與另一個流相比具有高密度和粘度的重流體，所述另一個流可以具有低密度和粘度的輕流體。在不限于理論的情況下，預期本文中描述的靜態混合器10致使重流體和輕流體彼此沖擊且隨后以螺旋狀方式混合，并且本發明的靜態混合器10的幾何形狀改進混合且消除混合流體的分層。在一個實例中，提供一種設備，所述設備包括如本文中所描述的與T形接頭組合使用的靜態混合器，所述T形接頭具有第一入口、第二入口和出口，其中靜態混合器位于出口的下游，第一入口和第二入口均相對于第一軸垂直定向。通過以下實例說明上文的描述。這些實例是說明性的且不應理解為限制本發明的范圍。實例計算設計包含板的靜態混合器10以及圖8中所示的T形接頭在DassaultSystèmesSolidWorksCorp生產的SolidWorks軟件中模型化。T形接頭模型化為具有內徑為19.67cm的第一入口48以及內徑為19.67cm的第二入口50。靜態混合器10的主體12被模型化為具有19.67cm內徑。如沿著縱軸16測量到，從第一入口48和第二入口50的中心到靜態混合器10的末端的長度距離為40.64cm。靜態混合器10被模型化為具有與內徑為9.72cm的出口管流體連通的出口。混合板各自間隔開7.62cm。將模型傳送到Ansys公司產生的AnsysWorkbench14.5軟件以將SolidWorks模型轉換成多邊形網格。導管部分使用六角基本元件網格化。T型接頭和混合板與四面體基本元件嚙合。使用標準k-ε模型在使用Ansys公司生產的AnsysFluent14.5軟件的這些網格化元件上進行混合模擬。兩種進入流體被模型化為單相流的兩個可混溶組分，并且組分運輸模型用于評估混合性能。靜態混合器10被模型化為混合第一流體，即“重流體”和第二流體，即“輕流體”。表1中概述第一流體和第二流體的特征。表1中還概述混合流體的特征。表1重流體輕流體混合流體單位質量流率340192875862777kg/hr密度1441949.11216kg/m3粘度25.01.314.1mPa*s體積流量23.630.351.6m3/hr速度0.220.291.93m/s雷諾數24854039716154速位差0.240.4319.1cm實驗結果表2提供與使用計算設計的一系列實驗有關的數據。槽寬是指第一板18的細長開口20的寬度。在每一種情況下，細長開口20的長度設定為16.51cm。槽角度是指細長開口20相比于第一軸22的角定向。第一軸22垂直于入口軸54。α是指線30相對于第一軸22的旋轉度數(除非另外指明，否則實驗設計假設α和α′相等且30上覆于30′)。β是指線36相對于第一軸22的旋轉度數(除非另外指明，否則實驗設計假設β和β′相等且36上覆于36′)。γ是指線44相對于第一軸22的旋轉度數(除非另外指明，否則實驗設計假設γ和γ′相等且44上覆于44′)。COV是指基于針對若干變量列出的指計算出的COV。在與入口軸54間隔開41.91cm的截面處測量COV，使得在出口管中測量到COV，所述入口軸是穿過第一入口48和第二入口50的中心線。dp是指以千帕(kPa)為單位測量到的壓降。在相同截面處將dp測量為COV。使用計算設計來計算COV和dp。“-”的值是指在所述情況下給定板不包含在實驗設計中。例如，在情況2下，執行僅具有板1和2的模型(排除板3和4)。表2還使用為表1中列出的值的75％和125％的流速執行情況1。在每種情況下，COV是0.004。對于75％情況，壓降是15.2kPa。對于125％情況，壓降是47.6kPa。表3提供與板具有除了細長槽或圓形之外的形狀的孔口的情況有關的數據。情況21提供板不包含在混合器中的實例。表3當前第1頁1 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