本发明大体上涉及一种适合用于组合两种或多于两种流体的静态混合器。
背景技术：
：通常需要将第一流体与第二流体混合。在多个过程中，第一流体和第二流体将被单独输送到T形接头，其中两种流体随后将共同穿过串联静态混合器。一些已知的静态混合器包含一系列间隔开的板，所述板具有穿过每个板形成的孔口。在第一流体和第二流体穿过板时，流体互混。穿过每个板形成的孔口的形状确定混合的程度以及跨越混合器的压降。通常使用变异系数(COV)描述混合程度。COV被定义为在截面内、在界定体积内或在某一点平均的时间测量到的浓度除以平均浓度的标准差。零COV值对应于完全混合的系统。0.05的COV被视为具有“良好”混合。0.02的COV被视为具有“极好”混合。压降被测量为跨越界定静态混合器的不同板的压力下降。对于一些系统，第一流体和第二流体具有特性，使得静态混合器必须由防腐材料形成。此类材料通常更昂贵。需要一种改进的串联静态混合器，所述静态混合器通过低压降和最小数目的板提供良好或极好混合。技术实现要素：现提供一种用于将第一流体与第二流体混合的改进静态混合器。所述静态混合器包含一系列板，所述板具有第一流体和第二流体穿过的孔口。在第一流体和第二流体穿过静态混合器时，流体混合。在一个方面中，提供一种静态混合器，所述静态混合器包括：主体，其界定腔室，所述腔室具有纵轴以及垂直于所述纵轴的第一轴，所述腔室具有用于混合第一流体和第二流体的流径；第一板，其位于腔室中并且具有穿过所述第一板形成的细长孔口，所述细长孔口具有长度和宽度；第二板，其位于腔室中并且沿着所述纵轴与所述第一板间隔开，所述第二板具有穿过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对于所述第一轴偏移角度α，并且其中所述第二孔口相对于所述第一轴偏移角度α′。在另一方面中，提供一种静态混合器，所述静态混合器包括：主体，其界定腔室，所述腔室具有纵轴，所述腔室具有用于混合第一流体和第二流体的流径；第一板，其位于所述腔室中以及穿过所述第一板形成的孔口；第二板，其位于所述腔室中并且沿着所述纵轴与所述第一板间隔开，所述第二板具有穿过所述第二板形成的孔口，所述第二板的孔口相对于所述第一板的孔口偏移，其中如沿着纵轴查看到，第一板的孔口到第二板的投影基本上不与第二板的孔口相交。附图说明图1是位于T形接头下游的静态混合器的透视图；图2是图1的静态混合器的近距透视图；图3是静态混合器的第一板的端视图；图4是静态混合器的第二板的端视图；图5是静态混合器的第三板的端视图；图6是静态混合器的第四板的端视图；图7是静态混合器的第一至第四板的端视图；图8是说明穿过静态混合器的流体路径的静态混合器的透视图；图9是包含具有半月形孔口的四个板的静态混合器的透视图；图10是包含具有扇形孔口的四个板的静态混合器的透视图；图11是包含具有H&I形孔口的四个板的静态混合器的透视图；图12是包含具有舌片形孔口的四个板的静态混合器的透视图；以及图13是包含具有图12的舌片成孔口的四个板的额外配置的静态混合器的透视图。具体实施方式如上所述，本发明描述一种用于混合至少第一流体和第二流体的静态混合器10。静态混合器10包含界定腔室14的主体12，如图1和2中所示。静态混合器10可以与T形接头组合使用，如图8中所示。T形接头包含第一入口48、第二入口50和出口52。优选地，第一入口48和第二入口50平行于入口轴54。静态混合器10位于T形接头的出口52的下游。第一流体穿过第一入口48，而第二流体穿过第二入口50。第一流体和第二流体穿过出口52并且进入静态混合器10。在一个方面中，静态混合器10的主体12包括导管区段，其中导管的壁界定腔室14。腔室14是主体内的流体可穿过的空间。腔室14包含纵轴16，所述轴16沿着腔室的长度定向。腔室界定流体路径，至少第一流体和第二流体共同穿过所述流体路径混合。如本文中更详细地描述，一个或多个混合板位于腔室中，其中每个板包含一个或多个孔口，所述孔口还界定流体路径的一部分。优选地，纵轴16垂直于入口轴54定向。如上所述，静态混合器10包含第一板18，如图3中所示。第一板18位于流体路径中的腔室14内。第一板18包含穿过所述第一板形成的细长孔口20。细长孔口20界定充当流体路径的一部分的开口。在一个实例中，细长孔口20一般是具有长度和宽度的矩形。细长孔口20的长度一般可以平行于第一轴22定向。第一轴22优选地垂直于纵轴16。第一轴22优选地垂直于入口轴54。优选地，第一轴22、纵轴16和入口轴54中的每一个相互正交，其中每个轴垂直于另两个轴。细长孔口20的宽度一般可以平行于第二轴56定向。优选地，细长孔口20在第一板上18居中。在一个实例中，细长孔口20在第一板18的区域的10％至30％的范围内。在另一实例中，细长孔口20在第一板18的区域的15％至25％的范围内。优选地，细长孔口20是第一板18的区域的20％。在一个实例中，细长孔口20从第一板18的中心偏移。在一个实例中，细长孔口20是具有尖角的矩形。在另一实例中，细长孔口20具有圆角。优选地，细长孔口20是长度比宽度长的形状。细长孔口20被说明为矩形，但是应理解，长度比宽度长的其它形状也是合适的，例如卵形。在一个实例中，细长孔口20是第一板18中的唯一开口。在另一实例中，第一板18包含除细长孔口20之外的至少一个孔口。在不限于理论的情况下，预期细长孔口20使第一流体和第二流体紧密接触且促进混合。在长尺寸(长度)细长孔口20垂直于第一入口48和第二入口50两者定向的情况下，在流穿过细长孔口20的窄宽度时使两种流紧密接触。第二板24位于流体路径中的腔室14内。第二板24沿着纵轴16与第一板18间隔开。如本文所使用的术语“沿着……间隔开”是指给定板沿着纵轴16相对于参考板偏移，例如参考图1，板24、32和40中的每一个沿着纵轴16相对于第一板18间隔开。在一个实例中，第二板24在下游与第一板18间隔开。第二板24包含穿过所述第二板形成的第一孔口26。第一孔口26界定流体路径的一部分。在一个实例中，第一孔口26一般是圆形。穿过第二板24的中心并且穿过第一孔口26的中心的线30相对于第一轴22偏移角度α。如本文所使用的“偏移角度”是指给定孔口相对于参考轴在给定板上的位置。在一个实例中，角度α在10°至90°的范围内。优选地，角度α在40°至60°的范围内。在一个实例中，第一孔口26与第二板24的中心径向向外间隔开。在一个实例中，第一孔口26相对于第一板18的细长孔口20偏移，如图7中所示。如本文所使用，当沿着纵轴16查看时给定板的孔口“相对于另一板的孔口偏移”，给定板的孔口到另一板上的投影不与另一板的孔口相交。在一个实例中，“相对于……偏移”是指给定板的孔口的投影部分都不与另一板的孔口相交。在另一实例中，“相对于……偏移”是指给定板的孔口的投影基本上不与另一板的孔口相交。在一个实例中，“基本上相交”是指给定孔口相交50％或更小。在另一实例中，“基本上相交”是指给定孔口相交小于30％。在又另一实例中，“基本上相交”是指给定孔口相交小于10％。在一个实例中，第一孔口26在第二板24的区域的3％至30％的范围内。在一个实例中，第一孔口26在第二板24的区域的5％至15％的范围内。在一个实例中，第一孔口26是第二板24的区域的10％。在一个实例中，第二板24包含穿过所述第二板形成的第二孔口28。第二孔口28界定流体路径的一部分。在一个实例中，第二孔口28一般是圆形。穿过第二板24的中心并且穿过第二孔口28的中心的线30′相对于第一轴22偏移角度α′。在一个实例中，角度α′在10°至90°的范围内。优选地，角度α′在40°至60°的范围内。在一个实例中，第二孔口28与第二板24的中心径向向外间隔开。在一个实例中，线30和线30′两者覆盖在第二板24的共同直径上，使得角度α等于角度α′。在另一实例中，第一孔口26和第二孔口28未沿着第二板24的共同直径对准并且角度α不同于角度α′。在一个实例中，第二孔口28相对于第一板18的细长孔口20偏移，如图7中所说明。在一个实例中，第二孔口28在第二板24的区域的3％至30％的范围内。在一个实例中，第二孔口28在第二板24的区域的5％至15％的范围内。在一个实例中，第二孔口28是第二板24的区域的10％。在一个实例中，第二板24的第一孔口26和第二板24的第二孔口28的组合区域在第二板24的区域的10％至30％的范围内。在一个实例中，第一孔口26和第二孔口28的组合区域在第二板24的区域的15％至25％的范围内。在一个实例中，第一孔口26和第二孔口28的组合区域是第二板24的区域的20％。第三板32位于流体路径中的腔室14内。第三板32沿着纵轴16与第二板24间隔开。在一个实例中，第三板32在下游与第二板24间隔开。第三板32包含穿过所述第三板形成的第一孔口34。第一孔口34界定流体路径的一部分。在一个实例中，第一孔口34一般是圆形。穿过第三板32的中心并且穿过第一孔口34的中心的线36相对于第一轴22偏移角度β。在一个实例中，角度β在20°至180°的范围内。在一个实例中，角度β在80°至180°的范围内。在一个实例中，第一孔口34与第三板32的中心径向向外间隔开。在一个实例中，第一孔口34相对于第二板24的第一孔口26和第二孔口28偏移，如图7中所说明。在一个实例中，第一孔口34在第三板32的区域的3％至30％的范围内。在一个实例中，第一孔口34在第三板32的区域的5％至15％的范围内。在一个实例中，第一孔口34是第三板32的区域的10％。在一个实例中，第三板32包含穿过所述第三板形成的第二孔口38。第二孔口38界定流体路径的一部分。在一个实例中，第二孔口38一般是圆形。穿过第三板32的中心并且穿过第二孔口38的中心的线36′相对于第一轴22偏移角度β′。在一个实例中，角度β′在20°至180°的范围内。在一个实例中，角度β′在80°至180°的范围内。在一个实例中，第二孔口38与第三板32的中心径向向外间隔开。在一个实例中，线36和线36′两者覆盖在第三板32的共同直径上，使得角度β等于角度β′。在另一实例中，第一孔口34和第二孔口38未沿着第三板32的共同直径对准，并且角度β不同于角度β′。在一个实例中，第二孔口38相对于第二板24的第一孔口26和第二孔口28偏移，如图7中所说明。在一个实例中，第二孔口38在第三板32的区域的3％至30％的范围内。在一个实例中，第二孔口38在第三板32的区域的5％至15％的范围内。在一个实例中，第二孔口38是第三板32的区域的10％。在一个实例中，第三板32的第一孔口34和第三板的第二孔口38的组合区域在第三板32的区域的10％至30％的范围内。在一个实例中，第一孔口34和第二孔口38的组合区域在第三板32的区域的15％至25％的范围内。在一个实例中，第一孔口34和第二孔口38的组合区域是第三板32的区域的20％。第四板40位于流体路径中的腔室14内。第四板40沿着纵轴16与第三板32间隔开。在一个实例中，第四板40在下游与第三板32间隔开。第四板40包含穿过所述第四板形成的第一孔口42。第一孔口42界定流体路径的一部分。在一个实例中，第一孔口42一般是圆形。穿过第四板40的中心并且穿过第一孔口42的中心的线44相对于第一轴22偏移角度γ。在一个实例中，角度γ在30°至270°的范围内。在一个实例中，角度γ在120°至180°的范围内。在一个实例中，第一孔口42与第四板40的中心径向向外间隔开。在一个实例中，第一孔口42相对于第三板32的第一孔口34和第二孔口38偏移，如图7中说明。在一个实例中，第一孔口42在第四板40的区域的3％至30％的范围内。在一个实例中，第一孔口42在第四板40的区域的5％至15％的范围内。在一个实例中，第一孔口42是第四板40的区域的10％。在一个实例中，第四板40包含穿过所述第四板形成的第二孔口46。第二孔口46界定流体路径的一部分。在一个实例中，第二孔口46一般是圆形。穿过第四板40的中心并且穿过第二孔口46的中心的线44′相对于第一轴22偏移角度γ′。在一个实例中，角度γ在30°至270°的范围内。在一个实例中，角度γ在120°至180°的范围内。在一个实例中，第二孔口46与第四板40的中心径向向外间隔开。在一个实例中，线44和线44′两者覆盖在第四板40的共同直径上，使得角度γ等于角度γ′。在另一实例中，第一孔口42和第二孔口46未沿着第四板40的共同直径对准，并且角度γ不同于角度γ′。在一个实例中，第一孔口46相对于第三板32的第一孔口34和第二孔口38偏移，如图7中说明。在一个实例中，第二孔口46在第四板40的区域的3％至30％的范围内。在一个实例中，第二孔口46在第四板40的区域的5％至15％的范围内。在一个实例中，第二孔口46是第四板40的区域的10％。在一个实例中，第四板40的第一孔口42和第四板40的第二孔口46的组合区域在第四板40的区域的10％至30％的范围内。在一个实例中，第一孔口42和第二孔口46的组合区域在第四板40的区域的15％至25％的范围内。在一个实例中，第一孔口42和第二孔口46的组合区域是第四板40的区域的20％。在一个实例中，静态混合器10仅包含第一板18和第二板24。在一个实例中，静态混合器包含三个或多于三个板。在一个实例中，静态混合器10包含四个或多于四个板。包含在静态混合器10中的板统称为混合板。在一个实例中，流体路径由第一螺旋状流体路径和第二螺旋状流体路径界定。在图8中提供第一和第二螺旋状流体路径的一个代表性实施例。应理解，流体将在每个板之间互混并且大量流体不太可能穿过静态混合器10的长度遵循第一螺旋状流体路径或第二螺旋状流体路径。出于此原因，图8中所示的流体路径不表示未混合的进入流，但替代地说明穿过混合板的两个可能的螺旋状路径。两个螺旋状路径被示为在离开静态混合器10时汇聚成单个路径。在不限于理论的情况下，预期第一和第二螺旋状路径有助于说明本发明的系统如何在最小化压降的同时实现良好COV。预期在流体移动穿过混合板时，将促进流体进入一对螺旋状流径中，所述螺旋状流径将在最小化压降的同时促进混合。预期确保连续板的孔口相对于彼此偏移会促进这些螺旋状路径。预期具有在本文中指定的范围中的α、β和γ会促进这些螺旋状路径。在一些实例中，孔口未成形为矩形或圆形。图9至13提供孔口形状的变化的实例。在这些图中的每一个图中，静态混合器10被示为具有带有不同形状的孔口的混合板。图9示出具有半月形孔口的板。半月形孔口成形为一段圆。在一个实例中，半月形孔口成形为由圆的弦界定的一段圆。在一个实例中，半月形孔口的位置在每个连续板上旋转以促进穿过静态混合器10的螺旋状流径。在一个实例中，半月形孔口的位置在每个连续板上旋转45°至135°。在另一实例中，半月形孔口的位置在每个连续板上旋转90°，如图9中所说明。图10示出具有扇形孔口的板。扇形孔口是楔形的，例如，四分之一圆。在一个实例中，扇形孔口的位置在每个连续板上旋转以促进穿过静态混合器10的螺旋状流径。在一个实例中，扇形孔口的位置在每个连续板上旋转45°至135°。在另一实例中，扇形孔口的位置在每个连续板上旋转90°，如图10中所说明。图11示出具有H&I形孔口的板。H&I形孔口是半月形孔口的变型，包含朝向板的中心延伸的部件。在一个实例中，H&I形孔口的位置在每个连续板上旋转以促进穿过静态混合器10的一对螺旋状流径。在一个实例中，H&I形孔口的位置在每个连续板上旋转45°至135°。在另一实例中，H&I形孔口的位置在每个连续板上旋转90°，如图11中所说明。图12和13示出具有舌片形孔口的板。在一个实例中，舌片形孔口在板的中心处彼此连接。在另一实例中，舌片形孔口在板的中心处未彼此连接。在一个实例中，舌片形孔口的位置在每个连续板上旋转以促进穿过静态混合器10的多个螺旋状流径。在另一实例中，第一板和第三板包含在板的中心处彼此连接的舌片形孔口，并且第二板和第四板包含在板的中心处未彼此连接的舌片形孔口，如图12中所说明。在另一实例中，第一板和第三板包含在板的中心处未彼此连接的舌片形孔口，并且第二板和第四板包含在板的中心处彼此连接的舌片形孔口，如图13中所说明。在图9至11中所示的实施例中的每一个实施例中，给定板上的孔口的组合区域在所述板的区域的10％至30％的范围内。在一个实例中，给定板上的孔口的组合区域在所述板的区域的15％至25％的范围内。在一个实例中，给定板上的孔口的组合区域是所述板的区域的20％。在图10至13中所示的若干变型中，如连续地看到，连续板的定向将优选地使得给定板的孔口不与相邻板的孔口相交。预期一个或多个混合板可以在本文中所示出和描述的若干变型之中混合和匹配。如本文所使用的“连续板”是指在流路中的给定板之前的板或在所述给定板之后的板。在一个实例中，给定板上的每个孔口相对于连续板上的每个孔口偏移。在一个实例中，连续板上的孔口偏移促使流体路径具有螺旋状的流形状。在一个实例中，静态混合器10用于混合具有类似特征的两个流。优选地，两个流是可混溶单相的并且具有一般相同的质量流率。在一个实例中，所述流中的一个流具有高于另一个流的密度。例如，当静态混合器10与反应器容器组合使用时，一个流可以是与另一个流相比具有高密度和粘度的重流体，所述另一个流可以具有低密度和粘度的轻流体。在不限于理论的情况下，预期本文中描述的静态混合器10致使重流体和轻流体彼此冲击且随后以螺旋状方式混合，并且本发明的静态混合器10的几何形状改进混合且消除混合流体的分层。在一个实例中，提供一种设备，所述设备包括如本文中所描述的与T形接头组合使用的静态混合器，所述T形接头具有第一入口、第二入口和出口，其中静态混合器位于出口的下游，第一入口和第二入口均相对于第一轴垂直定向。通过以下实例说明上文的描述。这些实例是说明性的且不应理解为限制本发明的范围。实例计算设计包含板的静态混合器10以及图8中所示的T形接头在DassaultSystèmesSolidWorksCorp生产的SolidWorks软件中模型化。T形接头模型化为具有内径为19.67cm的第一入口48以及内径为19.67cm的第二入口50。静态混合器10的主体12被模型化为具有19.67cm内径。如沿着纵轴16测量到，从第一入口48和第二入口50的中心到静态混合器10的末端的长度距离为40.64cm。静态混合器10被模型化为具有与内径为9.72cm的出口管流体连通的出口。混合板各自间隔开7.62cm。将模型传送到Ansys公司产生的AnsysWorkbench14.5软件以将SolidWorks模型转换成多边形网格。导管部分使用六角基本元件网格化。T型接头和混合板与四面体基本元件啮合。使用标准k-ε模型在使用Ansys公司生产的AnsysFluent14.5软件的这些网格化元件上进行混合模拟。两种进入流体被模型化为单相流的两个可混溶组分，并且组分运输模型用于评估混合性能。静态混合器10被模型化为混合第一流体，即“重流体”和第二流体，即“轻流体”。表1中概述第一流体和第二流体的特征。表1中还概述混合流体的特征。表1重流体轻流体混合流体单位质量流率340192875862777kg/hr密度1441949.11216kg/m3粘度25.01.314.1mPa*s体积流量23.630.351.6m3/hr速度0.220.291.93m/s雷诺数24854039716154速位差0.240.4319.1cm实验结果表2提供与使用计算设计的一系列实验有关的数据。槽宽是指第一板18的细长开口20的宽度。在每一种情况下，细长开口20的长度设定为16.51cm。槽角度是指细长开口20相比于第一轴22的角定向。第一轴22垂直于入口轴54。α是指线30相对于第一轴22的旋转度数(除非另外指明，否则实验设计假设α和α′相等且30上覆于30′)。β是指线36相对于第一轴22的旋转度数(除非另外指明，否则实验设计假设β和β′相等且36上覆于36′)。γ是指线44相对于第一轴22的旋转度数(除非另外指明，否则实验设计假设γ和γ′相等且44上覆于44′)。COV是指基于针对若干变量列出的指计算出的COV。在与入口轴54间隔开41.91cm的截面处测量COV，使得在出口管中测量到COV，所述入口轴是穿过第一入口48和第二入口50的中心线。dp是指以千帕(kPa)为单位测量到的压降。在相同截面处将dp测量为COV。使用计算设计来计算COV和dp。“-”的值是指在所述情况下给定板不包含在实验设计中。例如，在情况2下，执行仅具有板1和2的模型(排除板3和4)。表2还使用为表1中列出的值的75％和125％的流速执行情况1。在每种情况下，COV是0.004。对于75％情况，压降是15.2kPa。对于125％情况，压降是47.6kPa。表3提供与板具有除了细长槽或圆形之外的形状的孔口的情况有关的数据。情况21提供板不包含在混合器中的实例。表3当前第1页1 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