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化学反应过程的总体速率除了与反应的动力学特性有关外,还与反应原料的混合速率有关。许多快速且有竞争力的化学反应体系对混合过程很敏感,反应结果取决于混合的质量,如重氮偶联反应、硝化反应、光气化反应等。原料之间的快速混合可以有效减少生成副产物的产生,提高目标产物的收率。由于管式反应器中定子和转子剪切头附近的超高湍流、剪切强度和短停留时间,可以增强有限传递的快速反应过程;同时,高剪切混合过程可以产生较大的相界面面积,使非均相反应易于进行。目前,管式反应器作为一种有效的强化手段,逐渐被用来调节化学反应过程。
现有的甲苯二异氰酸酯工业生产工艺采用甲苯二胺与光气反应制备异氰酸酯。反应过程中,甲苯二胺与光气反应生成氨基甲酰氯,该反应是快速放热反应并生成氯化氢。氯化氢会与甲苯二胺形成氨基盐酸盐,导致反应收率降低。管式反应器基于局部高能量耗散率和大的相界面面积,能够有效实现甲苯二胺和光气的快速混合反应,减少氯化氢和甲苯二胺的副反应;笔者采用管式反应装置制备甲苯二异氰酸酯,已成功应用于(3万7)万吨/年工业装置,可提高产品收率3%左右。