改进的管式反应器和工艺制造技术

本申请公开了一种用于混合在通道(9)中连续流动的流体流的工艺，所述通道的长度和直径的比大于5并包含松的一个或多个搅拌单元，所述搅拌单元包括中空圆柱、弹簧和中空篮筐(5、14)并具有不同于所述通道中的其它材料的密度，所述通道具有用于材料的一个或多个入口(1)和用于材料的一个或多个出口(2)，使穿过所述通道的材料经受有序流动，通过摇振所述通道产生所述一个或多个搅拌单元的运动，由此混合的方向大致横向于材料流动通过所述通道的方向。本申请还公开了一种用于混合连续有序流动流的装置。

Improved tubular reactor and process

【技术实现步骤摘要】
改进的管式反应器和工艺本分案申请是基于申请号为201180025115.0(其国际申请号为PCT/EP2011/001702)、申请日为2011年4月6日、专利技术名称为“改进的管式反应器和工艺”的中国专利申请的分案申请。
本专利技术涉及用于在动态混合条件下通过液体、浆体、气体/液体混合物、超临界流体、气体、非混流体(或这些材料的混合物)在通道中连续运动或流动而进行输送的流动系统。应用的例子包括(但不限于)作为化学反应器、提取器、混合器、结晶器、生物反应器、加热器和冷却器的连续流动系统。例子也包括需要有序流动并且需要防止相分离、增稠或固化的流体输送系统。本专利技术特别地涉及包括有序流动并且在大致横向于流动方向的方向上进行混合的连续流动系统。
技术介绍
理想栓塞流(plugflow)指的是流动流体的速度在通道面上是均匀的并且不发生逆混的流动条件。然而应当认识到理想栓塞流既对于较大管是不理想的(在较大通道中的一定横向运动是进行混合所必需的)，也是不可能的(例如，壁摩擦影响速度剖面)。在本文中，栓塞流指的是接近理想栓塞流的条件。在本文中，栓塞流表示有序流动使得流体元以它们进入通道的大致相同的顺序穿过并且离开通道。这也适用于这样的系统，其中两个相沿两相反方向行进(逆流流动)但是每个相在它的相应方向上近似地遵守栓塞流的规则(除了可以在相之间输送的组分之外)。所以本专利技术最小化通道内的材料的逆混程度，此外径向混合可以减小滞留区或表面曳力的影响并且在这样做能够改善栓塞流的质量。本专利技术涉及通道中的流动。术语“轴向”指的是通道的长轴。通过通道的流体的净方向是轴向的。术语“径向”指的是与轴向轴线大致成90°的平面。本文中的术语“静态混合”指的是在不移动混合器单元的情况下改变通道内的流体的流动方向的系统。例子包括紊流、通道弯曲部、挡板和静态混合器。本专利技术涉及流动通道中的动态混合。多数常规动态混合器包括旋转式搅拌物的使用。通过摇振通道实现本专利技术的混合方法。通道包含搅拌物以增强混合并且在该情况下优选的搅拌物运动被限制到径向平面。在本专利中使用的术语“通道”描述处理材料流动通过的通道。它可以是管或管道。提到诸如通道直径与长度的比率，则假设通道是圆形的。在通道为非圆形的情况下，可以使用本文中所述的原理和尺寸确定标准通过合理判断来应用这些或其它参数的估计。在本专利的上下文中通道指的是通过摇振进行混合的管或管道。一系列通道可以串联使用，在该情况下每个通道可以通过连接管道与另一个通道分离。任何连接管道的直径优选地小于通道，从而在连接管道内的动态混合不存在的情况下保持有序流动。一系列通道也可以并联使用。本专利技术的系统被称为搅拌管系统(ATS)或搅拌管式反应器(ATR)。PCT公告WO2008/068019描述了一种搅拌槽反应器。它包括两个或更多的连续搅拌槽(CSTs)，由此通过摇振槽实现混合。假设两种不同密度的材料存在于槽内，摇振的效果将是产生混合。搅拌槽反应器内的各个级内的流体运动不遵循栓塞流型态。然而当多级串联使用时，获得栓塞流特性。这种设计的限制与比例扩大相关。在搅拌槽反应器中，混合槽内的流体组分必须大致均匀以防止旁通或阻塞。为此，槽的长度应当类似于直径。当级的容量增加时这导致大直径的级。大直径的级比小直径的通道效率低，原因是它们需要更大的摇振器行程(这限制摇振频率)。大直径的通道也增加系统的重量和高度，这影响稳定性并且需要更大的摇振器功率。本专利技术涉及一种使用摇振混合技术的管式系统。不同于WO2008/068019，这是一种不需要用于栓塞流的多个级的管式系统(尽管由于紧凑性的原因可以使用级分离)。在这种设计中，通道长度(不是多个离散级)形成用于保持通过通道的产品的栓塞流的基础。在本设计中通向通道的入口和出口在轴向路径上分离最远实际距离。本专利技术的搅拌管系统具有以下优点。·ATS中的混合的优选方向在径向平面中，而搅拌槽反应器中的混合的方向优选地是随机的。这意味着ATS内的单级内的流型大致上是栓塞流。这导致通过单个通道的栓塞流。·入口管道相对于出口管道的位置在理想搅拌槽反应器中是不重要的。在ATS中，入口管道和出口管道在轴向平面上分离最大实际距离。·在搅拌槽设计中，排出管道中的材料的组分与槽中的任何点大致相同。在ATS中，排出管道中的材料的组分仅仅与紧邻排出管道的ATS通道内的材料相同。美国专利5628562描述了一种具有管的计量装置，所述管可以被供给两种材料并且可以左右移动以导致混合。金属丝附连到管的内壁并且纵向地延伸通过管以增强混合。尽管未提到尺寸，但是该设计不是栓塞流系统并且如图所示的混合单元特别地旨在促进轴向和径向两个平面中的混合。ATS设计允许使用长通道并且它也允许使用具有相对较小直径的通道。对于超过200毫升的容量，相比搅拌槽设计，长、小直径管导致更低的重量、更低的建造成本以及固有地更好的混合特性。也可以使用小于200毫升的ATS系统。也可以使用小于200毫升的ATS系统。根据ATS投入的用途，适宜的是为它提供温度控制护套。这提供调节处理温度并且在需要时增加或去除热的手段。ATS的通道中的一个或更多个安装在摇振平台上并且通过摇振通道产生混合。与搅拌槽设计相同，超过一种密度的材料必须存在于通道中以用于发生混合。通过参考附图示出该设计。图1显示了ATS通道。产品在入口(1)处流入并且流动通过通道(9)到达出口(2)。加热或冷却流体(需要时)经由入口连接部(3)和出口连接部(4)泵送通过加热/冷却护套(10)。可以使用各种冷却/加热护套设计。与其它流体组分密度不同的自由运动搅拌物单元位于通道内。在该例子中，显示了弹簧状混合器(5)。图1显示了一系列分离的混合器(5和7)。备选地，不同类型的混合器可以用于单个通道中。可以使用混合环(6)，如图1中所示。显示了可选的用于加热/冷却护套的膨胀波纹管(8)。这些适应壳体和护套之间的不同膨胀。一个通道或多个通道安装在运动平台(未在图1中显示)上。通道也可以连接到其它通道以增加容量，如图2中所示。图2显示了安装在搅拌平台(12)上的多个通道(11)，例如图1中所示的通道，所述搅拌平台在横向于通道的长轴的方向上来回移动组件。运动方向也可以是在横向于通道的长轴的方向上的轨道运动或某个其它型式。未显示平台搅拌机构的细节。处理通道在不同点处可以具有例如用于器械、采样或添加的各种连接部。图3显示了反应通道(13)内的弹簧状搅拌物(14)。可选的搅拌物环(15)设在搅拌物的每个端部处。搅拌物环(15)防止相邻搅拌物的端部碰损或缠绕。当接触通道的侧面时它们也可以提供用于搅拌物单元的软接触表面。这可以减小磨损和产品损坏。搅拌物环可以具有孔或切口以改善沿着通道的流动。搅拌物环可以由诸如塑料的软材料或诸如金属的硬材料制造。它可以使用橡胶或塑料层以缓冲撞击并且产生弹回。搅拌物环也可以用于减小逆混或俘获流体中的一个相。优选的是，搅拌物的组合效果是扫掠通道直径的50％或更多。为此，可以使用包含超过一个直径的混合单元的搅拌物，如图4中所示。这使用4个外混合杆(16)和一个内杆(17)。备选地，簧内簧或同心环可以用作混合器。图5显示了处理通道(21)内的静态搅拌物导向器。搅拌物(18)具有中空中心部以允许自由运动。搅拌物导本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于混合在通道(9)中连续流动的流体流的工艺，所述通道的长度和直径的比大于5并包含松的一个或多个搅拌单元，所述搅拌单元包括中空圆柱、弹簧和中空篮筐(5、14)并具有不同于所述通道中的其它材料的密度，所述通道具有用于材料的一个或多个入口(1)和用于材料的一个或多个出口(2)，使穿过所述通道的材料经受有序流动，通过摇振所述通道产生所述一个或多个搅拌单元(5、14)的运动，由此混合的方向大致横向于材料流动通过所述通道的方向。

【技术特征摘要】
2010.04.06 GB 1005742.01.一种用于混合在通道(9)中连续流动的流体流的工艺，所述通道的长度和直径的比大于5并包含松的一个或多个搅拌单元，所述搅拌单元包括中空圆柱、弹簧和中空篮筐(5、14)并具有不同于所述通道中的其它材料的密度，所述通道具有用于材料的一个或多个入口(1)和用于材料的一个或多个出口(2)，使穿过所述通道的材料经受有序流动，通过摇振所述通道产生所述一个或多个搅拌单元(5、14)的运动，由此混合的方向大致横向于材料流动通过所述通道的方向。2.根据权利要求1所述的工艺，其中，所述一个或多个搅拌单元(5、14)运动的方向被限制到径向平面。3.根据权利要求1或2所述的工艺，其中，所述通道(9)包括安装在摇振平台(12)上的一个或多个管(11)，通过摇振所述管产生混合。4.根据前述权利要求的任一项所述的工艺，其中，使用在1循环/秒到100循环/秒之间的搅拌摇振速度。5.根据前述权利要求中的任一项所述的工艺，其中，所述通道的直径为10mm至100mm。...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·阿什，D·莫里斯，
申请(专利权)人：阿什莫里斯有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB