改进的工艺强化流反应器制造技术

流反应器具有模块，所述模块具有加工流体通道，所述加工流体通道具有内表面，通道的一部分包括：沿着该部分的横截面，所述横截面具有横截面形状，以及沿着通道具有多个最小值的横截面面积。横截面形状沿着该部分连续变化，并且该部分的内表面不包括相对的平坦平行侧面对或者仅包括如下相对的平坦平行侧面对，其延伸的长度不超过沿着该部分的所述相对的平坦平行侧面之间的距离的4倍，以及该部分含有沿着该部分分布的多个障碍物。

Improved process enhanced flow reactor

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】改进的工艺强化流反应器相关申请的交叉参考本申请根据35U.S.C.§119，要求2017年7月31日提交的美国临时申请第62/539,541号的优先权，本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
本公开一般地涉及流反应器，具体地涉及具有优化的通道结构的流反应器。
技术介绍
工艺强化的目标是使用同时显著减小反应器尺寸并且使得传质和传热效率最大化的构造，来产生高效率的反应和处理系统。在化学工程中，对于工艺强化感兴趣及其应用的原因在于：将大规模的非环境友好型工业工艺转变为较小的、更安全的、更能源有效且环境友好型工艺的潜力。工艺强化由新型设备和技术的开发所构成，其相比于如今常用的那些而言，预期在制造和加工中，对于减小装备尺寸/生产投入比、能耗和/或废物产生方面，带来非常明显的甚至数量级上的改善，最终导致更廉价且可持续的技术。换言之，任何导致明显更小、更清洁且更能源高效技术的化学工程开发都是工艺强化的。整个工艺强化领域通常可以被分成两块：工艺强化装备，例如新型反应器以及强化混合、传热和传质装置；和工艺强化方法，例如新的或混合型分离、反应和分离的整合、热交换或相分离(在所谓的多功能反应器中)、采用替代能源(光、超声等)的技术以及新的工艺控制方法(类似故意的非稳态运行)。显然，可能存在一些重叠。新方法可能需要开发新型装备，反之亦然；而已经开发的新设备有时候使用新的非常规工艺方法。US7939033公开了具有特性通道设计的“微反应器”或者微米至毫米规格流反应器，其相对于给定通道或装置中的压降产生了良好的混合性能。但是，会希望实现甚至更好的性能，例如相同或更好的混合且具有较低的压降。
技术实现思路
下面简要归纳本公开的内容，以便提供对详述部分所描述的一些示例性实施方式的基本理解。在一些实施方式中，流反应器具有模块，所述模块具有加工流体通道，所述加工流体通道具有内表面，通道的一部分包括：沿着该部分的横截面，所述横截面具有横截面形状，以及沿着通道具有多个最小值的横截面面积。横截面形状沿着该部分连续变化，并且该部分的内表面不包括相对的平坦平行侧面对或者仅包括如下相对的平坦平行侧面对，其延伸的长度不超过沿着该部分的所述相对的平坦平行侧面之间的距离的4倍，以及该部分含有沿着该部分分布的多个障碍物。在一些实施方式中，该部分还包括顺次的室，每个具有喷嘴状入口和窄化出口。在一些实施方式中，所述顺次的室中的一个室与所述顺次的室中的下一个室嵌套，使得所述一个室的窄化出口形成相邻的下一个室的喷嘴状入口。在一些实施方式中，所述多个障碍物中的至少一个位于第一个室中并且与具有第一端点和第二端点的直线相交，所述第一端点位于所述第一室的入口的中心，以及所述第二端点位于所述第一室的出口的中心。在一些实施方式中，所述多个障碍物中的所述至少一个与具有位于所述第一室的入口中的第一端点和位于所述第一室的出口中的第二端点的每条直线相交。在一些实施方式中，在第一室中具有障碍物的反应器具有位于所述至少一个障碍物与所述第一室的内表面之间的一个或多个旁路，即，绕着所述多个障碍物中的所述至少一个障碍物。在一些实施方式中，所述至少一个障碍物没有延伸穿过所述至少一个障碍物的开口。在一些实施方式中，对于具有绕着障碍物两个或更多个旁路的情况，旁路被障碍物分开，分开的距离至少是室出口的最大直径的两倍，或者高至至少2.5、3、3.5或者甚至4倍。在一些实施方式中，流反应器还包括位于加工流体通道的所述部分的内表面上的内螺纹结构。上述实施方式是示例性的，并且可以单独提供或者以与本文所提供的任意一个或多个实施方式的任意结合的形式提供，而没有背离本公开的范围。此外，要理解的是，前面的一般性描述和以下的详细描述给出了本公开的实施方式，用来提供理解描述和要求保护的实施方式的性质和特性的总体评述或框架。包括的附图提供了对实施方式的进一步的理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图举例说明了本公开的各种实施方式，并与描述一起用来解释其原理和操作。附图说明通过结合所附附图进行阅读，可以进一步理解本公开的这些和其他特征、实施方式和优点：图1(现有技术)显示根据现有技术流反应器的加工流体通道的一部分的三维透视图；图2(现有技术)显示图1的通道中的单个室；图3(现有技术)显示图2的室的横截面透视图；图4显示根据本公开实施方式的加工流体通道的一部分的三维透视图；图5显示根据本公开实施方式的加工流体通道的一部分的三维透视图；图6显示图5的通道的截面图；图7显示根据本公开实施方式的加工流体通道的一部分的三维透视图；图8-10分别显示根据本公开实施方式的加工流体通道的一部分的横截面图；图11显示根据本公开实施方式的加工流体通道的一部分的半透明透视图；图12显示根据本公开实施方式(例如图11的实施方式)的加工流体通道的一部分的横截面图；图13显示根据本公开实施方式的加工流体通道的一部分的剖面透视图；图14显示根据本公开的图13实施方式的加工流体通道的一部分的替代剖面透视图；图15-18分别显示根据本公开实施方式的加工流体通道的一部分的剖面透视图；图19显示根据本公开实施方式的加工流体通道的一部分的三维透视图；图20显示图19的通道的室的截面图；图显示根据本公开实施方式的加工流体通道的一部分的三维透视图；图22显示图21的通道中的单个室；图23显示根据本公开实施方式的加工流体通道的一部分的三维透视图；图24显示图23的通道的室的截面图；图25显示根据本公开实施方式的加工流体通道的一部分的三维透视图；图26显示根据本公开实施方式的加工流体通道的一部分的三维透视图；图27显示图26中的加工流体通道的一部分的透明平面图；图28显示图26中的加工流体通道的一部分的半透明透视图；图29显示根据本公开实施方式的加工流体通道的一部分的三维透视图；图30显示图29的通道的室的截面图；图31显示根据本公开实施方式的加工流体通道的一部分的平面图；图32显示图31的通道的室的平面图；图33是由根据本公开实施方式的加工流体通道所获得的测量得到的压降与流速的函数关系图；图34是由根据本公开实施方式的加工流体通道所获得的测量得到的压降与流速的函数关系图；图35是由根据本公开实施方式的加工流体通道所获得的测量得到的体积传质系数与单位功耗的函数关系图；图36是由根据本公开实施方式的加工流体通道所获得的测量得到的体积传质系数与单位功耗的函数关系图；图37分别显示根据本公开实施方式的加工流体通道的一部分的壁的剖面透视图；图38显示根据本公开实施方式的加工流体通道的一部分的室的横截面平面图。具体实施方式下面将参照附图更完整地描述方法和设备，其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种流反应器，其包括：/n模块，所述模块在其中具有加工流体通道，所述加工流体通道包括内表面，所述加工流体通道还包括它的一个部分，所述部分还包括：/n(1)输入端，在使用过程中，加工流体从所述输入端流入所述部分中，和/n(2)输出端，在使用过程中，加工流体从所述输出端流出所述部分，以及/n(3)沿着所述部分的横截面，其沿着所述部分被通道的内表面划定界限，所述横截面具有横截面面积和横截面形状，所述横截面面积沿着通道在输入端与输出端之间具有多个最小值，所述通道的特征在于：(1)所述部分的横截面形状沿着所述部分连续变化；(2)所述部分的内表面不包括相对的平坦平行侧面对，或者仅包括如下相对的平坦平行侧面对，其延伸的长度不超过沿着所述部分的所述相对的平坦平行侧面之间的距离的4倍，和(3)所述部分含有沿着所述部分在输入端与输出端之间的多个障碍物。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170731 US 62/539,5411.一种流反应器，其包括：
模块，所述模块在其中具有加工流体通道，所述加工流体通道包括内表面，所述加工流体通道还包括它的一个部分，所述部分还包括：
(1)输入端，在使用过程中，加工流体从所述输入端流入所述部分中，和
(2)输出端，在使用过程中，加工流体从所述输出端流出所述部分，以及
(3)沿着所述部分的横截面，其沿着所述部分被通道的内表面划定界限，所述横截面具有横截面面积和横截面形状，所述横截面面积沿着通道在输入端与输出端之间具有多个最小值，所述通道的特征在于：(1)所述部分的横截面形状沿着所述部分连续变化；(2)所述部分的内表面不包括相对的平坦平行侧面对，或者仅包括如下相对的平坦平行侧面对，其延伸的长度不超过沿着所述部分的所述相对的平坦平行侧面之间的距离的4倍，和(3)所述部分含有沿着所述部分在输入端与输出端之间的多个障碍物。


2.如权利要求1所述的流反应器，其中，所述部分还包括顺次的室，每个具有喷嘴状入口和窄化出口。


3.如权利要求2所述的流反应器，其中，所述顺次的室中的一个室与所述顺次的室中的下一个室嵌套，使得所述一个室的窄化出口形成相邻的下一个室的喷嘴状入口。


4.如权利要求2或3所述的流反应器，其中，所述多个障碍物中的至少一个位于第一个室中并且与具有第一端点和第二端点的直线相交，所述第一端点位于所述第一室的入口的中心，以及所述第二端点位于所述第一室的出口的中心。


5.如权利要求4所述的流反应器，其中，所述多个障碍物中的所述至少一个与具有位于所述第一室的入口中的第一端点和位于所述第一室的出口中的第二端点的每条直线相交。


6.如权利要求4或5所述的流反应器，其具有一个或多个旁路，位于所述至少一个障碍物与所述第一室的内表面之间，绕着所述多个障碍物中的所述至少一个障碍物。


7.如权利要求6所述的流反应器，其中，所述一个或多个旁路的总横截面面积大于所述第一室的出口的总横截面面积。


8.如权利要求6所述的流反应器，其中，所述至少一个障碍物具有延伸穿过所述至少一个障碍物的一个或多个开口。


9.如权利要求6所述的流反应器，其中，所述至少一个障碍物不具有延伸穿过所述至少一个障碍物的开口。


10.如权利要求4-9中任一项所述的流反应器，其中，所述多个障碍物包括至少三个或更多个障碍物。


11.如权利要求4-9中任一项所述的流反应器，其中，所述多个障碍物中的所述至少一个障碍物包括每个室至少一个障碍物。


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【专利技术属性】
技术研发人员：E·D·拉夫瑞克，P·基尼，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US