板型敞口反应器中的化学反应的最优化制造技术

一种最优化板型敞口反应器中化学反应的方法，所述方法包括：在反应器及其换热模型的基础上，对于给定的反应建立反应器的动态模型；对该动态模型运用积分软件工具来求解上面的方程；在评价要实现的目标、要符合的约束条件、以及反应器和／或反应的变量数据的基础上，确定并且最优化反应器的尺度和／或操作参数组；根据所述最优化过的参数组构建所述类型的板型反应器；以及在构建的反应器中进行所述反应期间，测量物理参数来验证其操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及对由一组板构成的板型敞口反应器中的化学反应的最优化，在板间限定了至少一个具有反应室的模块和两个用于循环换热使用流体的侧室。
技术介绍
当前，人们常试图最优化化学反应的运转且改善其产率，所述反应通常在间歇式反应器即不连续工作的反应器中进行，所述反应器包括其中布置确定量的反应物并将其混合到一起，以及随后将其置于为促进反应而最优化的环境条件(压力、温度、pH等)下的容器。此类反应器的主要缺点是难以除去反应产生的热量，该热量对反应的控制和最优化产生有限制。
技术实现思路
本专利技术的特别目的是通过最优化敞口反应器，为控制并最优化化学反应提供一种简单且有效的解决方案，该解决方案不会出现不连续反应器或者间歇式反应器的上述缺点。为此，本专利技术提供了一种在反应器中最优化化学反应的方法，所述方法的特征在于它包括：·使用使用由以下部分构成的敞口反应器：一组板，在板间限定了至少一个具有反应室的模块，该反应室在两个用于循环换热使用流体的换热侧室之间形成；用于向反应室中加入连续流的一种或多种反应物的装置；以及用于向两个侧室中加入连续流的使用流体的装置；-->·在反应室和所述反应室与用于循环使用流体的侧室之间换热模型的基础上，对于给定的反应建立反应器的动态模型，所述动态模型包括质量平衡和能量平衡方程以及约束方程；·对动态模型运用积分软件工具来求解上面的方程；·在评价要实现的目标、要符合的约束条件、以及反应器和/或反应的变量数据的基础上，确定并且最优化反应器的一组尺度和/或操作参数；·根据所述最优化过的参数组构建所述类型的板型反应器；及·在构建的反应器中进行所述反应期间，测量物理参数例如温度和压力来验证其操作。通过适当选择在反应室任一侧上循环的使用流体的温度和流速，并且还通过选择这些流体(同流、对流或者交叉流)相对于反应室中反应流体流向的流向，使用包括在两个使用流体循环室之间限定了至少一个反应室的一组板的连续或敞口反应器，可以解决在间歇类型的不连续或者封闭反应器中观察到的散热问题。通过提供化学反应的控制参数，并且通过准确地描述反应器内的温度分布，其还可以最优化反应器的尺度或者最佳结构，并且最优化反应器的运转或操作条件。通过动态模型化用于所讨论的反应的反应器，并且通过最优化作为要实现的目标和要符合的约束条件函数的反应器尺度和/或操作参数组，可以准确地确定反应器内温度变化的方式，这构成了本专利技术与最优化不连续反应器中的反应的在先方法之间的本质差异。然后，根据预先最优化过的尺度和/或操作参数组构建所述类型的板型反应器，在该反应器中进行化学反应，并进行实验测量物理参数来验证化学反应的最优化。本专利技术的方法在构建反应器后还包括：·基于建立的反应器建立反应器新的反应器动态模型；·对该新的动态模型运用积分软件工具来求解上面的方程；·再次最优化反应器的所述尺度和/或操作参数组；以及-->·如果需要，根据新最优化的参数组修改所述构建的反应器。反应器的动态模型包括质量和能量平衡方程以及约束方程，这是反应器和化学反应的特征。根据本专利技术的另一个特征，所述反应室模型包括将所述反应室再分成一系列连续的单独单元，每个单独单元包含彻底搅拌的流体介质。同样通过将其再分成数量等于反应室中单独单元的数量的单独单元来模型化使用流体循环室。换热模型化还考虑相对于位于所述反应室单独单元任一侧上的侧室的单独单元中使用流体(同流、对流、交叉流)流向的反应室每个单独单元中流体的流向。模型还包括涉及反应流体、限定了侧换热室的板、以及在侧室中循环的使用流体的热量平衡方程，以及用于各室的单独单元中的使用流体的质量平衡方程。每个反应室与入口区和出口区连接，它们与反应室的单独单元相关，并且例如是反应物加料装置和反应室加料点之间的连接部件，以及是反应室出口点和收集反应产物的装置之间的连接部件。当两个反应室串联连接在一起时，第一个室的出口部件与第二个室的入口部件重合。有利地，反应器的动态模型包括反应器的入口区和出口区、每个反应室的入口区和出口区、以及反应器各个模块间过渡区的模型。所述动态模型还可以使反应室的每个单独单元具有加料点。积分软件工具被用来求解构成反应器动态模型的方程系统的这些方程，并且用于模拟称作“反应器状态”的研究的化学反应的反应器行为。对于给定的目标和约束条件，通过调整反应器的变量特征来确定并且最优化反应器的尺度参数，所述变量特征包括反应室中的加料点数量、使用流体相对于反应介质的流向、使用流体的特性和分布、反应室的总体积、和/或用于使用流体循环的侧室的体积，并且对于给定的目标和约束条件，通过调整变量反应数据或者操作参数来确定并且最优化反应器的操作参数，该反应数据或者操作参数包括反应介质和使用流体的温度、压力、组成和/或流速。-->所述方法例如包括调整一种或多种反应物向各个单独单元中的加料速率，从而获得更好的反应产率，以及定义操作参数的极限值，从而满足安全性和/或环境约束条件。对于均相介质中的化学反应，反应器的动态模型包括由质量平衡、能量平衡、压力平衡和体积约束方程构成的反应器动态模型。这些方程用来限定每个单独单元中的流体介质中的状态和变化。为此，认为在具有彻底搅拌的内含物的反应室的单独单元中，特征量(温度、压力、流速、组成等)、物理性质(密度、粘度等)以及物理化学现象(反应、物质转移等)在每个单元中是均匀的，并且对于给定温度而言使用流体的物理性质是均匀且恒定的。对于反应介质是连续相和分散相的混合物的两相介质(液-液或者液-气)，以及对于两种可混溶液体的混合物的反应介质中的化学反应，从用于估计反应介质的密度、比热、导热率和粘度的方程、以及用于质量平衡、能量平衡、压力平衡和体积约束的方程来限定在每个单独单元中反应介质的状态和变化。认为在具有彻底搅拌的内含物的反应室的单独单元中，特征量(温度、压力、流速、组成)、物理性质(密度、粘度等)以及物理化学现象(反应、物质转移等)在每个单元中是均匀的，所述相的温度和压力是相同的，而反应介质被认为是准均相介质，通过使介质的物理性质能够与每相的性质以及还与其比例相关的关联关系来确定两相的物理性质，而各相的分布假定为在每个单独单元中是均匀的。两相平衡规则也可以作为分散相液滴的尺度、存在的相热动力学性质和/或流动条件的函数应用于相混合物。Sauter直径使得可以确定分散相液滴的尺度。还可以追踪反应室的各个单独单元的分散相中液滴尺寸的变化。可以添加其它模型并且精修反应器的动态模型，例如：·基于对反应器各部分中流体停留时间分布的实验研究，模拟反应器的流体动力学行为，限定具有彻底搅拌的内含物的单独单元的数量；-->·基于反应室的每个单独单元中的反应速率、反应组分的产生速率以及热量生成速率的方程的反应模型；·在两相介质的物理性质的基础上并且在分散相液滴尺寸的基础上，在两相反应介质间的两相介质中反应的传质(matter transfer)模型；·基于限定了侧室的板和在反应室中并且在侧室中循环的流体之间的传热系数，及估计的基于反应流体和使用流体的膜系数的传热模型；以及·基于实验测量的反应器中反应流体压力降的模型。本专利技术方法还包括对反应器组件以及反应流体和使用流体的物理性质的估计。本专利技术的方法提供了对于给定的操作条件预测板型反应器行为的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种最优化反应器中化学反应的方法，该方法的特征在于其包括：　　　　.使用由以下部分构成的敞口反应器：一组板（２０，２１，２２，２３），在板间限定了至少一个具有反应室（２４）的模块，该反应室在两个用于循环换热使用流体的换热侧室（２７，２８）之间形成；用于向反应室（２４）加入连续流的一种或多种反应物的装置；以及用于向两个侧室（２７，２８）加入连续流的使用流体的装置；　　　　.在反应室（２４）和所述反应室（２４）与用于循环使用流体的侧室（２７，２８）之间换热模型的基础上，对于给定的反应建立反应器的动态模型（３６），所述动态模型（３６）包括质量平衡和能量平衡方程及约束方程；　　　　.对动态模型（３６）运用积分软件工具（３７）来求解上面的方程；　　　　.在评价要实现的目标（４７）、要符合的约束条件（４８）、以及反应器（４９）和／或反应（５３）的变量数据的基础上，确定并且最优化反应器的尺度和／或操作参数组；　　　　.根据所述最优化过的参数组构建所述类型的板型反应器；以及　　　　.在构建的反应器中进行所述反应期间，测量物理参数例如温度和压力来验证其操作。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】FR 2005-1-14 05004241.一种最优化反应器中化学反应的方法，该方法的特征在于其包括：·使用由以下部分构成的敞口反应器：一组板(20，21，22，23)，在板间限定了至少一个具有反应室(24)的模块，该反应室在两个用于循环换热使用流体的换热侧室(27，28)之间形成；用于向反应室(24)加入连续流的一种或多种反应物的装置；以及用于向两个侧室(27，28)加入连续流的使用流体的装置；·在反应室(24)和所述反应室(24)与用于循环使用流体的侧室(27，28)之间换热模型的基础上，对于给定的反应建立反应器的动态模型(36)，所述动态模型(36)包括质量平衡和能量平衡方程及约束方程；·对动态模型(36)运用积分软件工具(37)来求解上面的方程；·在评价要实现的目标(47)、要符合的约束条件(48)、以及反应器(49)和/或反应(53)的变量数据的基础上，确定并且最优化反应器的尺度和/或操作参数组；·根据所述最优化过的参数组构建所述类型的板型反应器；以及·在构建的反应器中进行所述反应期间，测量物理参数例如温度和压力来验证其操作。2.权利要求1的方法，其特征在于在构建反应器后它包括：·基于构建的反应器建立新的反应器动态模型；·对该新的动态模型运用积分软件工具(37)来求解上面的方程；·再次最优化反应器的所述尺度和/或操作参数组；以及·如果需要，根据新近最优化的参数组修改所述构建的反应器。3.权利要求1或2的方法，其特征在于所述反应室(24)的模型包括将所述反应室再分成一系列连续的单独单元，每个单独单元包含彻底搅拌的流体介质。4.权利要求3的方法，其特征在于每个单独单元中的流体介质是均匀的，并且通过质量平衡、能量平衡、压力平衡和体积约束方程来定义其状态及其变化。5.权利要求3的方法，其特征在于所述反应室(24)的每个单独单元中包含的流体介质是包含连续相和分散相的两相介质。6.权利要求5的方法，其特征在于从估计所述两相介质的密度、比热、导热率和粘度的方程，以及从质量平衡、能量平衡、压力平衡和体积约束的方程，在每个单独单元中限定两相介质的状态和变化。7.权利要求3-6之一的方法，其特征在于所述换热模型包括将每个侧室(27，28)再分成一系列的单独单元，每个单独单元包含彻底搅拌的流体介质，每个侧室(27，28)中单独单元的数量等于反应室(24)中单独单元的数量，并且限定每个单独单元中使用流体相对于反应室(24)的相应的单独单元中反应流体流向的流向。8.权利要求7的方法，其特征在于所述换热模型还包括涉及反应流体、限定换热侧室(27，28)的板(20，21，22，23)、以及在侧室(27，28)中循环的使用流体的热量平...

【专利技术属性】
技术研发人员：S埃尔格，F肖帕尔，MR卡巴萨德，PA科涅，LEG普拉，CJJ古尔东，
申请(专利权)人：阿尔法拉瓦尔威卡布公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]