活塞流系统的改进方法和设备技术方案

用于连续处理以执行化学或物理反应的方法和设备包括管，在管中安装在管的周边处的内部轴向搅拌器叶片由驱动系统驱动。这会在周围处产生材料的切向流动。安装在搅拌器叶片的扫掠路径内的静止的轴向挡板将切向流动转换成湍流和径向混合。湍流和径向混合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】活塞流系统的改进方法和设备


[0001]本专利技术是一种用于在有序流条件或活塞流条件下连续处理流体处理材料的流系统。间歇式搅拌容器每次处理单个系统体积。连续流系统在不中断的情况下处理多个体积，这使它们更具生产力并且允许系统更小但却能在给定的时段内处理同样体积的流体材料。减小的尺寸便于提高流体的传热面积与工作体积的比率、缩短混合距离以及改进剪切特性。这些因素有助于降低资金和运营成本，提高性能以及使结果更好，如改进产品输出的产量和纯度。其他益处包括通过减少过程中材料的库存来改进安全性、更一致的效用需求和占用较少的空间。连续流系统还提供了较好的停留时间控制，因此处理材料不会像在间歇式搅拌容器中可能出现的那样在升高的温度下劣化。

技术介绍

[0002]然而，仍然需要以经济的方式增加连续流反应器的生产量，以使得流反应器能够与较大体积的间歇式反应器竞争。
[0003]例如，将会期望提供一种能够容纳至少50升处理材料的流反应器。例如，处理方法需要15分钟停留时间，50升的流系统会在10小时内处理2000升。100升的流系统会在10小时内处理4000升。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决了这些问题。
[0005]根据本专利技术的处理是指对处理材料进行的物理或化学改变，包括但不限于化学反应、酶促反应、聚合、结晶、细胞生长、沉淀、萃取以及加热或冷却加工。
[0006]处理材料是自由流动的流体，其可以是液体并且也可以包含不同相的气体、固体颗粒或其他液体。
[0007]本专利技术的活塞流系统的主体是管，并且在本申请中，以下术语具有以下含义。径向是指跨过(across)管的直径的平面。轴向是与径向平面成90度的平面并且与管的轴线以及流体行进穿过管的方向一致。活塞流或有序流意味着密度相似的流体以基本上均匀的轴向速度流经管。轴向分散(axial dispersion)或反混合(back mixing)与有序流相悖。不同密度的材料(例如不同密度的气体、固体或不混溶的流体)可以以不同的轴向速度向其他材料行进或在相反的轴向方向上行进。处理材料在其流经管时的径向混合是在径向平面中的混合。切向流动是处理材料在径向平面中的旋转流动。停留时间是处理材料进入和离开系统之间经过的时间。轴向挡板是沿着管的轴线延伸的挡板并且用于促进处理流体的径向混合。径向挡板也可以用于减少处理流体的轴向分散。管的活塞流长度是指管的被搅拌的活塞流区域。
[0008]本专利技术主要涉及在管的活塞流长度内的活动。然而，该管也可以包含非活塞流长度。
[0009]活塞流长度可以通过径向挡板与任何非活塞流长度分离。非活塞流长度可能未被
搅拌或使用倾斜叶片(pitched blade)或Rushton涡轮桨叶搅拌器进行随机混合。非活塞流长度可以用于其他目的，例如预混合或相分离(phase separation)。
[0010]本专利技术旨在在活塞流长度内为处理材料提供流动条件，包括径向混合以维持处理材料在径向平面中的均匀的温度和组成，在管的传热表面处的剪切以促进传热，以及低轴向分散以进行良好的停留时间控制。体相流体(bulk fluid)内的剪切和湍流促进了材料之间接触的改进。在两相混合物的情况下，剪切也促进了不同相之间界面面积的增加和边界层阻力的减少。
[0011]采用被动混合的流系统依赖于流体的轴向行进来产生径向混合。本专利技术通过利用位于至少大部分活塞流长度上的轴向扫掠的搅拌器叶片和轴向挡板进行的主动混合来促进径向混合和剪切。在优选的实施方式中，在管中设置径向挡板以减少轴向分散。如果设计正确，则这提供了高于被动混合流系统的单位长度的工作容量。混合和有序流也基本上与停留时间脱联。这使得它们在停留时间方面更具可扩展性、更通用，从而为提高生产量提供了机会。此外，它们能够更好地处置多相混合物。
[0012]存在大量现有技术涉及主动混合的活塞流系统作为搅拌管。WO 2004/026942A1示出了一种具有在管的整个宽度上延伸的径向挡板的搅拌管。旋转的搅拌器叶片设置在由径向挡板限定的区段中并安装在延伸至管的整个长度的中央轴上。中央搅拌器轴和径向挡板的组合使得该解决方案难以构建和组装，因为径向挡板需要是静止的而搅拌器轴在不撤离挡板的情况下无法被移除。不使用轴向挡板降低了径向混合和剪切的有效性，因为散装处理材料仅切向旋转而无法提供令人满意的径向混合。此外，当存在不同密度的材料时，高混合速度促进更大的离心分离。
[0013]WO 2017/137580涉及一种旋转管混合器，其可以围绕其纵向轴线以往复弧线旋转并且在反应器内设有可移除的混合元件。反应器包含固定的内部混合器叶片(其随着管的旋转而旋转)，还包含能够独立于管旋转的移动混合器叶片。然而，WO 2017/137580的混合器使用轴向搅拌器叶片兼作为搅拌器叶片和挡板。这些会产生切向流动，但仅在驱动行程上产生。在驱动行程结束时，叶片停止，而这对于促进径向流动和混合而言产生了阻碍效果。
[0014]本专利技术提供了一种用于处理材料的连续轴向流动的设备，该设备包括具有活塞流长度的管，该管设置有静止的轴向挡板并且还设置有轴向叶片，该轴向挡板被安装用于在管的内表面和挡板之间提供连续的间隙，该轴向叶片能够被驱动以扫掠间隙。轴向叶片在混合期间连续地旋转并且仅在一个方向上进行旋转。
[0015]本专利技术还提供了一种用于连续处理流体的处理方法，包括将处理材料输送到管以沿着管轴向流动，其中流体经受由旋转的轴向搅拌器叶片产生的切向流动以及由轴向挡板(该轴向挡板使流体朝向管的中心转向)产生的径向混合，在维持处理材料沿着管的有序流动时发生这两个动作。
[0016]该处理方法优选地还使用静止的径向挡板以防止或减少轴向分散，并从而保持处理材料的有序流动。
[0017]在优选的处理方法中，在挡板和管的壁之间提供周向间隙并且通过定位在间隙内并扫掠其中具有处理材料的间隙的轴向搅拌器叶片在流体中创建切向流动。
[0018]因此，本专利技术提供了一种具有轴向挡板的主动混合的活塞流系统，其为处理流体
提供了独特的流动模式。在优选的实施方式中，还使用径向挡板。该系统的管优选地用端盖密封。供给材料在管的一端部处被连续地添加并且处理过的材料在管的另一端部处被连续地排出。也可以使用沿着管的中间添加点和取出点。优选的是，挡板和搅拌器轴可以独立地从管中移除。此外，固定的挡板以独立于轴向搅拌器叶片的方式被安装并且不由这些叶片支撑。该设计便于使用由金属或可能具有低机械强度但具有良好的耐化学性的材料(例如合成聚合物)制成的挡板。在优选的实施方式中，它还使得能够在没有粘接(bonding)或焊接的情况下组装径向挡板元件和轴向挡板元件。
附图说明
[0019]通过参考附图对本专利技术进行说明，但本专利技术并不受其限制，在附图中：
[0020]图1是根据本专利技术的设备的外观图。
[0021]图2示出了在图1的设备中使用的轴向搅拌器。
[0022]图3示出了图1的设备的轴向挡板和径向挡板。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于处理材料的连续轴向流动的设备，包括具有活塞流长度的管，所述管设置有静止的轴向挡板并且还设置有轴向搅拌器叶片，所述轴向挡板被安装用于在所述管的内表面和所述挡板之间提供连续的间隙，所述轴向搅拌器叶片能够被驱动以扫掠所述间隙。2.根据权利要求1所述的设备，用于处理处理材料，其中处理材料以有序的流动连续地流经所述管，并且所述管设置有用于材料的供给和排出的连接件。3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述轴向叶片在混合期间连续地旋转并且仅在一个方向上进行所述旋转。4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，在所述活塞流长度内设置有静止的径向挡板，所述径向挡板不延伸到所述间隙中。5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述管在其端部处设置有盖，并且所述搅拌器叶片由穿过一个端盖的轴保持就位，所述轴向挡板由相反的端盖保持就位。6.根据权利要求4或5所述的设备，其中所述轴向挡板和所述径向挡板通过互锁狭槽接合在一起以形成刚性组件，而无需焊接、粘接、螺钉或固定螺栓。7.根据权利要求6所述的设备，其中所...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：R，
类型：发明
国别省市：