振荡流微反应器制造技术

本发明专利技术涉及一种装置，其包含a)具有由路径所限定的通道的无挡板反应器或微型反应器，和b)振荡流设备，其中所述通道路径包含多个方向变化。反应器通道具有0.1mm至10mm水力直径。还公开了制造所述装置的方法以及所述装置用于进行对悬浮液处理的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】振荡流微反应器本专利技术涉及振荡流微反应器，其尤其适用于悬浮液的处理。当处理固体材料在液体中的悬浮液时出现问题，这是因为固体材料具有沉淀的倾向。如果发生这种情况，该固体将不再有效地参与反应器中正在进行的过程。为了避免沉淀，应提供足够的混合能量来保持固体材料在悬浮液中。在间歇反应器中，可以通过搅拌来减少沉淀。然而，在连续的管式反应器中，这通常通过在反应器内部产生足够的紊流来实现，例如通过保持流速在所谓的临界速度以上[YoramZimmels，DeptofCivilEng.Technion，Haifa，Israel，Sedimentation，UllmannEncyclopediaofInd.Chem.，Wiley-VCH，DOI10.1002/14356007.b02_12.]。可以通过对流经反应器的液体施加振荡运动来改善传统的管式反应器的性能。在US4271007中，在连续流反应器的内壁上固体沉淀物的形成是一个问题。在(液体)重油反应流的局部过热的点上副反应形成固体。这可导致反应器的阻塞。将振荡流施加到整个管式反应器上。这提供试剂流的良好混合，并减少了反应壁上不期望的焦炭的形成。因此，该系统用来避免在反应器中由液体试剂形成固体材料。超声是可以被用来避免由反应器壁上固体的形成引起的结垢的另一种方法。以与用来清洁实验室仪器的超声处理类似的方法，可以施加超声频率给反应器。也可以使用低于超声的频率。US2005/016851A1和WO02/068112A1描述了这种(超)声技术。然而，这种方法的缺点是，反应器本身被置于运动中。这会损坏试剂软管和产物软管与反应器的连接，造成液体损失的风险。频率越高，磨损的速率越大，相关的风险越高。此外，具体地在大型反应器的情况下，这意味着需要大量能量来移动反应器本身。US6429268描述了在净低线性液体速度下管内部固定的环状挡板与叠加在低稳定流上的振荡流的组合如何在整个长度的管式反应器上生成均匀分布的强烈混合。这种稳定流与叠加的振荡流的组合使流体的运输与流体的混合去耦合。这样可以具有与紊流区相对应的混合强度，且没有高线性液体速度的缺点。这种所谓的连续振荡流挡板反应器(COBR)可以处理在短的管长度时需要相对大的停留时间的过程，而在同样混合性能下在传统的管式反应器中，具有高线速的紊流的使用将需要不切实际的长的管长度。US2008/0316858A1给出了在传统管式反应器中使用不同形状挡板与振荡流组合的另一个例子。该振荡流混合反应器包含设置在管式反应器内的螺旋挡板。该装置适合在低剪切条件下混合两相反应流。给出了结晶过程的一个理论性例子。在过去的几十年中，已经通过减小直径至毫米以及甚至亚毫米范围来改善了传统连续管式反应器的性能。这导致了传输距离(transferdistance)的减小，同时导致体积传输区域(volumetrictransferarea)的增大，这极大地改善了传热能力和传质能力。微反应器通常是具有在微米至毫米级内的一个或多个特征尺寸的反应器。因此，该术语涵盖微型反应器(微米级反应器)。可以找到微型反应器的描述，例如在V.Hessel和H.″Mikroverfahrenstechnik：Komponenten，Anlagen-konzeption，Anwenderakzeptanz"，Chem.Ing.Techn.74，2002，第17-30、185-207和381-400页；S.Lobbecke等，″ThePotentialofMicroreactorsfortheSynthesisofEnergeticMaterials"，31stInt.Annu.Conf.ICT；EnergeticMaterials-Analysis，DiagnosticsandTesting，33，27-30June2000，Karlsruhe，Germany中。已经发展了微型反应器、微型混合器、微型热交换器，例如在德国(即：IMM，Mainz，andForschungszentrumKarlsruhe)和在美国(即：MIT和DuPont)。微反应器在化学处理强化领域中是公知的，其适用于高放热反应。微反应器的较高的表面积与体积的比例允许高效传质和传热以及精确的温度控制。栓塞流模式和直径与长度的比例允许精确的停留时间的控制。对于在直径d的管中的流，实验观测表明对于“完全展开”流，当Re＜2300时发生层流，并且当Re＞4000时发生紊流。在2300和4000之间的过渡间隔中，层流和紊流都可能发生，这取决于其他因素，例如管粗糙度和流体均匀性。J.PHolmanHeattransfer，McGraw-Hill，2002。Reynolds数：(1)Re＝Reynolds数(无量纲)ρ＝密度(kg/m3)v＝速度(m/s)μ＝动态粘度(Ns/m2)d＝管道直径(m)通过进入紊流区域(Reynolds数，Re＞4000)来进一步改善传热、传质和停留时间控制的成本很高。与传统尺寸的管式反应器相比，微反应器的问题是它们的小横截面积意味着达到紊流导致每单位通道长度的压降增加。因此，紊流通常不可以经济地用于微反应器中。因此，大多数微反应器在相对低的线性流速下操作，例如在层流区域，在这种情况下传热能力和传质能力主要取决于短传输距离上的扩散。这种设计策略导致用具有相对狭窄的通道来获得足够性能的设计。虽然满足所需技术性能，但是当向工业生产按比例扩大时，这些窄通道设计导致更高的制造成本和增加的歧管装置方面的(manifolding)挑战。通常，微反应器(顾名思义，其具有狭窄的通道宽度)被认为特别容易沉淀、结垢和堵塞。[B.Pieters，Theimpactofmicrotechnologiesonchemicalandpharmaceuticalproductionprocesses，Chem.Eng.Technol.，2007，(30)，No.3，第407-409页][D.Roberge，Microreactortechnology：arevolutionforthefinechemicalandpharmaceuticalindustries，Chem.Eng.Technol.，2005，(28)，No.3，第318-323页]。尝试缩小上述挡板管式反应器的一个具体的问题是工程设计和制造如此小规模版本(而仍然保持微反应器的高效传热)的复杂性。例如，如果传热需要具有低于约10mm的内直径的微反应器，很难将挡板插入并固定到任何明显长度的一部分管子内。从许多长度短的反应器管创建单个挡板反应器通道，并把它们连在一起，这是不切实际的。此外，工业微反应器由许多这种平行通道组成，来获得足够的反应器体积。因此，巨大的技术问题和经济问题使组合COBR反应器的好处与微反应器的好处陷入僵局。此外，相对于颗粒的存在下的阻塞，挡板结构插入微反应器的狭窄通道会增加微反应器已经存在的脆弱性。本专利技术的一个目的是提供适合在微反应器规模上进行涉及固体材料在液体中的悬浮液的处理过程的装置。具体来说，该装置系统应该有效地混合待处理的悬浮液，以使固体材料在反应器中不会变成沉淀。本专利技术的另一个目的是反应器不会被流经反应器的悬浮液中的固体颗粒阻塞。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.适合进行对流体处理的装置，所述装置包含：a)具有由路径所限定的反应器通道的无挡板的微反应器，和b)振荡流设备；其中所述反应器通道具有0.01mm至10mm的水力直径，并且所述反应器通道路径包含一个或多个方向变化；并且其中反应流的净流动是在正向方向的，但振荡流设备周期性减慢、暂停和/或反转该正向流动，其中流动振荡的频率为从0.1Hz到1000Hz，并且稳定流与振荡流的振幅之间的比例为从0.05到1000。2.如权利要求1所述的装置，其中所述流动振荡的频率为从1Hz到100Hz。3.如权利要求1或权利要求2所述的装置，其中所述反应器通道具有恒定的水力直径。4.如权利要求1或2所述的装置，其中每个方向变化具有0.2至10的水力直径dh与曲线半径Rc的比例。5.如权利要求4所述的装置，其中所述水力直径dh与曲线半径Rc的比例为0.5至5。6.如权利要求1或2所述的装置，其中每个方向变化具有0°至160...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉斐尔·威尔西玛斯·伊丽莎白·格西斯雷恩·雷特珍斯，梅忽而·塔哈格，
申请(专利权)人：帝斯曼知识产权资产管理有限公司，
类型：
国别省市：