改進的管式反應器和工藝制造技術

本發明專利技術提供了一種連續混合器/反應器和混合工藝，其中材料以有序方式沿著通道（9）的長度流動并且通過在通道（9）內提供攪拌物單元（5、7）并且搖振通道（9）使得攪拌物單元（5、7）在通道（9）內在通道（9）的徑向方向上運動而在橫向于通道（9）的軸線的方向上混合材料。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及用于在動態混合條件下通過液體、漿體、氣體/液體混合物、超臨界流體、氣體、非混流體(或這些材料的混合物)在通道中連續運動或流動而進行輸送的流動系統。應用的例子包括(但不限于)作為化學反應器、提取器、混合器、結晶器、生物反應器、力口熱器和冷卻器的連續流動系統。例子也包括需要有序流動并且需要防止相分離、增稠或固化的流體輸送系統。本專利技術特別地涉及包括有序流動并且在大致橫向于流動方向的方向上進行混合的連續流動系統。
技術介紹
理想栓塞流(plug flow)指的是流動流體的速度在通道面上是均勻的并且不發生逆混的流動條件。然而應當認識到理想栓塞流既對于較大管是不理想的(在較大通道中的一定橫向運動是進行混合所必需的)，也是不可能的(例如，壁摩擦影響速度剖面)。在 本文中，栓塞流指的是接近理想栓塞流的條件。在本文中，栓塞流表示有序流動使得流體元以它們進入通道的大致相同的順序穿過并且離開通道。這也適用于這樣的系統，其中兩個相沿兩相反方向行進(逆流流動)但是每個相在它的相應方向上近似地遵守栓塞流的規則(除了可以在相之間輸送的組分之外)。所以本專利技術最小化通道內的材料的逆混程度，此外徑向混合可以減小滯留區或表面曳力的影響并且在這樣做能夠改善栓塞流的質量。本專利技術涉及通道中的流動。術語“軸向”指的是通道的長軸。通過通道的流體的凈方向是軸向的。術語“徑向”指的是與軸向軸線大致成90°的平面。本文中的術語“靜態混合”指的是在不移動混合器單元的情況下改變通道內的流體的流動方向的系統。例子包括紊流、通道彎曲部、擋板和靜態混合器。本專利技術涉及流動通道中的動態混合。多數常規動態混合器包括旋轉式攪拌物的使用。通過搖振通道實現本專利技術的混合方法。通道包含攪拌物以增強混合并且在該情況下優選的攪拌物運動被限制到徑向平面。在本專利中使用的術語“通道”描述處理材料流動通過的通道。它可以是管或管道。提到諸如通道直徑與長度的比率，則假設通道是圓形的。在通道為非圓形的情況下，可以使用本文中所述的原理和尺寸確定標準通過合理判斷來應用這些或其它參數的估計。在本專利的上下文中通道指的是通過搖振進行混合的管或管道。一系列通道可以串聯使用，在該情況下每個通道可以通過連接管道與另一個通道分離。任何連接管道的直徑優選地小于通道，從而在連接管道內的動態混合不存在的情況下保持有序流動。一系列通道也可以并聯使用。本專利技術的系統被稱為攪拌管系統(ATS)或攪拌管式反應器(ATR)。PCT公告WO 2008/068019描述了一種攪拌槽反應器。它包括兩個或更多的連續攪拌槽(CSTs)，由此通過搖振槽實現混合。假設兩種不同密度的材料存在于槽內，搖振的效果將是產生混合。攪拌槽反應器內的各個級內的流體運動不遵循栓塞流型態。然而當多級串聯使用時，獲得栓塞流特性。這種設計的限制與比例擴大相關。在攪拌槽反應器中，混合槽內的流體組分必須大致均勻以防止旁通或阻塞。為此，槽的長度應當類似于直徑。當級的容量增加時這導致大直徑的級。大直徑的級比小直徑的通道效率低，原因是它們需要更大的搖振器行程(這限制搖振頻率)。大直徑的通道也增加系統的重量和高度，這影響穩定性并且需要更大的搖振器功率。本專利技術涉及一種使用搖振混合技術的管式系統。不同于W02008/068019,這是一種不需要用于栓塞流的多個級的管式系統(盡管由于緊湊性的原因可以使用級分離)。在這種設計中，通道長度(不是多個離散級)形成用于保持通過通道的產品的栓塞流的基礎。在本設計中通向通道的入口和出口在軸向路徑上分離最遠實際距離。本專利技術的攪拌管系統具有以下優點。*ATS中的混合的優選方向在徑向平面中，而攪拌槽反應器中的混合的方向優選地是隨機的。這意味著ATS內的單級內的流型大致上是栓塞流。這導致通過單個通道的栓塞流。 入口管道相對于出口管道的位置在理想攪拌槽反應器中是不重要的。在ATS中， 入口管道和出口管道在軸向平面上分離最大實際距離。·在攪拌槽設計中，排出管道中的材料的組分與槽中的任何點大致相同。在ATS中，排出管道中的材料的組分僅僅與緊鄰排出管道的ATS通道內的材料相同。美國專利5628562描述了一種具有管的計量裝置，所述管可以被供給兩種材料并且可以左右移動以導致混合。金屬絲附連到管的內壁并且縱向地延伸通過管以增強混合。盡管未提到尺寸，但是該設計不是栓塞流系統并且如圖所示的混合單元特別地旨在促進軸向和徑向兩個平面中的混合。ATS設計允許使用長通道并且它也允許使用具有相對較小直徑的通道。對于超過200毫升的容量，相比攪拌槽設計，長、小直徑管導致更低的重量、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系統。也可以使用小于200毫升的ATS系統。根據ATS投入的用途，適宜的是為它提供溫度控制護套。這提供調節處理溫度并且在需要時增加或去除熱的手段。ATS的通道中的一個或更多個安裝在搖振平臺上并且通過搖振通道產生混合。與攪拌槽設計相同，超過一種密度的材料必須存在于通道中以用于發生混合。通過參考附圖示出該設計。圖I顯示了 ATS通道。產品在入口(I)處流入并且流動通過通道(9)到達出口(2)。加熱或冷卻流體(需要時)經由入口連接部(3)和出口連接部(4)泵送通過加熱/冷卻護套(10)。可以使用各種冷卻/加熱護套設計。與其它流體組分密度不同的自由運動攪拌物單元位于通道內。在該例子中，顯示了彈簧狀混合器(5)。圖I顯示了一系列分離的混合器(5和7)。備選地，不同類型的混合器可以用于單個通道中。可以使用混合環(6)，如圖I中所示。顯示了可選的用于加熱/冷卻護套的膨脹波紋管(8)。這些適應殼體和護套之間的不同膨脹。一個通道或多個通道安裝在運動平臺(未在圖I中顯示)上。通道也可以連接到其它通道以增加容量，如圖2中所示。圖2顯示了安裝在攪拌平臺(12)上的多個通道(11)，例如圖I中所示的通道，所述攪拌平臺在橫向于通道的長軸的方向上來回移動組件。運動方向也可以是在橫向于通道的長軸的方向上的軌道運動或某個其它型式。未顯示平臺攪拌機構的細節。處理通道在不同點處可以具有例如用于器械、采樣或添加的各種連接部。圖3顯示了反應通道(13)內的彈簧狀攪拌物(14)。可選的攪拌物環(15)設在攪拌物的每個端部處。攪拌物環(15)防止相鄰攪拌物的端部碰損或纏繞。當接觸通道的側面時它們也可以提供用于攪拌物單元的軟接觸表面。這可以減小磨損和產品損壞。攪拌物環可以具有孔或切口以改善沿著通道的流動。攪拌物環可以由諸如塑料的軟材料或諸如金屬的硬材料制造。它可以使用橡膠或塑料層以緩沖撞擊并且產生彈回。攪拌物環也可以用于減小逆混或俘獲流體中的一個相。優選的是，攪拌物的組合效果是掃掠通道直徑的50%或更多。為此，可以使用包含超過一個直徑的混合單元的攪拌物，如圖4中所示。這使用4個外混合桿(16)和一個內桿。備選地，簧內簧或同心環可以用作混合器。圖5顯示了處理通道(21)內的靜態攪拌物導向器。攪拌物(18)具有中空中心部以允許自由運動。攪拌物導向器(19)防止相鄰攪拌物接觸。攪拌物導向器間隔件(20)是連接攪拌物導向器的桿。為了允許攪拌物的自由運動，優選的是，攪拌物導向器間隔件的長軸在通道直徑的中間1/3內。它可以位于周邊處，但是這將減小熱傳遞能力或者會本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：R·阿什，D·莫里斯，
申請(專利權)人：阿什莫里斯有限公司，
類型：
國別省市：