CN101523147A - 具有混合区的热交换器反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热交换器反应器，其包括容器；至少一个选自板、壁或螺旋片的分隔部件，该分隔部件将进入至少一个热交换区的热交换流体与进入至少一个混合区的流体隔开；以及至少一个导流装置(1)，其具有一个或多个端口(3)或一个或多个喷射口，该导流装置(1)插在混合区内。进出一个或多个混合区的热量进出一个或多个热交换区地进行热交换。本发明还涉及热交换器反应器的用途。

Description

具有混合区的热交换器反应器
技术领域
本发明涉及一种具有混合区的热交换器反应器，以及根据本发明的热交换器反应器的用途。
背景技术
在许多工艺中，反应物或流体在进入热交换区之前混合，然后在热交换区将混合物调节至期望温度。在一些工艺中，热量通过串联连接的热交换器从流体流转移，并在各热交换器前分批加入一种或多种反应物或流体。根据另一个实施方案，使反应流循环以限制任何温升。已在使用的又一个解决方案是，将一个或多个混合容器串联连接成所谓的“级联混合容器”。
所有上述技术方案都有缺点，其原因在于它们复杂而且昂贵。
发明内容
因此，本发明提供一种针对上述问题的解决方案。相应而言，本发明涉及一种具有混合区的热交换器反应器，其包括容器；选自板、壁或螺旋片的至少一个分隔部件，该分隔部件将进入至少一个热交换区的热交换流体与进入至少一个混合区的流体隔开；以及至少一个导流装置，其具有用于流体的一个或多个端口或开孔，该导流装置插入在混合区内，以及进出混合区的热量直接实现进出热交换区。
具有混合区的热交换器反应器可以是反应-混合冷却器(RMC)、流体在其中的一个或多个混合区中发生混合的热交换器、具有在其中发生化学反应的混合区的热交换器、具有在其中流体发生稀释的混合区的热交换器等，或者它们的组合。
该热交换器反应器包括容器，其分隔成用于热交换流体的至少一个区以及用于待混合的流体、用于待反应的流体、用于待稀释的流体等的至少一个混合区。该热交换器反应器进一步包括选自板、壁或螺旋片的至少一个分隔部件，该分隔部件将热交换流体与混合区中的流体隔开。进出混合区的热量热交换到一个或多个热交换区中的热交换流体。导流装置可以是导管、管子、管道、腔室、流体片状室或者它们的组合，该导流装置具有一个或多个喷嘴或喷射嘴、具有一个或多个喷洒装置、具有一个或多个喷射装置、具有一个或多个用于流体的端口或开孔等，或者它们的组合。导流装置插入在混合区内，以及进出混合区的热量直接实现进出热交换区。
根据本发明的一个备选方案，可将整个导流装置加压使得导流装置内部的流体压力高于混合区的流体压力。根据另一个备选方案，导流装置的流体与混合区的流体之间可以不存在压力差或者该二者之间的压力差很小。根据本发明，流体限定为液体、气体、微粒以及它们的组合。因此，流体可以是任意类型的流体或流体的组合，例如液体-液体、液体-气体或气体-气体等。根据本发明的一个备选方案，可借助于静态混合器或任意类型的混合元件在混合区中混合流体以增加湍流。另一种混合流体的方法可以是在混合区中将一种流体喷射到另一种流体中。
如上所述，流体或反应物的混合在热交换器中实现。来自放热反应的热量由于导热性而立即从反应转移。工艺控制将取决于导热装置的端口、点、开孔、喷射口等的数量、混合区的数目等，并且该工艺将通过基于动力学及所述反应计算出的预设温度范围、压力范围等而获得平衡。根据一个备选方案，热交换区可以是螺旋式热交换器。该螺旋式热交换器可设计成在流体流中产生期望的湍流而不会干扰压降。采用螺旋式热交换器的一个优点在于，可使用标准单元以及入口点或混合点的布置，该入口点或混合点可以是连接到入口管上的喷嘴。与喷嘴连接的入口管的布置是本发明的一个实施例。根据另一个备选方案，热交换区可以是板式热交换器。
导流装置可以是：一个或多个导管或管子，其具有用于流体的端口、喷嘴、喷射口、喷射装置、喷洒装置等；一个或多个流体片状室，其具有用于流体的开孔；或者它们的组合。根据一个备选方案，导流装置的导管可安装在螺旋入口管上。端口、喷嘴、喷射口、喷射装置、喷洒装置等的直径和尺寸可根据应用进行调节。
为了稳定入口管或入口管子在螺旋式热交换器中的布置，将间距部件附接到喷嘴之间的管子上。这些间距元件将在流体经过喷嘴时减少管子的振动，并且还将在材料随温度而膨胀时将管子保持就位。
喷嘴可以是任意适当的类型，它们可以是喷射嘴，可以是具有限定孔洞、限定开槽或它们的组合的精细分配系统。根据本发明的一个备选方案，沿入口管子分布的喷嘴可以全部是相同的类型，因此所有喷嘴都相同。根据另一个备选方案，可按照在单元即混合区中的位置分布不同的喷嘴、端口、喷射口、喷射装置、喷洒装置等。根据又一个备选方案，喷嘴可在管子的流速和设计方面是相同的或不同的，喷嘴可在入口管子上以相同的间距、不同的间距等间隔开。取决于工艺特性如产品浓度、焓、熵，单元的设计可能由于在单元中的位置和分配装置的类型变化而不同。
本发明还涉及使用根据本发明的热交换器反应器用于化学反应、用于稀释流体、用于混合流体等。本发明进一步的实施例由权利要求限定。
下面将利用图1至图4解释本发明。附图的目的是图解本发明而非意图限制本发明的范围。
附图说明
图1是示出待插入到根据本发明的一个示例的螺旋式热交换器内的入口管子的视图。
图2是示出具有根据本发明的一个示例的喷嘴的入口管子的视图。
图3是示出具有喷嘴的入口管子的视图，该喷嘴正在沿不同方向扩散流体。管子上附接有间距部件以将管子固定到根据本发明的一个示例的热交换器中。
图4是示出连接到垂直于入口管子的螺旋管子上的入口管子的布置的视图。螺旋管子连接所有的入口管子并且还连接到流体源上。入口管子装置被插入到根据本发明的一个示例的螺旋式热交换器内。
具体实施方式
在图1中管子或导管1插入在螺旋式热交换器2内。导管1上安放有一个或多个喷嘴3以将流体引入到螺旋式热交换器2的混合区内。间距元件4沿导管1安放以将导管固定在混合区中。图2是具有喷嘴3的导管1的放大视图。在图3中，流体也就是水——从喷嘴3喷出。水沿不同方向喷出而散开并覆盖热交换器中的混合区。图3还详细地示出了间距元件4。间距元件4由具有钉或销的平面结构构成以将元件固定而防止其侧移。
在图4中若干导管1安装在螺旋入口管5或螺旋入口管子5上。该螺旋导管5反映螺旋式热交换器2的螺旋状以有利于将导管1插入到热交换器2内。也可将在图4中不可见的混合元件插入到螺旋式热交换器内。混合元件可以是静态混合器。
本发明的具有混合区的热交换器反应器例如可用于具有工艺流体和反应流体的工艺，工艺流体可在30吨至60吨的范围内，反应流体可在0.1吨至4吨的范围内，并且温度可在30℃至200℃的范围变化。本示例的目的是说明本发明的热交换器反应器的性能，而非意图限制本发明的范围。

Claims (13)

1.一种热交换器反应器，包括容器；至少一个选自板、壁或螺旋片的分隔部件，所述分隔部件将一个或多个热交换区与一个或多个混合区隔开，所述热交换器反应器还包括一个或多个导流装置，所述导流装置具有一个或多个流体端口或者一个或多个用于流体的喷射口，所述导流装置插在所述一个或多个混合区内，以及进出所述一个或多个混合区的热量进出所述一个或多个热交换区地进行热交换。
2.根据权利要求1所述的热交换器反应器，其特征在于，所述一个或多个混合区包括一个或多个静态混合器。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的热交换器反应器，其特征在于，所述导流装置是一个或多个导管、一个或多个管子、一个或多个管道、一个或多个腔室、一个或多个流体片状室，或者它们的组合。
4.根据权利要求3所述的热交换器反应器，其特征在于，所述导流装置是具有用于流体的端口的一个或多个导管，所述导管安装在螺旋入口管上。
5.根据权利要求3所述的热交换器反应器，其特征在于，所述导流装置是具有用于流体的端口的一个或多个导管，所述导管安装在螺旋入口管上，与具有用于流体的开孔的一个或多个流体片状室相结合。
6.根据上述权利要求中任一项所述的热交换器反应器，其特征在于，一个或多个端口选自由以下构件所构成的组：一个或多个喷嘴、一个或多个喷射嘴、一个或多个喷洒装置、一个或多个喷射装置、具有用于流体的开孔的一个或多个端口、具有精细分配系统的一个或多个端口，或者它们的组合，所述精细分配系统具有限定的孔洞或具有限定的开槽。
7.根据上述权利要求中任一项所述的热交换器反应器，其特征在于，所述热交换区是螺旋式热交换器。
8.根据上述权利要求中任一项所述的热交换器反应器，其特征在于，所述热交换区是板式热交换器。
9.根据上述权利要求中任一项所述的热交换器反应器，其特征在于，所述管子或导管具有间距元件。
10.根据上述权利要求中任一项所述的热交换器反应器，其特征在于，所述端口是喷嘴或喷射嘴。
11.根据上述权利要求中任一项所述的热交换器反应器，其特征在于，所有所述端口或所述喷射口都相同，或者所有所述端口或喷射口都是从喷嘴、喷射嘴、喷射口、喷射装置、喷洒装置所构成的组中选定的不同的端口。
12.根据上述权利要求中任一项所述的热交换器反应器，其特征在于，所述端口或所述喷射口在所述入口管上以相同的间隔或不同的间隔而隔开。
13.一种用于化学反应的根据权利要求1至权利要求12中任一项所述的热交换器反应器的用途，用于稀释流体、用于混合流体、用于使一种流体与另一种流体发生反应。
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