CN101952029A - 用于蜂窝体连续流反应器的装置和方法 - Google Patents

用于蜂窝体连续流反应器的装置和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于使诸如连续流中的的流体反应的反应器，其包括：挤出的多孔体，该多孔体具有按从所述多孔体的第一端至第二端方向平行延伸的孔道，所述多孔体具有多个第一孔道和多个第二孔道，所述多个第一孔道在所述多孔体的两端开口，所述多个第二孔道的孔道在所述多孔体的一端或两端封闭，所述多个第二孔道是相邻的孔道且配合起来至少部分地限定至少部分延伸穿过所述多孔体的流体通道。所述流体通道优选具有沿多个第二孔道的孔道来回盘旋的路径，所述流体通道在多孔道体的端部或其附近、在多个第二孔道的孔道内将孔道与孔道横向连接。

Description

用于蜂窝体连续流反应器的装置和方法
优先权
本发明涉及2008年1月31日提交的题为“用于蜂窝体连续流反应器的装置和方法”的美国临时专利申请序列第61/063,090号和2007年12月31日提交的标题与本发明相同的美国临时专利申请序列第61/018,119号的优先权。
背景技术
本发明一般性涉及蜂窝体连续流反应器，更具体地涉及使用蜂窝体连续流反应器的装置和方法，尤其涉及在蜂窝体连续流反应器中或者与蜂窝体连续流反应器一道用于流体发送(fluid routing)、流体转向(fluid porting)、歧管(manifolding)和密封的装置和方法。
发明内容
根据本发明的一个实施方式，一种使诸如连续流中的的流体或间歇流中的流体反应的反应器，其包括：多孔挤出体，具有许多按从所述多孔挤出体的第一端至第二端的方向平行延伸的孔道，所述多孔挤出体具有多个第一孔道和多个第二孔道，所述第一孔道在多孔挤出体的两端开口，所述第二孔道在所述多孔挤出体的一端或两端封闭，多个第二孔道是相邻的且配合起来至少部分地限定至少部分延伸穿过所述多孔挤出体的流体通道。所述流体通道具有沿多个第二孔道的孔来回盘旋的路径，所述流体通道在多孔挤出体的端部或其附近在多个第二孔道内将孔道与孔道横向连接。
附图简要说明
图1是按照本发明的一个实施方式的反应器的俯视图，该反应器包括挤出的多孔体或蜂窝体，该图示出在垂直于孔道的平面的流体路径。
图2是图1示出的按照本发明一个实施方式包括挤出的多孔体或蜂窝体的反应器的侧视图，示出流体路径的补充细节。
图3是在挤出体的一端或两端封闭时的孔道的截面图，显示一种可用于本发明在孔道之间互连的方法。
图4是在挤出体的一端或两端封闭时的孔道的截面图，显示另一种可用于本发明在孔道之间互连的方法。
图5是按照本发明的另一个实施方式的反应器的俯视图，该反应器包括挤出的多孔体或蜂窝体，该图示出在垂直于孔道的平面的另一流体路径。
图6是图5所示包括挤出的多孔体或蜂窝体的反应器的侧视图，该图示出在挤出体的一端与输入口和输出口连接的流体连接器。
图7是按照本发明的一个实施方式的反应器的截面图，该反应器包括挤出的多孔体或蜂窝体，显示与挤出体的流体连通。
图8是反应器的分解透视图，该反应器包括挤出的多孔体或蜂窝体，该图示出在挤出体的一侧或两侧与输入口和输出口连接的流体连接器。
图9是按照本发明的另一个实施方式的反应器的截面图，该反应器包括挤出的多孔体或蜂窝体，显示与挤出体的流体连通。
图10是按照本发明的一个实施方式的反应器的俯视图，该反应器包括挤出的多孔体或蜂窝体，该图示出在垂直于孔道的平面内的又一流体路径。
图11是按照本发明的一个实施方式的反应器的俯视图，该反应器包括挤出的多孔体或蜂窝体，该图示出在垂直于孔道的平面内的再一流体路径。
图12是在挤出体的一端或两端封闭时的孔道的截面图，显示一种可用于本发明歧管化(manifold)或划分流体路径的方法，具有两种路径，一种从挤出体一端开始，一种在挤出体内开始。
图13是挤出体或蜂窝体结构的一端的局部俯视图，显示在挤出体该端的输入口始于挤出体内的多个通道。
图14是挤出体或蜂窝体结构的局部俯视图，显示在挤出体一侧的壁上的输入口始于挤出体内的多个通道。
图15是挤出体或蜂窝体结构的截面图，显示深的栓体27。
图16是挤出体或蜂窝体结构的截面示意图，显示在挤出体一侧的输入口30始于挤出体内的两个通道28。
图17和图18是挤出体或蜂窝体结构的两个不同实施方式，具有在挤出体一侧的输入口30始于挤出体内的四个通道28。
具体实施方式
下面将详细参考本发明的优选实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。只要有可能，在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。
本发明涉及包括多孔挤出体20的反应器12，其实施方式示于图1的俯视图。多孔挤出体20具有多个按从多孔挤出体一端向另一端的方向平行延伸的孔道，孔道端部可参见图1。孔道包括多个第一孔道22和多个第二孔道24，所述第一孔道22在多孔挤出体两端是开口的，所述第二孔道24在多孔挤出体的一端或两端被一个或多个设置在多孔挤出体端部或其附近且部分位于多个第二孔道24的孔道内的栓体26或者是或多或少连续的堵塞材料26封闭。多个第二孔道24(闭合的孔道)是相邻的孔道且配合起来以帮助限定延伸穿过多孔挤出体20的流体通道。该流体通道沿孔道24按照图1和图2的箭头路径28所示的总体方向的上下盘旋的路径，仅在多孔道体20的端部32、34上或其附近垂直于孔道24横向延伸，其中，使孔道24之间的壁缩短或转向抑或是破裂以允许孔道24之间的流体连通。
在本发明的另一个实施方式中，路径不仅在沿图2所示的孔道的方向而且在垂直于孔道的平面内盘旋，如图5的俯视图所示。在图5的俯视图中的多个闭合孔道24在垂直于孔道24和22的平面内一般以盘旋的路径排列。因此流体路径28在图5的平面内和之外的方向以相对较高的频率盘旋，且在该图的平面内以相对较低的频率盘旋。这种双盘旋路径的结构使得能够有高的路径总体积和长的路径总长度，同时保持在路径和开口孔道22之间大的表面积，并使反应器12的总填充尺寸较小。
由图5可知，闭合孔道的盘旋设置是本发明的优选实施方式之一；根据应用，其他设置是可能的或者甚至需要的。不过希望，不必考虑图1或图5的平面内的路径的形状，大部分的路径只有一个孔道的宽度。这使得能够容易地制造能有很高的表面积体积比的流体路径。
需要时，孔道24中宽度大于一个孔道的分组25的其他孔道可以在路径的进口和出口30周围进行堵塞，如图1和图5所示。这些其他的堵塞孔道可对O形环密封或烧制的玻璃料密封或其他密封系统提供支承，以提供与通道28的流体连通，并任选地可以不形成路径28的一部分。图6示出一种供选择的实施方式，其中，进管36已被密封为堵塞孔道的两个分组25。
为达到耐久性和化学惰性，挤出体或蜂窝体20优选由挤出玻璃、玻璃-陶瓷、或陶瓷材料形成。氧化铝陶瓷因具有良好的强度、惰性以及比玻璃和一些陶瓷更高的热导率而被优选。所述多孔体优选孔密度至少200个孔/英寸2。较高的密度可得到较高热交换性能的装置。具有大于或等于300，或者甚至大于或等于450个孔/英寸2的多孔体是形成高性能装置的可能的最佳选择。
路径28可以沿孔道24的方向沿单一孔道上下前行，如图3所示。或者，路径28可以沿孔道24的方向跟随多个由两个或更多个平行孔道组成的连续独立组，如图4所示。
图7是按照本发明的另一个实施方式的连接后的反应器10的截面图，该反应器包括挤出的多孔体或蜂窝体，显示与挤出体的流体连通。在图7的实施方式中，流体外壳40通过密封物42支承该挤出体。外壳40可以包括包封挤出体的单一单元，或者可任选不包括40C部分，使外壳包括两个部分即40A和40B。流体路径48通常用于流动热控制流体，是通过与外壳40相结合的如图1和图5所示的开口通道22形成的。通过流体连接器46经过流体导管30进入多孔道体20中的路径28。流体导管60穿过外壳40上的开口62，在开口62中使用密封物44。
图8是反应器12的分解透视图，该反应器包括挤出的多孔体或蜂窝体，该图示出在挤出体20的一侧或多侧与输入口和输出口30连接的流体连接器46。流体连接器46包括流体连接器主体50，该主体具有包围流体通道54的凸起的同心环52。当组装时，通过凸起的环52保持弹性体O形环56压缩抵靠在由所述多孔体20侧面上形成的平坦表面58。在挤出的多孔体20内的大量壁结构提供了对抵靠平坦表面58上的紧密(robust)压缩密封的充分支承。
比如在图8的实施方式中的反应器12可以获得连接后的反应器10的优选结构，如图9所示，图9是按照本发明的另一个且目前优选的实施方式的连接的反应器10的截面图，该反应器10包括挤出的多孔体或蜂窝体20，显示与挤出体20的流体连通。相比于图8实施方式的优点包括没有密封物44，在两个流体路径28和48之间没有任何直接的密封(例如密封物44或流体连接器46)。因此可以针对各路径的流体独立地选择最佳的密封材料，即使密封失效也不会导致自两个路径28和48的流体发生互混。
图10和11是按照本发明的其他供选择的实施方式的反应器12的俯视图，该反应器12包括挤出的多孔体或蜂窝体，显示在垂直于孔道或通道22、24的平面内的另一种流体路径28。由这些图可知，这些实施方式包括在流体路径28中的歧管，使路径28在垂直于孔道的平面内分成平行的路径。图12是在挤出体20的一端或两端封闭的通道24的截面示意图，显示一种本发明用于将流体路径歧管化或分支化的方法，具有从平行于孔道或通道22、24的平面中的一个分支的两个路径，并始于挤出体20内。
图13是挤出体或蜂窝体结构的一端的局部俯视图，该图显示用于歧管化为具有多个平行通道28的方法或结构，所述通道在挤出体一端上的输入口30始于挤出体内。
图14是挤出体或蜂窝体结构的局部俯视图，显示在挤出体一侧的壁或平坦表面58上的输入口30始于挤出体内的多个通道28的另一种实施方式。
如图15的截面图所示，在挤出体的侧部具有输入口的实施方式中，需要时可以使用在输入口30与通道28邻接(border)的深的栓体27，这样能避免或减少沿路径或通路28的“死”体积。
如图16的截面图所示，具有相同或小于与单一孔道或通道22、24的宽度的单一输入口30可以接入到两个在挤出体20侧的输入口30始于挤出体20内的通路28。在图16～图18中，标记“X”代表从观察者至图的平面上的路径或通路28。
如图17和图18的截面图所示，宽度大于单一孔道或通道22、24但小于两个孔道或通道的宽度的单一输入口30可以接入到四个从挤出体20侧的输入口30始于挤出体20内的通道28。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于使流体，如连续流中的流体，反应的反应器，其包括：
挤出的多孔体，该多孔体具有按从所述多孔体的第一端至第二端的方向平行延伸的孔道，所述多孔体具有多个第一孔道和多个第二孔道，所述第一孔道在所述多孔体的两端开口，所述第二孔道在所述多孔道体的一端或两端封闭，所述多个第二孔道是相邻的孔道且配合起来至少部分地限定至少部分延伸穿过多孔体的流体通道，所述流体通道具有沿多个第二孔道来回盘旋的路径，所述流体通道在多孔体的端部或其附近，在多个第二孔道内将孔道与孔道横向连接。
2.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述通道在垂直于所述多孔体的孔道的平面具有一个孔道的宽度。
3.如权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，所述通道具有沿多个第二孔道的孔道来回至少两次的盘旋路径。
4.如权利要求1至3中任一项所述的反应器，其特征在于，所述通道可从多孔体的外部经由输入口和输出口接入，所述输入口位于所述多孔体的第一端且被在多孔体的第一端由栓体封闭的多孔体的孔道包围。
5.如权利要求4所述的反应器，其特征在于，还包括与输入口连接的流体连接器，所述流体连接器具有压缩密封，其中，所述压缩密封压缩抵靠在栓体或压缩抵靠在由包围输入口的孔道中的栓体支承的表面上。
6.如权利要求4所述的反应器，其特征在于，还包括与输入口连接的流体连接器，所述流体连接器贴附于栓体、或贴附于由包围输入口的孔道中的栓体支承的表面。
7.如权利要求6所述的反应器，其特征在于，所述流体连接器通过烧结的玻璃料贴附于栓体、或贴附于由栓体支承的表面。
8.如权利要求1至3中任一项所述的反应器，其特征在于，所述通道可从所述多孔体的外部经由输入口和输出口接入，所述输入口位于多孔体的一侧的壁上。
9.如权利要求8所述的反应器，其特征在于，还包括与输入口连接的流体连接器，所述流体连接器具有压缩密封，其中，所述压缩密封压缩抵靠在多孔体一侧的壁上。
10.如权利要求8所述的反应器，其特征在于，还包括与输入口连接的流体连接器，所述流体连接器贴附于所述多孔体一侧的壁上。
11.如权利要求10所述的反应器，其特征在于，所述流体连接器通过烧结的玻璃料贴附于所述多孔体一侧的壁上。
12.如权利要求1至11中任一项所述的反应器，其特征在于，所述多个第二孔道配合起来限定至少部分地延伸穿过多孔体的至少一部分第一流体通道和至少部分地延伸穿过多孔体的至少一部分第二流体通道，所述第一流体通道和所述第二流体通道各自具有沿所述多个第二孔道的孔道来回盘旋的路径，所述第一流体通道和所述第二流体通道各自在所述多孔体的端部或其附近、在所述多个第二孔道的孔道内将孔道与孔道横向连接。
13.如权利要求12所述的反应器，其特征在于，所述第一流体通道和所述第二流体通道从所述多孔体开始并源自单一通道。
14.如权利要求12或13所述的反应器，其特征在于，所述第一流体通道和所述第二流体通道各自在多孔体内结束并重新结合形成单一通道。
15.如权利要求12至14中任一项所述的反应器，其特征在于，所述第一流体通道和第二流体通道从输入口开始。
16.如权利要求12至14中任一项所述的反应器，其特征在于，所述第一流体通道和第二流体通道始于多孔体的端部或其附近。
17.如权利要求1至16中任一项所述的反应器，其特征在于，所述流体通道在所述多个第二孔道的孔道内，通过多个第二孔道的缩短的孔壁将孔道与孔道横向连接。
18.如权利要求9至11中任一项所述的反应器，其特征在于，所述多孔体包括在输入口与流体通道邻接的栓体。
19.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述盘旋的路径包括双重盘旋路径。
20.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述盘旋的路径跟随多个由两个或更多个平行孔道组成的连续独立组前行。

Claims (18)

1.一种用于使流体，如连续流中的流体，反应的反应器，其包括：
挤出的多孔体，该多孔体具有按从所述多孔体的第一端至第二端的方向平行延伸的孔道，所述多孔体具有多个第一孔道和多个第二孔道，所述第一孔道在所述多孔体的两端开口，所述第二孔道在所述多孔道体的一端或两端封闭，所述多个第二孔道是相邻的孔道且配合起来至少部分地限定至少部分延伸穿过多孔体的流体通道，所述流体通道具有沿多个第二孔道来回盘旋的路径，所述流体通道在多孔体的端部或其附近，在多个第二孔道内将孔道与孔道横向连接。
2.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述通道在垂直于所述多孔体的孔道的平面具有一个孔道的宽度。
3.如权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，所述通道具有沿多个第二孔道的孔道来回至少两次的盘旋路径。
4.如权利要求1至3中任一项所述的反应器，其特征在于，所述通道可从多孔体的外部经由输入口和输出口接入，所述输入口位于所述多孔体的第一端且被在多孔体的第一端由栓体封闭的多孔体的孔道包围。
5.如权利要求4所述的反应器，其特征在于，还包括与输入口连接的流体连接器，所述流体连接器具有压缩密封，其中，所述压缩密封压缩抵靠在栓体或压缩抵靠在由包围输入口的孔道中的栓体支承的表面上。
6.如权利要求4所述的反应器，其特征在于，还包括与输入口连接的流体连接器，所述流体连接器贴附于栓体、或贴附于由包围输入口的孔道中的栓体支承的表面。
7.如权利要求6所述的反应器，其特征在于，所述流体连接器通过烧结的玻璃料贴附于栓体、或贴附于由栓体支承的表面。
8.如权利要求1至3中任一项所述的反应器，其特征在于，所述通道可从所述多孔体的外部经由输入口和输出口接入，所述输入口位于多孔体的一侧的壁上。
9.如权利要求8所述的反应器，其特征在于，还包括与输入口连接的流体连接器，所述流体连接器具有压缩密封，其中，所述压缩密封压缩抵靠在多孔体一侧的壁上。
10.如权利要求8所述的反应器，其特征在于，还包括与输入口连接的流体连接器，所述流体连接器贴附于所述多孔体一侧的壁上。
11.如权利要求10所述的反应器，其特征在于，所述流体连接器通过烧结的玻璃料贴附于所述多孔体一侧的壁上。
12.如权利要求1至11中任一项所述的反应器，其特征在于，所述多个第二孔道配合起来限定至少部分地延伸穿过多孔体的至少一部分第一流体通道和至少部分地延伸穿过多孔体的至少一部分第二流体通道，所述第一流体通道和所述第二流体通道各自具有沿所述多个第二孔道的孔道来回盘旋的路径，所述第一流体通道和所述第二流体通道各自在所述多孔体的端部或其附近、在所述多个第二孔道的孔道内将孔道与孔道横向连接。
13.如权利要求12所述的反应器，其特征在于，所述第一流体通道和所述第二流体通道从所述多孔体开始并源自单一通道。
14.如权利要求12或13所述的反应器，其特征在于，所述第一流体通道和所述第二流体通道各自在多孔体内结束并重新结合形成单一通道。
15.如权利要求12至14中任一项所述的反应器，其特征在于，所述第一流体通道和第二流体通道从输入口开始。
16.如权利要求12至14中任一项所述的反应器，其特征在于，所述第一流体通道和第二流体通道始于多孔体的端部或其附近。
17.如权利要求1至16中任一项所述的反应器，其特征在于，所述流体通道在所述多个第二孔道的孔道内，通过多个第二孔道的缩短的孔壁将孔道与孔道横向连接。
18.如权利要求9至11中任一项所述的反应器，其特征在于，所述多孔体包括在输入口与流体通道邻接的栓体。
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