CN102448604A - 具有上部和下部歧管结构的反应器 - Google Patents
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Abstract
提供了一种反应器，其包括反应器基材以及上部歧管结构和下部歧管结构。所述上部歧管结构和下部歧管结构各自包括至少一个流动导向腔，所述流动导向腔使得在所述上部歧管结构和下部歧管结构之间流动通过所述基材的较短的端部开放通道的流体的流动方向发生反向变化。对所述上部歧管结构和下部歧管结构的流动导向腔进行设置，从而引导着流体沿着另外的曲折路径从所述上部歧管结构入口区流到下部歧管结构出口区，所述另外的曲折路径由所述上部和下部歧管结构引入的流向反转件限定。本发明描述并且要求保护其它的实施方式。
Description
要求优先权
本申请要求2009年5月31日提交的美国专利申请系列号第61/182,737号以及2009年7月31日提交的美国专利申请第12/533，359号的优先权，它们的标题为“具有上部和下部歧管结构的反应器(Reactor With Upper and LowerManifold Structures)”。
相关申请的交叉引用
本申请与2008年12月30日提交的美国专利申请系列号第12/346,090号(SP07-254)相关，但是并不要求后者的优先权。
背景技术
本发明一般涉及在蜂窝体挤出基材内的短而直的流体路径的曲折歧管，更具体来说，本发明涉及一些曲折的歧管结构，该结构能够通过可变截面积的流通路径最优化反应器。
具有高反应物通道表面-体积比和大的内部体积的化学反应器可设置成通过在反应器相反的端面整合一系列流体通道U形弯折(U-bend turn)来提供较短的端部开放的通道和较长的内部曲折通道。U形弯折可以通过以下方式形成：例如用刳刨机(router)机械加工形成通过一系列孔道的浅沟，然后使用端板或堵塞材料密封所述沟的顶部。在一条或多条平行通道中流动的流体遇到U形弯折区域内的堵塞物，发生变向，在一条或多条通道中沿着离开堵塞物的方向流走。没有用于较长的曲折路径的通道大体保持未被堵塞，形成大量的较短的端部开放的通道，这些通道引导流体沿着平行于挤出轴的方向流过反应器基材。这些较短的端部开放的通道与内部较长的曲折通道紧邻，使得在此两种通道内流通的流体之间可以进行有效的传热。
发明内容
根据本发明的主题，我们介绍了各种方法来使得流体从较短的端部开放的通道流过反应器基材，其中，流体多次通过基材。在较短的端部开放的通道内流动的流体在各个基材端面处被流动歧管结构引导，所述流动歧管结构具有各种流动导向腔体，所述流动导向腔体对准(align)较短的端部开放的通道。在所述较短的端部开放的通道内流动的流体与通过反应器基材的独立的较长的曲折通道紧邻。由于这两种通道相互紧邻，使得可以通过传热对至少一个通道中的化学反应进行精确的温度控制。本发明列出了各种构型，其中引导着传热流体或反应物流体通过所述曲折的歧管路径。通过此种方法，可以在反应器选定的区域内对传热实现最大化。
根据本发明的一个实施方式，提供了一种反应器，其包括反应器基材、上部歧管结构(manifold structure)和下部歧管结构。所述反应器基材包括大量内部基材通道，这些大量的内部基材通道在所述上部歧管结构和下部歧管结构之间延伸。所述反应器基材的内部基材通道形成(delineate)大量较短的端部开放的通道以及至少一条较长的曲折通道。所述较长的曲折通道包括较长的曲折流通路径，该较长的曲折流通路径包括所述内部基材通道的相邻的一些中的流通路径区段。所述上部歧管结构或者下部歧管结构包括入口区，该入口区与所述至少一个较短的端部开放的通道流体连通。所述上部歧管结构或者下部歧管结构包括出口区，该出口区与所述至少一个较短的端部开放的通道流体连通。所述上部歧管结构和下部歧管结构各自包括至少一个流动导向腔，所述流动导向腔使得在所述上部歧管结构和下部歧管结构之间流动通过所述较短的端部开放通道的流体的流动方向反转。对所述上部歧管结构和下部歧管结构的流动导向腔进行设置，从而引导着流体沿着另外的曲折路径从所述入口区流到出口区，所述另外的曲折路径由所述上部和下部歧管结构引入的流向反转限定。本发明描述并且要求保护其它的实施方式。
根据本发明，可以设置热交换流体的曲折歧管，从而在反应器的选定区域内实现较高的传热性能。反应物通道流体的曲折歧管可以最大程度减小未被加热或未被冷却的进入区域的体积，这将在下文中进行更详细的描述。
在实施本发明的时候，需要注意不需要对反应器基材的制造进行改变，所述歧管结构可以由低成本的材料制造，在需要耐腐蚀性能的时候，可以添加涂层(例如反应物通道曲折歧管的情况)。对于本发明所述的歧管设计，需要注意可以选择任意的曲折歧管流动式样，以便在不需要对反应器设置进行改良的前提下，使得对于特定的应用获得最优化的性能。另外，曲折的歧管流通路径可以以串联和/或并联的方式设置，以获得所需的传热和压降要求。最后，认为可以在操作中取下所述歧管结构进行清洗或者替换，而不需要替换整个反应器基材。
附图简要说明
结合以下附图阅读本发明后便可以最好地理解以下本发明具体实施方式的详细描述，在附图中，相同的结构用相同的编号表示：
图1显示了包括反应器基材、上部歧管结构和下部歧管结构的反应器；
图2显示了图1的上部歧管基材；
图3显示了图1的下部歧管基材；
图4和图5显示了另外的上部/下部歧管基材构型；
图6显示了流动导向腔各自的横截面积发生变化的实施方式；
图7显示反应器基材的截面图，所述反应器基材具有端面歧管结构，该端面歧管结构使得热交换流体在径向上变向；
图8显示叠置的反应器构型；以及
图9和10显示用来在歧管结构中实现平行流的流动导向腔结构的两个例子。
具体实施方式
首先来看图1-3，如上文所述，本发明涉及反应器100，该反应器100包括反应器基材10、上部歧管结构20和下部歧管结构30，引入各种通路，引导流体流过反应器基材10的较短的端部开放的通道12，使得流体通过反应器基材10多次。更具体来说，在各个基材的端面处通过所述上部和下部歧管结构20、30引导流体流过所述较短的端部开放的通道12，所述歧管结构包括与所述较短的端部开放的通道12对齐的各种流动导向腔。在所述较短的端部开放的通道12内流动的流体与同样通过反应器基材10的一条或多条独立的较长的曲折通道14紧邻。由于这两种通道相互紧邻，使得可以通过传热对反应基材10中的化学反应进行精确的温度控制。
再来看图1，在一个实施方式中，热交换流体可以进入上部歧管结构20的入口区22，通过流动分布板24，确保入口区22下方的各条较短的端部开放的通道12中具有均匀的流体速度。所述流体向下流过所述较短的端部开放的通道12，然后通过下部歧管结构30的U形拐弯腔35变向成向上流动。O形环15设置在所述上部与下部歧管结构20，30和反应器基材10之间，以防相邻的导向腔之间发生泄漏。所述流体流过所述较短的端部开放的通道12，然后通过上部歧管结构20的另一个U形拐弯腔25变向成向下流动。为了进行描述和限定本发明，需要注意“U-形拐弯”不一定表示流动路径中平滑的U形转变。相反的，U-形拐弯仅仅是使得流动方向反转，可以是以下的各种构型：线性的、有角度的、阶跃的或者弯曲的构型。
热交换流体在通过最后一组较短的端部开放的通道和流体收集板34之后，在出口区域32离开所述装置。通过上部和下部歧管结构20、30的端面图，图2和图3显示了流体流各自的方向×，●。在本发明中×(叉)表示向着参考平面内流动的流体，●(点)表示从参考平面向外流的流体。为了使得热交换最优化，将单独的热交换通道12设置在与相应的曲折反应物流通通道14相邻的位置。认为上部和下部歧管结构20，30可以为各种构型，以使得热交换最优化。例如，如果需要在下部歧管结构30中提供另外的流动导向腔，使得流体折回朝向上部歧管结构20中的出口区的方向，则出口区32可以设置在上部歧管结构中20，而非设置在下部歧管结构30中。
参见图1，需要注意，可以通过机械加工形成通过反应器基材10中相邻的流动通道相应的端部部分的切口13，然后使用相应的堵塞物17或者一个或多个端板对通道端部进行密封，从而可以将曲折的反应物流动通道14设置成从反应物入口16延伸到反应物出口18。在一条或多条平行通道中流动的流体在通道中遇到堵塞物17，通过切口13变向，在相邻的通道中沿着离开堵塞物的方向流走。图2、4、6中阴影表示的通道显示了可能的堵塞式样。
实施本发明的普通技术人员应认为所述较短的端部开放的通道12可参见图1中所示的单一(simple)端到端(end-to-end)构型，且例如可以设计成更复杂的流动结构，其中结合有多个平行流区段、非线形流动路径或者延伸的曲折流动路径，其中对选定的一些原本为较短的端部开放通道的端部进行选择性改良，从而结合U形拐弯或者其他种类的流动反向结构。类似的，所述较长的曲折通道14可以包括单独的曲折通道或者多条曲折通道14，还可以为各种构型。在本文中仅仅称各自的通道12，14是“较短的”和“较长的”，因为较长的通道14的曲折性质通常使得产生的流动路径比较短的端部开放通道12更长，甚至对于所述较短的端部开放通道12中具有较复杂的流动路径的情况下也是如此。根据为了实现本发明理念的具体目标，可以用各种热交换通道和反应物通道的设置实现以下特性的最优化：反应物通道内部体积，局部传热性能，或者此二者。
实施本发明的普通技术人员还可理解，本发明的反应器100可以用至少两种常规的构型实施。在第一种情况中，反应物流体在反应器基材10的较长的曲折通道14中流动，热交换流体在较短的端部开放的通道12内流动。在第二种情况中，热交换物流体在反应器基材10的较长的曲折通道14中流动，反应物流体在较短的端部开放的通道12内流动。因此，除非另外说明，本发明的范围不仅限于何种流体在何种通道中流动的情况。所有的被反应物流体润湿的歧管和板表面通常都是耐腐蚀性的，该耐腐蚀性是由材料的体相性质或表面涂层的性质获得的。
图1-3所示的实施方式可以通过提供另外的通过反应器基材10的向上和向下的热交换流动路径而扩展。例如，参见图4和图5的上部歧管120和下部歧管130，其中在较短的端部开放通道12中流动的热交换流体遇到端面歧管结构120，130时，可以通过流动导向腔125、135发生横向变向，使得流体在相邻的较短的端部开放的通道12中沿着相反的方向继续流动。为了清楚起见，图中还显示了入口和出口区域122、132的示意图。因此，如图1-3和4-5的实施方式所示，热交换流体沿着双重的曲折路径从反应器基材10中流过。
本发明还考虑了另外的热交换流动构型，其中包括端面流动导向腔的尺寸和形状都发生变化的式样，从而改变流动路径的总横截面积。这又改良了邻近的较短的端部开放通道中局部的热交换流体速度。通过调节流动导向腔的面积，可以在反应器中需要额外的传热的特定区域实现较高的热交换流。例如，在较长的曲折路径中发生的常规化学反应中，在接近曲折路径入口处的位置需要最高的传热性能。随着反应物流体沿着较长的曲折路径流动，反应继续进行，传热的要求通常会下降。
图6显示了一个例子，其中流动导向腔225的各自的横截面积发生变化，使得在反应物流体最初进入反应器基材10的区域内，即在反应物入口16处，热交换流体流速(flow)最高。需要注意，图6中为了清楚显示的目的，显示了上部歧管机构220的入口区222和流动导向腔225的示意图，随着热交换的要求沿着反应路径逐渐减小，之后的流动导向腔225的横截面积沿着热交换流动路径逐渐增大。该方式有助于确保最冷的热交换流体总是与需要最高传热的反应物通道区域紧邻。为了在此区域内获得恒定的局部传热系数h，该方法确保最大程度的传热，因为两种通道之间的ΔT是最大的。所述传热流体在选定区域内的高流速还可以用来通过在某些较短的端部开放的通道内产生湍流，从而增大局部传热系数h。
另外，认为各个上部和下部歧管结构的流动导向腔还可以设置成径向或具有方位角的构型，以提高特定区域的传热。图7显示了反应器基材10的截面图，其具有端面歧管结构320，330，这些端面歧管结构沿着径向对热交换流体进行变向。图中还显示了入口和出口区域322，332。热交换流体在上部歧管结构320的中心进入，通过流体分配板24，然后进入系列的较短的端部开放的通道12。在通过较短的端部开放的通道12之后，所述热交换流体冲击在流动变向板36的内表面上，使得流体向上变向，流向相邻的一组较短的端部开放的通道12。然后热交换流体冲击在径向构型的上部流动导向腔325上，在此处使得流体向下定向，通过较短的端部开放通道12的外部环。然后将流体收集在由流动变向板36的外表面以及下部歧管结构330的内表面形成的圆盘形通道结构中。热交换流体通过下部歧管结构330中心的出口离开所述装置。在操作中提供了支承部件，将流动变向板36支承在下部歧管结构330内。
如图6所示的实施方式，可以对图7的径向构型的实施方式中的流动导向腔325的尺寸和形状进行调节，以便在反应器基材的特定区域内提供提高的热交换流体流。通常，径向构造的流动定导腔所跨越的区域不会与所述较短的端部开放的通道12精确排列。因此，可能不得不对上部和下部歧管板320、330中的流动导向腔的形状进行构造，通过步阶近似(step-wise approximation)获得流动导向腔歧管的弯曲区域。在此情况下，可以用与流动导向腔区域的步阶周边(stepped perimeter)匹配的预先形成的垫圈密封件代替所述O形环。
预期可以采用除了简单的双重曲折路径以外的另外的热交换流体流动路径构型。例如，还可以在流动导向腔和流动通道内采用流动分流和重新结合结构的各种组合，从而在较短的端部开放的通道内获得平行的和/或串联的流动条件，以用于热交换流体。图9和10显示用来在歧管结构中实现平行流的流动导向腔结构的两个例子。
反应物流体在短而直的路径中流动的反应器构型的一个难题在于，在反应物流体最初进入装置的时候进行充分加热或冷却。当流体混和是在反应器紧邻的上游处由流体装置(例如微反应器)提供的时候，这一点是很重要的。一般来说，在进入装置的时候，反应物流过大的流体歧管，从而将反应物流体分配在基材端面上。本文所述各种实施方式的一个优点在于，在进入较短的端部开放的通道12之前，所述反应物通道的总体积可以是非常小的。例如，图7所示的入口区322包括三个较短的端部开放的通道12，但是如果需要的话，该区域可以仅仅包括一个通道12，从而最大程度减小未加热的或未冷却的进入区的体积。
通过调节流动导向腔的尺寸和形状，反应物流体通过较短的端部开放通道的流速可以发生变化。还可以通过调节流动导向腔的尺寸来调节各组较短的端部开放通道的停留时间。该方法使得特定组的较短的端部开放通道的总传热需要可以进行调节，以与相邻的较长的曲折热交换通道的传热能力相匹配。所述对较短的端部开放的通道中流过的反应物流体的流速进行的调节还可以用来局部增大反应物流体速度，通过湍流效应来提高传热和流体混和。当热交换流体从较长的曲折热交换通道流过的时候，可以引入这些种类的局部的流速调节，通过增大局部的高速流动部分的湍流来提高传热。
在不需要将进入体积最小化的反应应用中，可以将图7所示的反应器构型颠倒，使得入口流体立刻流到外围的较短的端部开放的通道12。
根据图8，类似的编号表示类似的结构，考虑了可以将多个反应器基材10，10′叠置，以提供更复杂的内部流动结构。图8显示了一种构型，其中流体在上部反应器基材10中较短的端部开放通道12中通过向上和向下的流动沿着径向向外流动，在下部的反应器基材10′中通过较短的端部开放的通道12沿着径向向内流动。
考虑可以在端面歧管结构流动导向腔内可以集成一个或多个传感器来监控被流动导向腔沿着流体路径引导的流体的工艺条件，例如温度、压力、流动、pH等。因为歧管结构可以很容易地拆下，因此可以在加工应用中，在日常维护中对传感器进行清洗或替换。还可以将传感器集成到歧管结构中用于进行工艺开发，然后拆下用于制造生产反应器。
为了描述和限定本发明，需要注意反应器可以包括任意能够提供限定在其中的一种或多种流体的流体流动通道。反应器包括很宽范围的各种通道尺寸，不仅限于特定的内部体积或流体种类。另外，需要注意在本文中，术语反应器不表示反应一定在其中发生。相反地，应当理解，反应器可以用来进行反应、热交换、或者同时发生这两种作用。
还需要注意的是，在本文中，用“上部”和“下部”歧管结构明确地区分了两种歧管结构，而不应认为是反应器的任意具体取向。例如，虽然在本发明中图示上部歧管结构位于反应器顶部，但是反应器也可以反转或旋转至任意取向，因此使得上部歧管结构不是位于反应器的顶部。
还应当注意，在本文中，“至少一种”组分、元件等不应认为选择性使用修饰语“一个”或“一种”限于单独的组分、元件等。
需要注意，本文中“构造/设计”成特定的方式是表示特定的性质、或者以特定的方式发挥功能，是结构性描述，而不是对预期的用途进行限制。更具体来说，本文所述的对部件进行“构造”的方式表示该部件现有的物理条件，因此可以将其看作该部件的结构特征的限定性描述。
需要注意像“优选”、“常规”和“通常”之类的术语不会对本发明所要求保护的范围构成限制，也不表示对本发明要求保护的结构或者功能来说重要的、关键的甚至是极其重要的特征。相反地，这些术语仅仅用来表示本发明实施方式的特定方面，或者强调可以或者不可以用于本发明特定实施方式的替代的或附加的特征。
本发明所揭示的方法和/或装置通常可用来进行任何工艺，所述工艺包括在微型结构中对流体或流体混合物进行混合、分离、萃取、结晶、沉淀或其它的工艺过程，所述流体混合物包括流体的多相混合物，并包括流体或包括还含有固体的流体的多相混合物的流体混合物。所述工艺过程可以包括物理过程，化学反应，生物化学过程，或者任意其它形式的工艺过程，化学反应被定义为导致有机物、无机物、或者有机物和无机物发生相互转化的过程。以下列出了可以通过所揭示的方法和/或装置进行的反应的非限制性例子：氧化；还原；取代；消除；加成；配体交换；金属交换；以及离子交换。更具体来说，以下列出了可以通过所揭示的方法和/或装置进行的反应的任一非限制性例子：聚合；烷基化；脱烷基化；硝化；过氧化；磺化氧化；环氧化；氨氧化；氢化；脱氢；有机金属反应；贵金属化学/均相催化剂反应；羰基化；硫羰基化；烷氧基化；卤化；脱卤化氢；脱卤化；加氢甲酰化；羧化；脱羧；胺化；芳基化；肽偶联；醇醛缩合；环化缩合；脱氢环化；酯化；酰胺化；杂环合成；脱水；醇解；水解；氨解；醚化；酶合成；缩酮化(ketalization)；皂化；异构化；季铵化；甲酰化；相转移反应；甲硅烷化；腈合成；磷酸化；臭氧分解；叠氮化物化学；复分解；氢化硅烷化；偶联反应；以及酶反应。
以上结合具体实施方式详细描述了本发明，显而易见的是，在不背离所附权利要求书限定的本发明范围的前提下可以有一些改良和变化。更具体来说，尽管本发明的一些方面被认为是优选的或者特别有益的，但是考虑本发明不一定限于本发明的这些优选的方面。例如，本发明提到了用流动分配板24确保均匀的流体流速，但是认为可以采用很多种技术确保流体在进入反应器的时候均匀流动。例如，上部歧管结构可以提供内部通道，将单独的输入通道分成多条通道，这多条通道具有多个出口，分布在反应器端面的各个位置。还可能需要使得不均一的流体在迷你反应器的端面上流动，使得迷你反应器的特定的区域能够更有效地被进入流加热或冷却。另外，虽然在图示的实施方式中使用O形环15防止发生泄漏，但是认为还可以使用各种垫圈材料、弹性结合材料(例如填充的硅酮)或者具有更高刚性的结合材料(例如填充的环氧树脂)进行密封。
需要注意，所附权利要求书中使用术语“其特征在于”作为过渡语。为了对本发明进行限定，需要注意在权利要求书中用开放式过渡术语表示限定一些裂结构特征，应当理解为更常用的开放式用于“包括/包含”。
Claims (20)
1.一种反应器，所述反应器包括反应器基材、上部歧管结构和下部歧管结构，其中：
所述反应器基材包括多个内部基材通道，所述多个内部基材通道在所述上部歧管结构和下部歧管结构之间延伸；
所述反应器基材的内部基材通道形成多条较短的端部开放的通道以及至少一条较长的曲折通道；
所述较长的曲折通道包括较长的曲折流通路径，该较长的曲折流通路径包括在所述内部基材通道相邻的一些通道中的流通路径区段；
所述上部歧管结构或者下部歧管结构包括入口区，该入口区与所述至少一条较短的端部开放的通道流体连通；
所述上部歧管结构或者下部歧管结构包括出口区，该出口区与所述至少一条较短的端部开放的通道流体连通；
所述上部歧管结构和下部歧管结构各自包括至少一个流动导向腔，所述流动导向腔使得在所述上部歧管结构和下部歧管结构之间流动通过所述较短的端部开放通道的流体的流动方向发生反向变化；
对所述上部歧管结构和下部歧管结构的流动导向腔进行设置，从而引导着流体沿着另外的曲折路径从所述入口区流到出口区，所述另外的曲折路径由所述上部歧管结构和下部歧管结构引入的流向反转限定。
2.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，
所述上部歧管结构包括U形拐弯流动导向腔；
所述下部歧管结构包括U形拐弯流动导向腔；
所述上部和下部歧管结构相对于所述较短的端部开放的通道对齐，从而引导流体通过所述上部和下部歧管结构的U形拐弯流动导向腔、从所述入口区向着所述出口区流过所述较短的端部开放的通道。
3.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，
所述上部歧管结构包括入口区和U形拐弯流动导向腔；
所述下部歧管结构包括U形拐弯流动导向腔和出口区；
所述上部和下部歧管结构相对于较短的端部开放通道对齐，从而引导流体按照以下次序流过所述较短的端部开放通道：从上部歧管结构的入口区，到下部歧管结构的U形拐弯流动导向腔，到上部歧管结构的U形拐弯流动导向腔，到下部歧管结构的出口区。
4.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，通过相应的堵塞物和切口使得内部基材通道构成较短的端部开放通道和较长的曲折通道，所述堵塞物和切口构造成使得流体在曲折的流动路径中沿着较长的曲折通道变向，通过反应器基材的相邻通道。
5.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，
所述上部歧管结构包括多个U形拐弯流动导向腔；
所述下部歧管结构包括多个U形拐弯流动导向腔；并且
所述上部和下部歧管结构相对于所述较短的端部开放的通道对齐，从而引导流体沿着流动路径从所述入口区向着所述出口区流过所述较短的端部开放的通道，所述流动路径依次通过所述上部和下部歧管结构中独立的U形拐弯流动导向腔。
6.如权利要求5所述的反应器，其特征在于，沿着流动路径的选定部分设置的U形拐弯流动导向腔的流动横截面积小于或大于沿着所述流动路径的不同部分设置的一个或多个U形拐弯流动导向腔的流动横截面积。
7.如权利要求5所述的反应器，其特征在于，沿着流动路径的相对接近入口区的一部分设置的U形拐弯流动导向腔的流动横截面积小于更靠近出口区的一个或多个U形拐弯流动导向腔的流动横截面积。
8.如权利要求5所述的反应器，其特征在于，
所述较长的曲折通道从反应物入口部分延伸到反应物出口部分；以及
所述流动路径的比较接近所述入口区的具有较小流动横截面积的一部分与所述较长的曲折通道的反应物入口部分热偶联的程度比与所述较长的曲折通道的反应物出口部分的程度更直接。
9.如权利要求5所述的反应器，其特征在于，随着流动路径从入口区向着出口区延伸，所述顺序U形拐弯流动导向腔的流动横截面积逐渐增大。
10.如权利要求9所述的反应器，其特征在于，所述流动横截面的增大选自以下的情况：最初尺寸最小的U形拐弯流动导向腔向着下游单调增大，最初尺寸最小的U形拐弯流动导向腔向着下游不连续地增大，或者在顺序U形拐弯流动导向腔处递增。
11.如权利要求5所述的反应器，其特征在于，
沿着流动路径的选定部分设置的U形拐弯流动导向腔的流动横截面积小于或大于沿着所述流动路径的不同部分设置的一个或多个U形拐弯流动导向腔的流动横截面积；
所述流动横截面积的增大或减小是局部化的，以提高流动路径局部区域内的湍流或者热交换。
12.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，
所述上部歧管结构包括入口区和多个U形拐弯流动导向腔；
所述下部歧管结构包括多个U形拐弯流动导向腔和出口区；
所述上部和下部歧管结构相对于所述较短的端部开放的通道对齐，从而引导流体沿着流动路径从所述上部歧管结构的入口区向着所述下部歧管结构的出口区流过所述较短的端部开放的通道，所述流动路径依次通过所述上部和下部歧管结构中独立的U形拐弯流动导向腔。
13.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，
所述上部歧管结构包括入口区和径向构型的流动导向腔；
所述上部和下部歧管结构相对于较短的端部开放通道对齐，从而引导流体按照以下次序流过所述较短的端部开放通道：从上部歧管结构的入口区，到下部歧管结构的流动导向腔，到上部歧管结构的径向构型的流动导向腔，到下部歧管结构的出口区。
14.如权利要求13所述的反应器，其特征在于，
所述下部歧管结构的流动导向腔包括流动变向板；
所述下部歧管结构的流动变向板包括与所述上部歧管结构的入口区对齐的中心部分以及与所述上部歧管结构的径向构型的流动导向腔对齐的外周部分。
15.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，
所述上部歧管结构包括多个平行的U形拐弯流动导向腔；
所述下部歧管结构包括多个平行的U形拐弯流动导向腔；并且
所述上部和下部歧管结构相对于所述较短的端部开放的通道对齐，从而引导流体通过所述上部和下部歧管结构的U形拐弯流动导向腔、沿着多个平行的流动路径从所述入口区向着所述出口区流过所述较短的端部开放的通道。
16.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，
所述上部歧管结构包括入口区和多个径向构造的流动导向腔；
所述上部和下部歧管结构相对于所述较短的端部开放的通道对齐，从而引导流体平行地通过所述上部歧管结构的径向构造的流动导向腔从所述入口区流到所述出口区。
17.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述反应器包括叠置的上部和下部反应器基材，使得流体通过上部反应器基材中的较短的端部开放的通道沿径向向外流动，在下部反应器基材中通过较短的端部开放的通道沿径向向内流动。
18.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述反应器包括集成在所述端面歧管结构流动导向腔内的一个或多个传感器，用来监控工艺条件。
19.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，多个较短的端部开放的通道与一些选定的较长的曲折通道直接相邻。
20.一种反应器，所述反应器包括反应器基材、上部歧管结构和下部歧管结构，其中：
所述反应器基材包括多条内部基材通道，所述多条内部基材通道在所述上部歧管结构和下部歧管结构之间延伸；
所述反应器基材的内部基材通道形成多条较短的端部开放的通道以及至少一条较长的曲折通道；
所述较长的曲折通道从反应物入口部分延伸到反应物出口部分，且包括较长的曲折流动路径，所述较长的曲折流动路径包括在所述内部基材通道相邻的一些通道中的流动路径区段；
所述上部和下部歧管结构包括入口区和出口区；
所述上部歧管结构包括与至少一个较短的端部开放的通道流体连通的多个U-形拐弯流动导向腔；
所述下部歧管结构包括与至少一个较短的端部开放的通道流体连通的多个U-形拐弯流动导向腔；
所述上部歧管结构和下部歧管结构各自包括至少一个流动导向腔，所述流动导向腔使得在所述上部歧管结构和下部歧管结构之间流动通过所述较短的端部开放通道的流体的流动方向发生反向变化；
对所述上部歧管结构和下部歧管结构的流动导向腔进行设置，从而引导着流体沿着另外的曲折路径从所述入口区流到出口区，所述另外的曲折路径由所述上部和下部歧管结构引入的流向反转限定；
所述上部和下部歧管结构相对于所述较短的端部开放的通道对齐，从而引导流体沿着流动路径从所述入口区向着所述出口区流过所述较短的端部开放的通道，所述流动路径依次通过所述上部和下部歧管结构中独立的U形拐弯流动导向腔；
沿着流动路径的选定部分设置的U形拐弯流动导向腔的流动横截面积小于或大于沿着所述流动路径的不同部分设置的一个或多个U形拐弯流动导向腔的流动横截面积；
所述流动路径的具有较小流动横截面积的部分与所述较长的曲折通道的反应物入口部分最直接地热偶联。
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