CN102958600B - 隔离器单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于多用途流动模块(诸如板式反应器)的隔离器单元，其包括多个热隔离层，该多个隔离层与多个板一起布置在夹层结构中，以横跨夹层结构提供热隔离。本发明还涉及在包括一个或多个流动板的多用途流动模块中这种隔离器单元的使用，用于使多用途流动模块的部分彼此热隔离。

Description

隔离器单元

技术领域

本发明涉及用于多用途流动模块(诸如连续板式反应器)的隔离器单元，和在多用途流动模块中这种隔离器单元的使用。

背景技术

在连续板式反应器或用于其它目的的流动模块中，两个或更多个流动板的叠层与任选的换热器板、阻挡板和/或端板夹紧在一起，从而形成一个或多个流动通道。板在高压下夹紧在一起，以便确保流动通道的良好密封。反应器的不同部分可需要与反应器的邻近部分热隔离，以减少与传热相关的问题。邻近流动通道可需要彼此隔离，以便最小化在反应通道之间的任何热串扰。反应器的端板可需要与板的叠层的其它部分热隔离，以便维持在叠层中的流动通道的良好密封。在遭受急剧升降的温度梯度之后，诸如在快速加热或冷却流动板期间，这种端板可变形并且由此未能维持统一的压力分布和因而在板的叠层中的良好密封。

由具有合适的隔离特性的聚合材料(诸如PTFE(聚四氟乙烯))制造的隔离器板经受如下缺点：它们可在高压下和高温下塑性变形，从而导致降低的性能和再使用性。

发明内容

因此，本发明的目的是提供可在多用途流动模块中经得住高压和高温的组合的热隔离器。进一步的目的为提供容易操作、坚固并且能够再使用的这种热隔离器。

因而，本发明涉及用于多用途流动模块的隔离器单元，其包括多个热隔离层，该热隔离层与多个板一起布置在夹层结构中，使得横跨夹层结构提供热隔离。优选地该单元包括限定夹层结构的第一和第二外侧的第一和第二板，在夹层结构中热隔离层布置成在所述第一和第二外侧之间提供热隔离。该单元可为以隔离器板的形式的板状，其具有比横跨夹层结构的厚度大或大很多的横向范围。

作为包括所述板和隔离层的夹层结构的作用，隔离器单元被提供成易于操作、即使在遭受高压和高温下可被使用并且再使用、并且可被以充分保存形式插入多用途流动模块并且以充分保存形式从多用途流动模块取出。

夹层结构还可包括至少一个弹性部件，该至少一个弹性部件可为多个隔离层中的一个或多个。因而，热隔离器可当遭受轻微的不均匀的压力分布时提供压力的分布。隔离层还优选地为可延展的，由此减少在遭受高应力之后破裂的风险。

板优选地为比隔离层更硬，并且可具有大于10GPa、优选地大于100GPa的杨氏模量。因而改善了隔离器单元的操作和该单元的压力分布特性。板优选地由抗蠕变材料制造。

板还可由沿着板提供传热的材料制造，由此在夹层结构的横向方向上分配热。

各隔离层可为以隔离材料的连续板片的形式。该隔离层还相对它们的横向尺度为薄的。该隔离材料优选地具有高屈服强度、低水平的蠕变并且/或者可抵抗在60℃和200℃之间的温度。

用于隔离层的合适的材料包括膨胀PTFE(膨胀聚四氟乙烯)、PEEK(聚醚醚酮)和PPS(聚苯硫醚)。

板中的至少一个的样式(pattern)可形成为具有如下结构，即使得在结构的压缩之后将邻近隔离层保留在夹层结构中。该样式可为规律的或不规律的并且布置成使得在遭受样式板和在夹层结构中的邻近隔离层之间的剪切力之后改善夹紧。由此所述隔离层更好地保留在夹层结构中。优选地在夹层中的多个板的样式被形成。

样式板可具备以延伸通过相同板的多个开口的形式的样式，该开口分布在板之上。由此板可容易地具备在板的两侧上的所述样式。开口还可提高单元的热隔离特性。限定夹层结构的外侧的至少一个板可形成为基本上不具有这种开口，以便保护由板覆盖的隔离层免于环境。

开口的面积可占据样式板的表面面积的至少5%。开口的面积还可占据样式板的表面面积的小于20%。优选地，开口的面积可占据样式板的表面面积的6-10%。在样式板上的开口的面积被选择成使得一方面达到良好的保持作用，并且另一方面限制由板提供到隔离层的接触压力。

隔离层中的至少一个可包括膨胀PTFE(膨胀聚四氟乙烯)。由此隔离层可被提供成具有良好的隔离特性并且可在高压和高温下使用。另外，由于夹层结构，膨胀PTFE层的形状在遭受压力循环之后可维持。优选地，在夹层结构中的所有的隔离层由膨胀PTFE制造。隔离层的材料还优选地抗工艺助剂。

板中的至少一个可为金属板，优选不锈钢板。可选地，至少一个板可由镍基合金制造，该镍基合金诸如在商标Hastelloy®下已知的合金。其它可能的材料可为钛、钽或具有高度抗腐蚀性的任何其它合金或金属。由此该单元可被使得抗各种工艺助剂。

隔离器单元优选地为以整体单元的形式并且还可包括将夹层结构保持在一起的紧固装置，由此提供特别容易操作的隔离器单元。所述紧固装置可包括至少一个铆钉，其至少部分地延伸通过夹层结构，并且其中，所述铆钉包括热隔离材料，优选PTFE，或者由热隔离材料，优选PTFE构成。由此最小化横跨夹层结构的热桥的风险。夹层结构还可通过以隔离层和板之间的结合物的形式的紧固装置而保持在一起，该结合物诸如粘性结合物或非粘性结合物。

所述紧固装置可包括至少一个刚性元件，其至少部分地延伸通过夹层结构，该刚性元件布置成在隔离器单元的压缩之后提供热隔离间隙到第一或第二板。刚性元件可以以螺钉的形式被提供，用于将隔离器单元紧固到多用途流动模块。

本发明还涉及流动模块，其包括：一个或多个流动板，各流动板具有流动通道，该流动通道在流动通道的各端处具有至少一个入口和至少一个出口，和根据前述权利要求中的任一项所述的隔离器单元。

在本发明的另一方面中，它涉及在包括一个或多个流动板的流动模块中隔离器单元的使用，用于使多用途流动模块的部分彼此热隔离。

可包括根据本发明的隔离器单元或者其中这种隔离器单元可被使用的流动模块或板式反应器或其它布置的实例可在WO2007050013、WO2007073281、PCT/SE2010/050397、WO2008066447和WO2009142579中找到。

根据本发明的隔离器单元还适合用于其它流动模块，诸如其它板式反应器或换热器。

本发明的进一步的可选实施例在权利要求中限定。本发明的各种实施例现将参考附图更详细地解释。附图的目的在于示出本发明并且不意图限制它的范围。

附图说明

图1示出根据本发明的一个实施例的隔离器单元的分解图。

图2示出根据本发明的另一实施例的隔离器单元的部分的截面图。

具体实施方式

隔离器单元1以分解图在图1中示出，其中，三个隔离层2、3和4定位在四个板5、6、7和8中间。隔离层和板形成夹层结构9。隔离层由在未压缩状态下具有1mm厚度的膨胀PTFE(膨胀聚四氟乙烯)制造。板5、6、7和8为由耐酸不锈钢制造的金属板。限定夹层结构9的外侧中的一个的板5具有2mm厚度。板6和7、和限定夹层结构的另一外侧的板8为1mm厚。隔离单元的横向尺寸大于100mm，优选在范围200-600mm内，但是可能大于1000mm。

板5、6和7中的各个依靠在各板之上分布的多个孔10而在板的两侧上具备样式表面。孔占据板5、6和7中的各个的表面面积的大约9%。孔为圆形的并且在样式板的表面之上规律地隔开。限定夹层结构的外表面的板8的主要部分没有以孔的形式的这种样式。由此板8保护在下面的隔离层2免于损害，并且当安装时优选地限定隔离器单元的外侧。

夹层结构9通过以多个PTFE铆钉11的形式的紧固装置而保持在一起，该多个PTFE铆钉11沿着线AB插入通过在板中的孔12、13和14以及在隔离层中的孔15。在图2中，隔离单元1的夹层结构9的特写以截面示出，从而更详细地描述这种紧固装置。夹层结构仍包括三个隔离层2、3和4，其定位在四个板5、6、7和8中间。延伸通过在夹层结构9中的孔12、13、14和15的铆钉11依靠与限定夹层结构的外侧中的一个的板5接合的锥形头部分16和变形成与限定夹层结构的另一外侧的板8接合的端部分17而将夹层结构保持在一起。外部板5和8合适地具备围绕孔12和14的锥形表面18和19，用于与铆钉接合。锥形表面可依靠示出为围绕孔12的锥形孔口18、或依靠示出为围绕孔14的锥形凹陷部19而提供。具备孔口的板5合适地厚于具备凹陷部的板8。板8中的凹陷部的尺寸、和板6和7中的孔13的尺寸使得以避免在夹层结构中的板之间的任何物理接触，以便最小化横跨隔离器单元的任何热桥。因此孔13的尺寸与围绕孔14的凹陷部的外部尺寸大约相同。当被完全地压缩时，凹陷部的深度小于板6和7和隔离层2、3和4的总厚度。

当组装夹层时，铆钉11沿着线AB插入通过孔12、13、14和15，并且铆钉的端部分17通过施加压力而变形成与板8接合。

当在板式反应器中使用时，隔离器单元处于压缩应力下。在这种板式反应器中的压力可为在10-30MPa内，典型地20MPa。在这种板式反应器中的温度还可为在从60℃到200℃的范围内。隔离层2、3和4当遭受大约7-8MPa的压力时将压缩到初始厚度的大约30%。因而，在隔离层遭受由围绕的板传递的压缩应力的区域中，层将压缩。在孔10的区域中，隔离层将不会任何更大程度地压缩。由此孔将在压缩期间将隔离层锁紧在横向位置中，并且将在压缩期间减少剪切应力对隔离层的作用，其原本可导致隔离层中的材料塑性地流动。然而，即使没有孔，夹层结构本身将依靠与板的表面的机械互锁而在结构内包含薄的隔离层。

在图1中示出的隔离器单元还包括孔，用于将隔离器单元安装到例如板式反应器的板。用于安装的这种孔20、21、22和23以与用于铆钉的孔12、13、14和15类似的方式沿着线CD延伸通过在夹层结构中的板和隔离层。当安装时限定隔离器单元的外侧的板8中的孔22具备锥形凹陷部或锥形孔口，其类似于用于铆钉的孔。隔离器单元通过插入并且拉紧具有锥形头的螺栓或螺钉(未示出)、沿着线CD通过用于安装的孔而优选地安装。在用于板式反应器的隔离器单元的压缩期间，弹性膨胀PTFE隔离层将变成压缩的，由此减小夹层结构的总厚度。用于安装的螺钉或螺栓的头然后将使与围绕孔22的凹陷部部分的接触松弛。凹陷部的尺寸和/或螺栓或螺钉的头的尺寸为使得头将不延伸到处于压缩状态的板8的外表面。由于这些特征，螺钉或螺栓仍将不由于夹层结构的外表面之间的热桥效应而危害热隔离。作为替换物，隔离器板可通过已经具有热隔离特性的螺栓等(诸如由热隔离材料制造)而安装。

Claims (15)

1.一种在板式反应器或换热器的多用途流动模块中使用的隔离器单元，其包括多个热隔离层，所述多个热隔离层与多个板一起布置在夹层结构中，以横跨所述夹层结构提供热隔离；

其中，所述夹层结构包括至少一个弹性部件；并且

其中，所述至少一个弹性部件为至少一个隔离层；

其中，所述多个板中的至少一个板的样式可形成为具有如下结构，即，使得在压缩之后将邻近隔离层保留在所述夹层结构中，并且所述样式被布置成使得在遭受具有所述样式的板与所述夹层结构中的邻近隔离层之间的剪切力之后改善夹紧。

2.根据权利要求1所述的隔离器单元，其特征在于，各隔离层为以隔离材料的连续板片的形式。

3.根据权利要求1所述的隔离器单元，其特征在于，具有所述样式的板具备多个开口，其延伸通过相同板，所述开口分布在所述板之上。

4.根据权利要求3所述的隔离器单元，其特征在于，所述开口的面积占据具有所述样式的板的表面面积的至少5%。

5.根据权利要求4所述的隔离器单元，其特征在于，所述开口的面积占据具有所述样式的板的表面面积的小于20%。

6.根据权利要求1-5中的任一项所述的隔离器单元，其特征在于，所述隔离层中的至少一个包括膨胀PTFE或从由膨胀PTFE、PEEK和PPS组成的组中的材料中的一种或多种选取的材料。

7.根据权利要求1-5中的任一项所述的隔离器单元，其特征在于，所述板中的至少一个为金属板。

8.根据权利要求7所述的隔离器单元，其特征在于，所述金属板为不锈钢板。

9.根据权利要求1-5中的任一项所述的隔离器单元，其特征在于，所述隔离器单元还包括使所述夹层结构保持在一起的紧固装置。

10.根据权利要求9所述的隔离器单元，其特征在于，所述紧固装置包括至少部分地延伸通过所述夹层结构的至少一个铆钉，并且其中，所述铆钉包括热隔离材料或者由热隔离材料构成。

11.根据权利要求10所述的隔离器单元，其特征在于，所述热隔离材料是PTFE。

12.根据权利要求9所述的隔离器单元，其特征在于，所述紧固装置包括至少部分地延伸通过所述夹层结构的至少一个刚性元件，所述刚性元件布置成在所述隔离器单元的压缩之后提供热隔离间隙到限定了所述夹层结构的第一外侧或第二外侧的第一板或第二板。

13.根据权利要求12所述的隔离器单元，其特征在于，所述至少一个刚性元件以螺钉的形式用于将所述隔离器单元紧固到多用途流动模块。

14.一种多用途流动模块，其包括：一个或多个流动板，各流动板具有流动通道，所述流动通道在所述流动通道的各端处具有至少一个入口和至少一个出口；和根据前述权利要求中的任一项所述的隔离器单元。

15.在包括一个或多个流动板的多用途流动模块中根据权利要求1-13中的任一项所述的隔离器单元的使用，用于使所述多用途流动模块的部分彼此热隔离。