CN104822446B - 改进的流动反应器 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种管形反应器，其设有装置，管可以通过该装置而绕管的纵向轴线旋转通过往复圆弧，以便提供径向混合与塞式流动的组合，以便能够反应，其中，处理材料连续通过管形反应器，该管形反应器以预定反应条件来操作。静态和/或动态混合器或搅拌器可以设置于管形反应器内。

Description

改进的流动反应器
本发明涉及一种用于混合在管中的流体的方法和装置，特别用于需要良好塞式流动或良好混合(尤其是当两者都需要时)的用途。该方法和装置可以用于传送需要恒定混合的非均匀流体混合物(例如泥浆)，但优选是用于良好混合和良好塞式流动都需要的用途。本发明的方法和装置有利于较宽范围的处理，包括物理、生物和/或化学变化。混和、物理反应(例如结晶)、气相、泥浆相、混合相反应和在液体相中的反应。应用的范围包括但不局限于：用于食品的制造处理、制药、生物处理、精细化学药剂、化学、石化和精炼处理的整个范围、聚合和矿物处理。
流动反应器主要是稳定状态系统，其中，处理材料在它连续经过反应器时进行物理、化学或生物变化。对于给定处理循环，在任何时候都只有一部分处理材料保持在反应器中(与分批反应器不同，在该分批反应器中，在一些时间点存在用于处理循环的全部处理材料)。流动反应器优于分批反应器的优点是减小了物理尺寸，这有助于更好地混合处理流体以及改进在处理流体和反应器本体之间的传热(通过减小尺寸)。对于工业处理，流动反应器优于分批反应器的商业优点取决于用途，但是在不同程度上包括降低投资成本、更高产量、提高的产品纯度、减少溶剂的使用、提高安全性和较低能量需求，因此降低成本。这些优点在文献中很好地证明。
在用于使得处理材料运动的传送器和流动反应器之间的区别在于，在传送器中，材料从一点传递至另一点，而在流动反应器中，处理材料的特性在它传送通过反应器时进行物理、生物或化学变化。因此，处理材料的性质在沿反应器进行反应时变化。塞式流动意味着处理材料以与它进入时相同的时间顺序来运行通过和离开反应器。因此，塞式流动对于控制反应时间和优化未反应和反应后材料的分离很重要。不能获得良好的塞式流动可能严重地削弱反应器的性能，因为不这样时，反应时间不能进行控制，处理材料的回混可能导致不希望的反应和降低反应速率(由于在第n次序反应的情况中的稀释效应)。还需要良好的混合(更优选是良好的径向混合)，以便保证高效混和、处理材料在反应器内的均匀性以及良好的传热。
本发明提供了管形反应器，该管形反应器设有这样的装置，管可以通过该装置而绕管的纵向轴线旋转通过往复圆弧。
在还一实施例中，本发明提供了一种反应，其中，处理材料连续通过在预定反应条件下操作的管形反应器，其中，该管形反应器在处理材料通过时绕管的纵向轴线旋转通过往复圆弧。
下面的术语有以下意义。
流动反应器-这是槽道或一系列级，处理材料连续流过该槽道或一系列级，且当处理材料通过它时在该处理材料内发生物理、化学或生物变化。
处理材料是流过反应器的材料。这可以包括反应和不反应材料(例如稀释剂或催化剂)。处理材料的组分将在材料变化或反应时沿反应器变化，以便形成所需的反应产物。处理材料可以是液体、气体、蒸汽、临界流体或任意其它能够流动的材料。它还可以是这些材料的混合物，处理材料还可以包含固体颗粒。
管形流动反应器-一种流动反应器，其中，槽道沿流动方向的总长度比槽道的直径大3倍，更优选是大5倍，还更优选是大10倍。管形流动反应器可以由单个管或多个管来组成。
塞式流动-是公知术语，是通过反应器的有序流动形式，其中，产生最小回混，且基本全部流体元件有在反应器中的基本相同滞留时间。由于扩散和流体混合的影响，实际上不能实现理想(100％)塞式流动。在本文中，塞式流动的意思是滞留时间控制相当于每个反应器管(反应器可以使用多个管)至少5个串联罐，更优选是10个串联管或者更多。在很多情况下，所需的塞式流动质量将响应在第n次反应中产生的反应速度变化而变化。在这样应用中，考虑不同的塞式流动要求而能够使用沿槽道长度的不同直径管。这意味着当需要更高的塞式流动质量时使用小直径的管(这给出更高速度，因此更好的塞式流动)。
混合-全部流体通过分子扩散而混合一些程度。这里使用的混合是指较大(bulk)流体元件的不同运动，以便实现所需条件的混和均匀性、剪切、传热和塞式流动。混合条件可以是湍流或层流。
轴向混合-这是沿处理材料的净流动方向的方向上在轴向平面中混合(通常沿管)。
径向混合-这是在径向平面中的混合(通常横过管)，该径向平面与处理材料的净流动方向成90度。优选的混合作用是具有高程度的径向混合以及低程度的轴向混合。
静态混合器-这是相对于反应器本体保持静止的混合元件。
动态混合器-这是相对于反应器本体运动的混合元件。
导流板-这是横过流动槽道的直径的板，该板有孔，以便允许流体沿管沿轴向方向通过。
处理材料可以有高固体浓度，但是在处理材料中的固体的优选浓度小于50％体积，更优选是小于25％体积。由于处理材料的反应而引起的变化包括但不局限于沉淀、结晶、化学反应、生物反应、低聚、聚合和提取。
混合的特征能够是多种方式，但是在本文中，混合意味着充分混合。对于均匀流体，混合是指混和时间小于10秒，更优选是小于5秒，还更优选是小于1秒。在一些用途中(例如非常缓慢的反应)，较长的混和时间也可接受。对于非均匀材料，充分混合将是相当于或优于具有倾斜涡轮叶片的1升搅拌容器，该倾斜涡轮叶片以100rpm旋转，更优选是以200rpm旋转，还更优选是以400rpm旋转。在一些用途中，混合可以并不与这些相当。
根据需要，反应器也可以有用于添加或除去热量的系统，例如温度控制夹套。当反应器设有搅拌器轴时，该轴可以包含冷却系统。静态和动态混合器也可以包含冷却系统。优选的温度控制系统包括温度传感器、控制器和控制元件(例如阀)，该控制元件用于改变传热流体的温度或流量，以便控制处理材料的温度。在电加热或冷却的情况下，控制元件将改变施加的电功率。温度传感器可以布置在传热流体流中，或者更优选是在处理材料流中。多个温度控制系统也可以用于沿管或单独、但在该相同系统内连接的管的多个加热或冷却阶段，以便解决在反应的不同阶段的不同温度控制需求。
流动反应器也可以有同轴的分析装置，例如光学分析器、pH传感器或量热计，以便监测和/或控制反应器的操作。分析装置可以是控制系统的部件，该控制系统包括分析传感器、控制器和控制元件，该控制元件控制一个或多个变量。用于单个分析器的优选位置是在处理材料从反应器排出的点处，尽管其它位置也可以使用。控制的变量可以是一个或多个供给材料的流量、系统压力、系统温度或者影响反应器性能的任意其它参数。更复杂的控制系统也能够使用控制一个或多个反应器部件的多个分析器，且可以布置在反应器内的不同位置中。
流动反应器可以设有一个或多个内部导流板。导流板的功能是降低回混(因此提高塞式流动)，但是也可以用于支承搅拌器轴，因此防止所述轴的过度弯曲。
对于流动反应器的四个关键要求，这里介绍的本发明提供了一种有效和经济的方案。
容积能力-需要足够的容积能力，以便保证对于给定生成量完成反应。通过并不依赖于流体经过反应器的速度而产生高效混合(如普通静止混合器流动反应器的情况)，本发明提供了每单位容积更低成本的容积能力(与长细管相比)，并提供了更低压力降(因为能够在并不牺牲混合性能的情况下使用短和较大直径的管)。
塞式流动-塞式流动的建立提供了用于控制反应时间以及优化反应的和未反应处理材料分离的方式。对于任何处理，当使用良好的塞式流动时，流动反应器将较小，因为反应的材料将以及时的方式排出，而并不保持。对于很多处理(例如第n次竞争或连续反应)，需要良好的塞式流动来用于最大化每单位容积的产量、选择性和纯度。本发明提供了用于产生径向与轴向混合的高比率的方法，该高比率是用于良好塞式流动所希望的。本发明提供了用于在较低速度和压力降(与在简单管或静态混合器中所需相比)下获得塞式流动的方式。
混合-良好混合的优点包括：快速混和时间、良好的传热系数、在非均匀流体之间的良好质量传递、良好的浆料传递以及促进良好的塞式流动(通过消除以不同轴向速度运行的较差混合流体区域)。这些需求将根据处理用途而变化。本发明在较宽范围的用途中提供了高效混合，且它与流体通过反应器的速度无关。
传热-需要有效传热来添加或除去热量，以便使得处理材料保持在所需温度。本发明提供了装配外部加热/冷却夹套和内部冷却管的装置，以便控制处理温度。这样的设计适合较宽范围的管直径，且通过选择不同的管直径，能够实现传热面积与工作容积的不同比率。
温度控制-温度控制的意思是应用加热或冷却，以便使得处理材料的温度变化或保持在所需值。可用于本发明的温度控制的优选意思是反应温度控制。这意味着处理温度保持或变化至所需值，其中反应是放热或吸热。
通常使用两种广义分类的流动反应器。静态流动反应器依赖于流体通过反应器的运动来产生混合(通过湍流或者使用导流板或静态混合元件的分裂/弯曲/折叠)。普通的动态流动反应器使用安装在旋转轴上的混合器叶片。这样的系统建造昂贵，因为它们需要机械密封件或磁耦合器。它们还遇到轴在较长管中弯曲的实际问题。实际上，这样的系统通常建造为串联的搅拌罐。这增加了成本和复杂性，因为需要多级来获得与良好塞式流动相当的性能。专利WO2008/068019和WO2011/124365介绍了在流动反应器中的动态混合方法，其中，反应器的本体进行摇摆，该摇摆产生与处理流体不同密度的内部搅拌器的运动。该内部搅拌器是松散元件，或者它们可以系在容器上。当充满液体的管横向运动时(如在现有技术中所述)，流体相对于管的位置保持静止。在这些情况下，当存在多于一个密度的材料时只产生混合。
根据本发明，流动反应器环绕管的长轴旋转通过反向圆弧。在这些条件下，流体的惯性将阻碍旋转，从而产生在流体和反应器本体以及在它内部的任何固定元件的内表面之间的差异运动。与前述现有技术不同，即使当反应器内容物为均匀密度的情况下，该技术产生了流体的差异运动(因此产生混合)。本发明的另外可选特征是旋转搅拌器(动态搅拌器)也能够使用，该旋转搅拌器在流体反应器内安装在一个或多个轴上。它们还依赖于反应器本体的旋转运动来产生独立运动，从而增加混合。
本发明表示了(但不局限于)附图，附图中，管形反应器设有这样的装置，通过该装置，管可以绕管的纵向轴线旋转通过往复圆弧，以便提供与塞式流动组合的径向混合，以便能够进行反应，在反应中，处理材料连续通过管形反应器，该管形反应器在预定反应条件下操作。
静态和/或动态混合器可以设置于管形反应器内。
图1表示了普通的流动反应器。
图2表示了动态混合器和轴的细节。
图3表示了静态混合器和轴的细节。
图4表示了反应器安装和驱动单元。
图5表示了搅拌器止动器。
图6表示了复合混合器(complex mixer)，该复合混合器有组合在一起的简单混合器。
图7表示了导流板设置于反应器内。
图8表示了处理材料横过搅拌器的流动通路。
典型的流动反应器在图1中表示，并包括槽道1，该槽道1通常将为圆形管，具有在各端2处的支持凸缘。密封凸缘3螺栓连接至支持凸缘上，以便形成密封系统。管将以提供足够机械强度的材料来制造，以便当在环境压力、升高压力或真空下操作时抗扭转或损坏。管可以以多种金属来制造，例如不锈钢、哈斯特合金、碳钢等。也可选择，它可以以玻璃、陶瓷材料或者甚至塑料来制造。当需要高机械强度和良好抗腐蚀性的组合时，反应器本体可以以一种材料来制造，并涂覆或衬有不同材料。供给管4表示为在一个端部凸缘上，排出管5表示为在相对凸缘上。可以使用多个供给管和排出管，它们中的一些可以沿管布置在中点处。冷却夹套6表示为用于添加或除去热量。传热供给管7表示为在夹套的一端处，热流体排出管8表示为在夹套的另一端处。温度控制系统已经在前面介绍。在一些系统上可以应用其它形式的加热或冷却，例如电加热元件或Peltier元件。上述说明用于示例说明目的，该结构能够有多种变化和改变。
图2表示了动态搅拌器、轴和轴安装轴环的分解详图。搅拌器9有中心凸台10，该中心凸台10有在中心的圆形孔。多个混合叶片11安装在凸台上。叶片可以是简单桨状物，如图所示，它们也可以是倾斜涡轮、多个薄叶片、线、网或任意其它形状。一个(或多个)叶片12有较大质量。在附图中，增加质量通过使得叶片在物理上更大而实现。也可选择或者另外，该叶片可以是与其它叶片相同的尺寸，但是由更大密度的材料来制造。搅拌器通过松配合而安装在轴13上。搅拌器轴和凸台的内部孔应当有平滑低摩擦表面。当处理材料包含磨蚀固体时，O形环或软衬套可以用于保护运动表面。搅拌器轴13有在周边上的平表面，以便防止轴在轴支承轴环14上旋转。其它的轴形状或可选方法(例如锁定螺母)可以用于将轴保持在固定位置。轴支承轴环安装在反应器本体的各端处，以便保持搅拌器轴。轴支承轴环可以形成反应器的端部凸缘的部件，或者安装在管端部处的单独框架或板上。搅拌器轴在反应器内的优选位置是沿中心轴线。不过，对于一些用途，搅拌器轴可以并不沿中心安装，在其它情况下可以使用两个或更多搅拌器轴。
图3表示了静态搅拌器、轴和轴安装件的分解详图。搅拌器15固定在轴上，且在该示例中，使用在轴的半径上的平部位，以便防止轴旋转。可以使用其它方法来将搅拌器固定在轴上。
静态和动态搅拌器可以为刚性或柔性。当搅拌器轴的旋转方向变化时，柔性搅拌器将给出更大的尖端行程。这给出了改进的混合性能，且这些搅拌器可以在尖端处加重，以便增加弯曲和混合效果。
图4表示了反应器本体。它表示为安装在轴承17上的管16，该轴承17允许反应器的本体旋转。允许反应器旋转的轴承表示为环绕反应器本体，但是可以选择地安装在从反应器本体或端部凸出的旋转支架或轴中。也可选择(对于轴承)，可以使用橡胶衬垫、弹簧、低摩擦套筒或者其它柔性装置，以便使得反应器本体可旋转。优选的旋转轴线是反应器管的中心轴线。不过也可选择，旋转轴线可以偏心，例如在摇摆臂上。还表示了驱动机构18，该驱动机构18使得反应器在安装件上在往复圆弧中旋转。驱动机构还可以由复进弹簧、气动活塞或其它装置(一个元件安装在固定物体上，另一元件安装在旋转反应器上)来辅助，以便节省能量和帮助在它的行程端部使得旋转圆弧反向。所示的驱动机构是气动或液压活塞。也可以使用可选的驱动机构，例如齿轮、嵌齿、马达、电磁装置等。驱动机构使得反应器旋转通过往复圆弧(顺时针随后逆时针，或者相反)。最大旋转角度为360°。旋转角度将根据用途而变化，不过，优选的旋转角度在1°和90°之间。在湍流条件下操作的反应器本体的旋转角度应当足够大，以便产生整个反应器容积的湍流，这将取决于多个因素。在层流条件下的反应器本体的旋转角度应当为这样，使得管空间的最大容积由搅拌器叶片扫过。在这种情况下，叶片的优选最小数目是360/n，其中n是使用的混合叶片的数目。由于叶片的厚度，值360能够减小。更优选的旋转圆弧小于45°。旋转速度将根据用途和旋转角度而变化，并将从小于1转每分钟至大于10循环每秒而变化。
通过静态混合器的混合-尽管使用简单管，但是如图3中所示的静态混合元件为优选，因为它们用于产生横过管直径的混合。当反应器本体在反向圆弧中旋转时，在反应器的固定元件和流体之间的差异运动的组合效果将产生混合。
通过动态混合器的混合-更优选的方案是使用如图2中所示的动态混合元件。如图所示的这些混合元件不平衡和自由地在轴上旋转。当反应器本体旋转时，它们将相对于流体和固定搅拌器以不同速度和相位运动。动态混合器的运动(在速度和圆弧半径方面)将根据处理材料的特性、旋转混合器的设计以及反应器本体的旋转速度和角度而变化。止动器能够用于搅拌器和在搅拌器轴上的固定点之间，如图5中所示。固定止动器19表示在静止搅拌器上。固定止动器也可以布置在轴上或主反应器本体的其它部件上。运动止动器20表示在动态搅拌器上。通过这样使用止动器，搅拌器的运行程度能够受到限制，还能够增加加速度。
动态混合器的旋转能够通过较小圆弧，在这种情况下，希望有更大数目的混合器叶片，以便保证充分扫过反应器空间的容积。当能够实现湍流条件时，能够容许减小的扫过容积，只要湍流延伸至整个工作容积。在一些应用中，动态混合器将运动通过圆弧，在其它情况下，动态混合器将沿一个方向连续旋转。这能够通过调节震动条件以便产生连续旋转而实现。也能够通过设计叶片形状、以使得拖曳阻力沿一个旋转方向比另一个更大来促进连续旋转。
上述结构的一种可选结构是使得动态混合器9固定在轴上，并有自由旋转轴。在这种情况下，轴支承轴环在内径上为圆形，从而允许轴自由旋转。
在其它情况下，特别是对于粘性流体，能够使用棘轮机构或类似件，该棘轮机构使得动态混合器只沿一个方向旋转。棘轮机构(或止动器)分别形成于锁定点(相对于反应器本体固定)和旋转混合器之间。在一些示例中，动态搅拌器能够布置成使得不同搅拌器(通常相邻搅拌器)沿相反旋转方向运动。在这种情况下，连续旋转搅拌器能够平衡或不平衡。
通过动态和静态混合器的混合-为了高混合性能，更优选的选择是使用静态和动态混合器的组合。这些的功能设计将根据用途而变化，如下面示例中所述。
对于一些混合用途，需要高混合程度。这通常将用于需要快速混合时间的处理，例如竞争反应。它还将在有多于一个相时使用(不能混合液体、气体/液体混合物和固体/液体混合物)。通过使得相邻搅拌器以不同速度和/或沿不同方向运行，将实现更好的混合。
当处理粘性流体或者需要良好塞式流动时，优选是使用具有较大表面面积和良好空隙度的复合混合器。这应当是复合结构，以使得流体能够流过混合器，同时在多点分裂。复合混合器的径向混合距离将对于一些用途较小，这可能导致横过直径的组分和温度梯度。这能够通过使用不同类型的混合器来解决。图6表示了复合混合器21。在复合混合器之间是简单混合器22。简单混合器在管的较大直径上产生混合，因此横过直径重新分配处理材料。简单混合器将产生更高程度的回混，因此希望由简单混合器元件21占据的管的轴向长度尽可能短。也可选择，在导流板中的孔的位置能够用于使得流体流在混合器之间重新分配。为此，在导流板中的孔可以集中在导流板的周边处、在导流板工作表面的内径处或在中间点处。优选位置是在导流板的周边和导流板工作表面的内径之间的中点处，或者稍微偏离该中点。
当在水平或接近水平的管中处理不同密度的多相混合物时，有较密集的相材料集中在管的下半部分的趋势。在这样的用途中，如这里所述的反应器能够实现两个功能。动态混合器促进良好混合，但是也能够通过在更大圆弧(与反应器旋转相比)中的摇摆或通过连续旋转而使得较轻和密集的相在竖直平面中重新分配。这将使得更密的材料升高和向下推动更轻的材料。通过这样将增加相间接触，以便给出更快的反应。
混合器的直径能够根据用途而从反应器管直径的10％至全部直径的范围来变化。对于简单叶片(例如图3中所示的叶片15)，优选直径在管直径的40％和70％之间。这些优选是用于低粘性流体，其中，叶轮能够产生动态混合，或者用于在径向平面中重新分配，如图6中所示22。图6中所示的复合混合器21或盘叶片优选是反应器管的全部直径，有用于旋转的足够间隙。
搅拌器轴应当足够强，以便承载搅拌器的负载，理想的是，当使用动态搅拌器时，以低摩擦材料来制造。动态搅拌器的内表面也应该是低摩擦材料。它们也可以是比轴软的材料(或者相反)，以便能够替换磨损部件。
能够使用的混合器的形状和尺寸的范围包括圆柱形混合器，平衡或不平衡。当需要每单位容积的较高剪切或较高传热面积时，使用圆柱形混合器。通过使用圆筒体，内部管容积能够减小，以便给出较高的面积与容积比率，其中，通过在搅拌器和管的内壁之间的狭窄空间而有需要的高剪切。
图7中的导流板23用于防止回混。这些是安装在混合器轴上的穿孔板，限制了流动面积，以使得处理材料只能沿一个方向横过导流板运行。另外或者作为导流板中的孔的可选方式，切口能够用于周边处并在顶部或底部，以便防止较轻或较重的材料分别积累在导流板之间。导流板可以是不同直径，但是通常最大直径允许它们滑入管内。导流板还能够用于支承轴和防止过度弯曲，其中，弯曲力由于搅拌器而较高。这允许使用更薄的搅拌器轴(与在没有支承导流板的情况下可能需要的相比)。能够使用不同布置方式的导流板和混合器。图7表示了两个导流板由三个混合器分开，两个动态和一个静态。当使用简单的混合器时，优选是每个反应器管(反应器系统可以有多个管)使用5个或更多导流板，更优选是每个管使用10个或更多导流板。
用于供给和排出处理材料的进口和出口连接件将安装在管上并在最大间隔距离处，以便用于有序流动，因此充分利用反应器管的长度。连接件装配在端板上。当需要在不使得供给和排出管脱开的情况下接近端板时，供给和排出连接件装配在管的壁上并在离相应端板最小距离处。对于需要进行多次添加的处理(例如气体/液体反应或者超过反应器的冷却能力的反应)，多个添加点可以沿管的长度装配。
反应器管可以水平、竖直或倾斜地安装。当需要自由排出或者帮助较轻或较重材料沿反应器管运动(其中有两个相)时，倾斜为优选(向上倾斜以便处理浮动材料，向下倾斜用于使材料下沉)。当处理材料有不同密度的两个或更多相时，水平或接近水平的管为优选。反应器管可以在轴向平面中分裂，但优选布置是实体管。
反应器管的长度将根据需要而变化，并能够从50毫米或更小至10米或更大，但更优选是从0.5米至3米变化。较短管提供了更好的接近性，用于插入和取出混合器组件。当管长度超过3米时(更优选是超过2米时)，优选是使用连接在一起的多个管(优选是通过柔性连接件)。
反应器管的直径根据用途而变化，并能够从小于1毫米至大于2米变化。为了快速反应和放热反应(通常反应时间小于1分钟)，优选是直径在5毫米至50毫米范围内的管。每单位容积的反应器成本在较大直径管的情况下较低，因此当可能时，希望有最大直径的管。当反应时间大于1分钟和并不由传热要求来限制时，优选是从50毫米至500毫米的较大直径管。假定反应速率变化，用于多个用途的优选方案将使用串联连接的多个管，各管的直径可以相同或不同，以便适合变化的反应速率。
反应器能够在选择正确材料结构和材料厚度的条件下而在较宽压力和温度范围内操作。通过没有运动接头(例如机械密封件)，将帮助容纳处理材料。
系统可以用于单向流或反向流。在反向流中，两种流体在反应器管的不同端处供给，且各自在相对的相应端处排出。这样的方法能够用于某些类型的反应以及提取。对于这样的工作处理，反向流的流体必须基本彼此不可溶和为不同密度。反向流系统可以有在反应器的各端处的未混合分离区域以及沿反应器长度在多级处的中间分离区域。
流动反应器需要供给和排出管，以便将流体从固定物体(例如储罐和泵)传递给旋转反应器本体。这些管必须有足够的柔性，以便吸收反应器本体的旋转运动。当运动较小时，能够使用具有足够长度和弯曲部的刚性连接管，以便吸收运动的应力。当运动范围较大时，能够使用具有较长半径弯曲部的刚性管，或者使用柔性管，例如塑料管或波纹形金属管。
良好的塞式流动是用于控制处理材料在反应器中的滞留时间的一个必须参数。其它参数是在控制供给速度来传送处理材料。这能够通过计量泵、非计量泵(它的流量已经标定)、在恒定和标定压头(head)下的重力供给来实现。供给速率也能够使用流量控制系统来控制，该流量控制系统包括流量测量装置、控制器和控制元件，例如流量控制阀，以便调节流量。
图8表示了处理材料通过反应器的流动通路。在图8中使用的搅拌器是在中心毂形部上的辐条状部，尽管其它搅拌器类型也可以使用。静态搅拌器24和动态搅拌器25允许轴向流在横过反应器直径的多个点26处经过搅拌器，优选是大于反应器直径的20％，更优选是大于直径的50％。这意味着流动通路的额定长度等于反应器管的长度(径向混合的效果降低)。不过，当导流板(如前所述)用于将经过导流板的流体流限制于一个或多个半径时，额定流动通路可以更长。本发明优选是用于存在多于一个密度的处理材料。在相同日期共同提交的专利将经过搅拌器的轴向流限制为在反应器管的一个半径处的较小孔。
本发明的特征如下：
反应器的本体旋转通过往复圆弧，以便产生在反应器中的混合。这不需要搅拌器轴通过机械密封件或磁耦合器而与外部驱动单元连接。
通过将旋转限制为360°或更小的圆弧，反应器本体能够通过柔性流体传递管、电缆和仪器线缆而与固定物体连接。通过使得旋转方向重复地反向，搅拌器以与流体不同的速度和与流体方向不同的一些部分的循环处运动，从而提高混合。使用反向圆弧还降低了高转速的需要，因此降低了轴或动态搅拌器的磨损。
反应器本体能够制造为没有内部特征(例如导流板)的单个管。搅拌器组件可以推入或拉入管中。这种设计降低了制造成本，并使得清洁和维护更简单。
能够使用更细的搅拌器轴，因为它相对于反应器本体固定，并能够在中间点支承。
使用静态和动态混合器的组合将提高混合。
使用具有图2中所示(或类似)的平表面13的搅拌器轴，导流板和搅拌器能够推入就位，且取决于它们允许旋转或保持固定在轴上的内部形状。
该专利与在专利WO2008/068019和WO2011/124365中所述的现有技术的区别在于该系统的搅拌器是环绕固定轴线的部件或环绕其旋转的部件。它能够实现通过静态混合器的静态混合原理、通过动态混合器的动态混合或者两者的组合。与上面给出的现有技术不同，这防止了在搅拌器和反应器本体之间的撞击，并能够固定搅拌器位置，从而优化在反应器管的直径中的位置。这些特征能够在管直径小于50mm的系统中使用，但是更合适的是具有大于50mm管直径的较大系统。
本发明的商业用途是变化的。本发明的价值涉及性能和制造成本。
对于处理非均匀材料的处理过程，该反应器通过高效混合和水平(或接近水平安装)而提供了高质量传递速率。水平安装的重要性在于较重相材料必须升高(对于更轻相则相反)的距离比竖直安装管小。这种设计也适合浆料处理，其中，希望有较大直径管和良好混合。
流动反应器的所需容积能力确定如下：
容积能力(升)＝容积流量(升/秒)x反应时间(秒)
当需要高容积能力时，由于成本和最小压力降的原因，优选是使用较短和较大直径管。本发明提供了动态混合流动反应器，其中，高效混合能够独立于通过管的流速而实现。这使得较大直径管能够在不损害混合效率的情况下以较低流速来使用。因此，这种反应器能够用于需要高容积能力的较宽范围用途。尽管这种反应器能够在容积能力小于100毫升的情况下有效操作，但是它们提供了用于直到100升每管或更多的系统的经济方案。
本发明的第二实施例是具有旋转和固定混合器元件(分别如图2和3中所示)的旋转轴，其中，通过机械密封件或磁耦合器，轴旋转和由外部驱动单元来驱动。如上所述，旋转反向。通过外部驱动单元，两个搅拌器都相对于反应器本体运动，但是以不同速度运动。

Claims (17)

1.一种用于处理流体的管形反应器，其包括容器，所述容器具有用于连续供给和排出处理材料的连接件，其中，容器本体能够在处理材料通过时绕管形反应器的纵向轴线以往复圆弧的形式旋转，以便混合处理材料，所述管形反应器还包括在管形反应器内的搅拌器，所述处理材料通过管形反应器的流动是塞式流动，其中，所述管形反应器为密封系统。
2.根据权利要求1所述的管形反应器，其中，搅拌器是混合器。
3.根据权利要求2所述的管形反应器，其中：混合器是静态混合器。
4.根据权利要求2所述的管形反应器，其中：混合器是动态混合器。
5.根据权利要求1所述的管形反应器，其中：搅拌器安装在轴上，所述轴相对于管形反应器的本体固定。
6.根据权利要求1所述的管形反应器，其中：搅拌器的轴相对于管形反应器的本体自由地旋转。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的管形反应器，其设有内部导流板。
8.根据权利要求1-6中任意一项所述的管形反应器，其设有用于向处理材料添加热量或从处理材料除去热量的装置。
9.根据权利要求8所述的管形反应器，其中：所述用于向处理材料添加热量或从处理材料除去热量的装置包括温度传感器和温度控制器。
10.根据权利要求1-6中任意一项所述的管形反应器，其设有用于监测处理条件的装置。
11.根据权利要求10所述的管形反应器，其中：所述用于监测处理条件的装置包括一个或多个分析装置。
12.一种管形反应器用于包括物理变化、化学变化或生物变化的反应的用途，所述管形反应器为根据权利要求1-11中任意一项所述的管形反应器。
13.一种反应，其中，处理材料连续通过用于处理流体的管形反应器，所述管形反应器在预定反应条件下操作，其中，管形反应器在处理材料通过时绕管形反应器的纵向轴线以往复圆弧的形式旋转，搅拌器设置在管形反应器内，以便引起径向混合，所述处理材料通过管形反应器的流动是塞式流动，其中，所述管形反应器为密封系统。
14.根据权利要求13所述的反应，其中：往复圆弧包括360°或更小。
15.根据权利要求13或14所述的反应，其中：通过在管形反应器内存在导流板而促进塞式流动。
16.根据权利要求13或14所述的反应，其中：当处理材料流过管形反应器时，热量添加给处理材料或从处理材料中除去。
17.根据权利要求13或14所述的反应，还包括：物理变化、化学变化或生物变化。
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