CN115212838A - 一种自旋转扰流的管式连续流反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化工及医药连续反应器领域，具体涉及一种自旋转扰流的管式连续流反应器。本发明所述反应器包括反应流体混合流道，反应流体混合流道两端分别设有流道入口和流道出口，反应流体混合流道内部填充设有叶片式扰流件，扰流件在流体混合流道里完成对多种流体碰撞旋切，实现高效传热传质。反应流体混合流道紧邻外侧设有换热流道，流道两端各设有换热工质进出口。换热流道紧邻外侧设有热管，热管根据选定特定热管工质和真空度，实现在某特定温度热管启动散热，低于某特定温度，热管不启动，热管由于处于真空状态，更有利于保温，降低能源消耗，采用热管可以自动精准控制反应流体反应温度，起到均温效果。
Description
技术领域
本发明属于化工及医药连续反应器领域，具体涉及一种自旋转扰流的管式连续流反应器。
背景技术
化工及医药连续流反应常常伴随高放热反应，传统化工反应，通常对换热控制响应较慢，而化工反应常常吸热反应伴随放热，放热反应也伴随吸热，常规的反应无法动态调整反应式温度波动，需要一种新型均温体来控制反应条件。
化工连续流反应通常采用静态扰流件，静态扰流件通常在化工流动过程中产生流动呆滞区，不断积累，阻塞流通通道。同时采用静态扰流件绕混效果差，且阻力较大，在反应有结晶析出的同时容易结构，最终造成连续流反应的局限性。
管式连续流一方面要解决混合的问题，同时要考虑到换热的及时性，如果换热不及时，极易造成产品质量差、更甚至严重导致爆炸等问题。
如何更高效的传热传质，创造均温条件，同时更好混合反应物进行反应，并在同一条件下实现热动力学、反应动力学、流体动力学的统一，需要综合考虑，是本领域亟待解决的重要问题。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术问题，提供一种自旋转扰流的管式连续流反应器。本发明通过采用旋转叶片式扰流体结构，快速实现反应流体的撞击、旋流、切向流，强化换热和混合，并通过外部设置的热管结构，更好的控制反应中吸热或放热产生的温度波动，进一步保证反应过程中的均温条件，优化连续流反应器的反应条件和反应过程。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种自旋转扰流的管式连续流反应器，所述的反应器包括反应流体混合流道，反应流体混合流道两端分别设有混合流道入口和混合流道出口，反应流体混合流道内部设置有叶片式扰流件，叶片式扰流件在反应流体混合流道内能够完成对多种流体碰撞旋切，实现高效传热传质；反应流体混合流道外侧套设有换热流道，换热流道两端分别设有换热流道入口和换热流道出口；所述换热流道外侧设有热管，热管内设有热管工质。热管根据选定特定热管工质和真空度，实现在某特定温度热管启动散热，低于某特定温度，热管不启动，热管由于处于真空状态，更有利于保温，降低能源消耗，采用热管可以自动精准控制反应流体反应温度，起到均温效果。
优选的，所述混合流道入口至少设置有两个，用于将不同的反应流体分别通过不同的混合流道入口流入反应流体混合流道，随后在反应流体混合流道内的叶片式扰流件的扰流作用下实现相互之间的混合、碰撞、反应及传热传质等。
优选的，所述换热流道入口和换热流道出口分别设于换热流道的侧壁上。更优选的，所述换热流道入口与混合流道出口位于同侧，所述换热流道出口与混合流道入口位于同侧。
优选的，所述换热流道长于、等于或短于反应流体混合流道。具体的长短关系可以依据实践中对于反应物、反应条件和产物以及反应过程中的相关要求设置。
优选的，所述叶片式扰流件由若干扰流体串连形成；更优选的，相邻扰流体之间通过承插结构连接；更优选的，相邻扰流体可以绕中心轴相对转动。
优选的，所述扰流体包括扰流体中心柱体和设置于扰流体中心柱体上的旋转叶片，所述扰流体中心柱体的两端分别设有用于承插连接的扰流体凹口和扰流体凸头；更优选的所述旋转叶片设置有若干个；更优选的，所述扰流体凹口和扰流体凸头之间有0.1mm—0.6mm左右的配合间隙，能够使得相邻连接的扰流体之间更好的方便旋转，实现更好的扰流作用，并能减少摩擦和磨损，同时又能够保证扰流体不会轻易脱落，保证扰流件的稳定性。
优选的，所述相邻扰流体的旋转叶片的旋转方向相同或者相反；即，所述叶片式扰流件可以由若干同向的扰流体串连承插构成，也可以由若干反向的扰流体串连承插构成，还可以由同向和反向交替的扰流体串连承插构成。
优选的，所述热管为密闭结构，热管内部设有热管毛细结构，热管上设有热管工质灌注口；更优选的热管上还设置有若干热管散热翅片。通过向热管密闭结构内部在一定压力下灌注一定量热管工质，使得换热流道一旦温度超过热管启动温度，热管启动散热，而当换热流道一旦温度低于热管启动温度，则热管不散热，并且由于真空度原因能够实现保温，进一步保证反应温度，减少热量损耗，减少能源消耗节省经济成本。
优选的，所述热管工质为蒸馏水、乙醇、氟利昂的至少一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供一种自旋转扰流的管式连续流反应器，该反应器包括反应流体混合流道，反应流体混合流道两端分别设有流道入口和流道出口，反应流体混合流道内部填充设有叶片式扰流件，扰流件在流体混合流道里完成对多种流体碰撞旋切，实现高效传热传质。反应流体混合流道紧邻外侧设有换热流道，流道两端各设有换热工质进出口。换热流道紧邻外侧设有热管，热管根据选定特定热管工质和真空度，实现在某特定温度热管启动散热，低于某特定温度，热管不启动，热管由于处于真空状态，更有利于保温，降低能源消耗，采用热管可以自动精准控制反应流体反应温度，起到均温效果。本发明通过采用旋转叶片式扰流件结构，快速实现流体之间撞击、旋流、切向流，强化换热和混合，并通过外部设置的热管结构，更好的控制反应吸热或放热产生的温度波动，优化连续流反应器的反应条件和反应过程，并有利于提高产品质量，降低能源消耗，降低经济成本。
附图说明
图1是本发明中管式连续流反应器结构示意图；
图2是本发明中管式连续流反应器结构剖面示意图；
图3是本发明中扰流体旋向反向交替安装结构示意图；
图4是本发明中扰流体旋向同向交替安装结构示意图；
图5是本发明中管式连续流反应器内部扰流体结构示意图；
图6是本发明中管式连续流反应器内部扰流体承插安装结构示意图。
图中：101、混合流道入口；102、反应流体混合流道；103、叶片式扰流件；104、换热流道出口；105、热管散热翅片；106、换热流道；107、热管；108、热管毛细结构；109、热管工质；110、热管工质灌注口；111、换热流道入口；112、混合流道出口；201、扰流体反向承插结构；202、扰流体同向承插结构；301、扰流体凸头；302、扰流体中心柱体；303、旋转叶片；304、扰流体凹口；403扰流体承插结构。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图及实施例仅仅是本发明的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明所述的技术方案及附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形，其中，管口的进出口为通用的说法，同一流道进出口并不代表实际流动方向。
实施例
本发明的一种自旋转扰流的管式连续流反应器，参照图1所示，包括：反应流体混合流道，反应流体混合流道两端分别设有用于反应物流入的混合流道入口和用于反应产物流出的混合流道出口；所述反应流体混合流道内部内置叶片式扰流件，反应物流经上述反应流体混合流道，经内置叶片式扰流件旋切搅拌，充分传热传质，实现边预混边反应化工产品的连续生产。上述的反应流体混合流道外侧设有换热流道，换热流道沿反应流体混合流道两端各设有换热流道入口和换热流道出口。上述的换热流道紧邻外侧设有热管，热管内设有热管毛细结构，且热管内灌注有热管工质，换热流道一旦温度超过热管启动温度，热管内部的热管工质在热管毛细结构上工质蒸发，热管启动散热，热管内部换热流道一旦温度低于热管启动温度，热管不散热，并且由于真空度原因实现保温。
本发明的一个实施例中，所述混合流道入口设有至少两个，可以将不同的反应流体通过不同的混合流道入口分别流入反应流体混合流道，并通过调整混合流道入口大小、或分别控制相应的反应流体流速等条件从而实现反应物的比例控制等，随后在扰流件的作用下将不同的反应流体进行混合碰撞及反应；所述混合流道入口也可以仅设有一个，而在混合流道入口处设有至少两个入口通道，从而将不同的反应流体通过不同的入口通道通入反应流体混合流道。
本发明的一个实施例中，所述所述换热流道入口和换热流道出口分别设于换热流道的侧壁上。更优选的，所述换热流道内的换热工质流向与反应流体混合流道内的反应流体流向处于同轴方向。更优选的，所述换热流道入口与混合流道出口位于同侧，所述换热流道出口与混合流道入口位于同侧。
本发明的一个实施例中，所述换热流道长于、等于或短于反应流体混合流道。具体的长短关系可以依据实践中对于反应物、反应条件和产物以及反应过程中的相关要求设置。
本发明的一个实施例中，为了方便安装及产品标准化，本发明中的叶片式扰流件的扰流体单元采用如图5的结构，叶片式扰流件由单体的扰流体串连承插构成，放置于反应流体混合流道内部。
具体的，所述的扰流体包括扰流体中心柱体和设置于扰流体中心柱体上的旋转叶片，所述扰流体中心柱体的两端各带有方便承插安装的扰流体凹口和扰流体凸头；更优选的所述旋转叶片设置有若干个。同时为了更好旋转，扰流体凹口和扰流体凸头之间有0.1mm—0.6mm左右的配合间隙，更好方便旋转。同时避免摩擦和磨损，两个扰流体之间叶片有一定间隙。
本发明的一个实施例中，为了适应不同反应流体，所述相邻扰流体的旋转叶片的旋转方向相同或者相反；即本发明中的扰流体承插结构可以采用若干同向安装结构的扰流体串连承插结构，如图4的顺向安装结构，也可以采用反向的扰流体串连承插结构，如图3的逆向安装结构，还可以采用同向和反向的扰流体交替串连承插结构。
本发明的一个实施例中，热管为密闭结构，内部设有热管毛细结构，热管侧壁设有热管工质灌注口，更优选的热管上还设置有若干热管散热翅片。热管密闭结构内部在一定压力下灌注一定量热管工质，使得换热流道一旦温度超过热管启动温度，热管启动散热，而当换热流道一旦温度低于热管启动温度，则热管不散热，并且由于真空度原因能够实现保温，进一步保证反应温度，减少热量损耗，减少能源消耗节省经济成本。
本发明的一个实施例中，热管工质可以采用蒸馏水，乙醇，氟利昂等工质。
本发明通过提供一种自旋转扰流的管式连续流反应器，且所述的反应器包括设有入口和出口的反应流体混合流道，及内部设有叶片式扰流件，扰流件通过若干扰流体串连承插形成，且相邻的扰流体之间能够绕扰流体中心柱体所在的中心轴相对转动，从而形成自旋转功能，且不会轻易脱落，从而使得扰流件在流体混合流道里完成对多种流体碰撞旋切的作用，进而实现高效传热传质。同时通过在反应流体混合流道外侧设有换热流道，实现换热作用。同时在换热流道外侧设有热管，热管根据选定特定热管工质和真空度，实现在某特定温度热管启动散热，低于某特定温度，热管不启动，热管由于处于真空状态，更有利于保温，降低能源消耗，采用热管可以自动精准控制反应流体反应温度，起到均温效果。本发明通过采用旋转叶片式扰流件结构，快速实现流体之间撞击、旋流、切向流，强化换热和混合，并通过外部设置的热管结构，更好的控制反应吸热或放热产生的温度波动，优化连续流反应器的反应条件和反应过程，并有利于提高产品质量，降低能源消耗，降低经济成本。
以上所述的实施例只是本发明的较佳方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (10)
1.一种自旋转扰流的管式连续流反应器，其特征在于，包括反应流体混合流道，所述反应流体混合流道两端分别设有混合流道入口和混合流道出口，反应流体混合流道内部设置有叶片式扰流件；反应流体混合流道外侧套设有换热流道，换热流道两端分别设有换热流道入口和换热流道出口；所述换热流道外侧设有热管，热管内设有热管工质。
2.根据权利要求1所述一种自旋转扰流的管式连续流反应器，其特征在于，所述混合流道入口至少设置有两个。
3.根据权利要求1所述一种自旋转扰流的管式连续流反应器，其特征在于，所述换热流道入口和换热流道出口分别设于换热流道的侧壁上。
4.根据权利要求1所述一种自旋转扰流的管式连续流反应器，其特征在于，所述叶片式扰流件由若干扰流体串连形成。
5.根据权利要求4所述一种自旋转扰流的管式连续流反应器，其特征在于，相邻扰流体之间通过承插结构连接。
6.根据权利要求5所述一种自旋转扰流的管式连续流反应器，其特征在于，所述扰流体包括扰流体中心柱体和设置于扰流体中心柱体上的旋转叶片，所述扰流体中心柱体的两端分别设有用于承插连接的扰流体凹口和扰流体凸头。
7.根据权利要求6所述一种自旋转扰流的管式连续流反应器，其特征在于，相邻扰流体的旋转叶片的旋转方向相同或者相反。
8.根据权利要求1所述一种自旋转扰流的管式连续流反应器，其特征在于，所述热管为密闭结构，热管内部设有热管毛细结构，热管上设有热管工质灌注口。
9.根据权利要求1所述一种自旋转扰流的管式连续流反应器，其特征在于，热管上设置有若干热管散热翅片。
10.根据权利要求1所述一种自旋转扰流的管式连续流反应器，其特征在于，所述热管工质为蒸馏水、乙醇、氟利昂的至少一种。
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