RU2726178C1 - Трубная камера отклонения потока, непрерывный проточный реактор и система непрерывных проточных реакций с системой управления - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к химическому, фармацевтическому оборудованию, а именно представляет собой трубную камеру отклонения потока, непрерывный проточный реактор и систему непрерывных проточных реакций с системой управления. Непрерывный проточный реактор включает в себя: корпус, в котором имеются вход в межтрубное пространство и выход из межтрубного пространства, сообщающиеся с внутренней полостью корпуса. Нижний и верхний концы упомянутого корпуса подсоединены к трубным решеткам и блокам кольцевания, внутри упомянутого корпуса установлен пакет реакционных трубок. Пакет реакционных трубок включает в себя несколько реакционных трубок, нижний и верхний концы каждой из которых проходят и жестко закрепляются в трубной решетке, упомянутые реакционные трубки одна за другой последовательно соединяются посредством блока кольцевания. Технический результат – повышение эффективности работы всех элементов системы: трубной камеры отклонения потока, непрерывного проточного реактора и системы непрерывных проточных реакций с системой управления. Это достигается за счет того что, с одной стороны, существенно совершенствуется технологический процесс реакции в сравнении с аналогичным объемом традиционного реактора, с другой стороны, появляется возможность: реагенту при низкой скорости потока получать высокое число Рейнольдса и значительно повысить турбулентный эффект, причем одновременно с непрерывной проточной реакцией обеспечивается непрерывное смешивание. При этом с одной стороны, есть возможность в реальном времени контролировать состояние каждой фазы реакции, с другой стороны - упростить установку и сборку. 4 н. и 7 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к химическому фармацевтическому оборудованию, а именно представляет собой трубную камеру отклонения потока, непрерывный проточный реактор и систему непрерывных проточных реакций с системой управления.

Уровень техники

Реакторы, часто используемые в сфере химических промышленных фармацевтических технологий, включают в себя трубчатые реакторы и объемные реакторы, при этом в реакционную камеру указанного объемного реактора часто устанавливается смеситель, предназначенный для смешивания реактивов в жидкой фазе, в этом случае наблюдаются довольно низкие степень чистоты смесей и коэффициент конверсии реакции и сравнительно высокие потребление энергии и загрязнение. Так как в химической промышленной фармацевтической сфере предъявляются относительно высокие требования к чистоте продукции, то в качестве реакторов часто используют непрерывные проточные реакторы трубчатого типа.

Концентрация химических реагентов и скорость реакции внутри трубчатого реактора меняется в зависимости от длины трубок, поэтому трубчатый реактор должен быть оснащен трубками, длина которых должна удовлетворять условиям химических реакций. Существующие сегодня реакторы с прямыми трубками и реакторами с U-образными трубками должны иметь сравнительно большую протяженность трубок, при этом объем реактора становится слишком большим. Кроме этого, состояние потока реагентов внутри реакционных трубок напрямую влияет на коэффициент теплопередачи в ходе реакции и эффективность непрерывного смешивания реагентов,. эЭффект турбулентного смешения реагентов в традиционном реакторе с прямыми трубками остается посредственным, имеет низкое число Рейнольдса, не способствует улучшению теплопередачи и эффекта непрерывного смешивания.

Раскрытие сущности изобретения

Целью данного изобретения является устранение указанных недостатков и предоставление трубной камеры отклонения потока, непрерывного проточного реактора и системы непрерывных проточных реакций с системой управления. Оно, с одной стороны, существенно совершенствует технологический процесс реакции в сравнении с аналогичным объемом традиционного реактора, с другой стороны, позволяет реагенту при низкой скорости потока получать высокое число Рейнольдса и значительно повышает турбулентный эффект, одновременно с непрерывной проточной реакцией обеспечивая непрерывное смешивание; с одной стороны, дает возможность в реальном времени контролировать состояние каждой фазы реакции, с другой стороны, упрощает установку и сборку. Изобретение использует следующие технические решения:

Трубная камера отклонения потока предназначена для поочередного последовательного соединения реакционных трубок непрерывного проточного реактора; в упомянутой трубной камере отклонения потока устроено несколько расположенных с определенным интервалом пазов отклонения потока, которые используются для соединения реакционных трубок; упомянутая трубная камера отклонения потока представляет собой цельный элемент, в котором устроены отверстие ввода реагента и отверстие вывода реагента.

Основываясь на вышеуказанном техническом решении, в упомянутой трубной камере отклонения потока имеется несколько разъемов для осуществляющих контроль в режиме реального времени измерительных приборов, которые соединены с разными пазами отклонения потока.

Непрерывный проточный реактор, характеризующийся тем, что включает в себя корпус, в упомянутом корпусе имеются вход в межтрубное пространство и выход из межтрубного пространства, сообщающиеся с внутренней полостью корпуса; нижний и верхний концы упомянутого корпуса подсоединены к трубной решетке и блоку кольцевания, внутри упомянутого корпуса установлен пакет реакционных трубок; упомянутый пакет реакционных трубок включает в себя несколько реакционных трубок, нижний и верхний концы каждой из которых проходят и жестко закрепляются в трубной решетке, упомянутые реакционные трубки одна за другой последовательно соединяются посредством блока кольцевания.

Основываясь на вышеуказанных технических решениях, упомянутый блок кольцевания представляет собой трубную камеру отклонения потока, в которой устроено несколько расположенных с определенным интервалом пазов отклонения потока, упомянутая трубная решетка вместе с пазами отклонения потока камеры отклонения потока формируют несколько расположенных с определенным интервалом каналов отклонения потока, смежные реакционные трубки в последовательности течения потока среды поочередно последовательно соединяются расположенными напротив каждой из них каналами отклонения потока; в упомянутой трубной камере отклонения потока устроены отверстие ввода реагента и отверстие вывода реагента.

Основываясь на вышеуказанных технических решениях, упомянутый пакет реакционных трубок состоит из последовательно располагающихся в несколько слоев направленных изнутри наружу реакционных трубок, каждая из которых представляет собой спирально намотанную трубку с определенным углом подъема спирали.

Основываясь на вышеуказанных технических решениях, в упомянутую трубную камеру отклонения потока съемным способом устанавливается один или несколько осуществляющих контроль в реальном времени измерительных приборов, которые взаимно соединяются с пазами отклонения потока.

Основываясь на вышеуказанных технических решениях, упомянутая трубная решетка включает в себя трубную решетку соединения расширением и трубную решетку сварного соединения; упомянутая трубная решетка соединения расширением неподвижно закрепляется на верхнем и нижнем концах корпуса, а упомянутые реакционные трубки проходят сквозь трубную решетку соединения расширением и фиксируются в ней; упомянутая трубная решетка сварного соединения с помощью фланца и болтов плотно прилегает к трубной камере отклонения потока, упомянутые реакционные трубки проходят сквозь трубную решетку сварного соединения и неподвижно закрепляются на трубной решетке соединения расширением.

Основываясь на вышеуказанных технических решениях, каждая реакционная трубка имеет радиально расширяющуюся часть для соединения расширением, посредством которой упомянутая реакционная трубка соединяется с трубной решеткой соединения расширением, конец упомянутой реакционной трубки в точке сварки приваривается к трубной решетке сварного соединения.

Основываясь на вышеуказанных технических решениях, пазы отклонения потока в верхней и нижней трубных камерах отклонения потока, а также проходные установочные отверстия в верхней и нижней трубных решетках размещены таким образом, что обеспечивают нижеописанный способ расположения верхних и нижних концов каждого слоя реакционных трубок:

снаружи вовнутрь: верхние концы реакционнех трубок первого слоя, то есть верхние концы реакционных трубок самого наружного слоя расположены так, что они образуют первую верхнюю окружность, верхние концы всех реакционных трубок второго слоя расположены так, что они образуют вторую верхнюю окружность; вторая верхняя окружность и первая верхняя окружности имеют общий центр, при этом диаметр второй верхней окружности меньше диаметра первой верхней окружности; далее по аналогии с этим, последний слой реакционных трубок представляет собой самый внутренний слой трубок;

снаружи вовнутрь: нижние концы реакционных трубок первого слоя, то есть нижние концы реакционных трубок самого наружного слоя расположены так, что они образуют первую нижнюю окружность, нижние концы всех реакционных трубок второго слоя расположены так, что они образуют вторую нижнюю окружность; вторая нижняя окружность и первая нижняя окружности имеют общий центр, при этом диаметр второй нижней окружности меньше диаметра первой нижней окружности; далее по аналогии с этим, последний слой реакционных трубок представляет собой самый внутренний слой трубок; центр верхних окружностей и центр нижних окружностей располагаются на осевой линии корпуса; углы между прямыми, соединяющими верхние концы каждой реакционной трубки одного слоя с осевой линией корпуса, и прямыми, соединяющими их нижние концы с осевой линией корпуса, имеют одинаковую величину.

Основываясь на вышеуказанных технических решениях, когда количество реакционных трубок составляет четное число, например, число N, то отверстие ввода реагента и отверстие вывода реагента будут располагаться на одной трубной камере отклонения потока, в этом случае количество пазов отклонения потока в трубной камере отклонения потока с расположенным в ней отверстием ввода реагента составит (N/2)-1, а количество пазов отклонения потока в другой трубной камере отклонения потока составит N/2. Когда количество реакционных трубок составляет нечетное число, например, число N, то отверстие ввода реагента и отверстие вывода реагента будут располагаться на разных трубных камерах отклонения потока, в этом случае количество пазов отклонения потока в верхней и нижней трубных камерах отклонения потока составит (N-1)/2.

Основываясь на вышеуказанных технических решениях, прямые, соединяющие верхний и нижний конец каждой реакционной трубки, параллельны осевой линии корпуса.

Основываясь на вышеуказанных технических решениях, вдоль наружной стенки реакционной трубки впрессованы две винтовых спирали, проходящие в двух противоположных направлениях и имеющие одинаковый угол винтового подъема, которые выступают внутрь на внутренней стенке реакционной трубки и формируют соответствующий двум спиральным линиям спиральный выступ.

Система непрерывных проточных реакций включает в себя последовательно соединенные загрузочное устройство, смеситель, подогреватель и упомянутый непрерывный проточный реактор. Упомянутое загрузочное устройство включает в себя несколько групп последовательно соединенных емкостей для исходных реагентов, питающего насоса и регулятора расхода, в каждую упомянутую емкость для исходных реагентов заливается раствор одного вида реагента, упомянутый регулятор расхода используется для управления работой питающего насоса, который с определенной скоростью вытягивает раствор реагента из упомянутых емкостей для исходных реагентов.

Внутри упомянутого смесителя имеется смешивающая лопасть, которая приводится в движение приводом от серводвигателя и используется для смешивания растворов реагентов, вытягиваемых из упомянутых емкостей для исходных реагентов, с целью получения смешанного раствора.

Упомянутый подогреватель включает устройство которое используется для предварительного подогрева трубного пространства и/или для предварительного подогрева межтрубного пространства; упомянутое трубное пространство используется для передачи подаваемого из смесителя смешанного раствора, а упомянутое межтрубное пространство используется для циркуляции среды, предназначенной для предварительного нагрева реагентов.

Система управления непрерывными проточными реакциями трубчатого типа, характеризующаяся тем, что используется для управления упомянутой системой непрерывных проточных реакций, она включает в себя модуль ввода и модуль управления. Упомянутый модуль ввода используется для выбора предварительно заданной модели реакции, а упомянутый модуль управления в зависимости от выбранной модулем ввода модели реакции осуществляет вывод управляющего сигнала для управления работой системы непрерывных проточных реакций трубчатого типа. В том числе упомянутый модуль управления включает в себя:

несколько групп устройств управления подачей исходных реагентов, каждая группа устройств управления соединяется с определенной емкостью исходных реагентов и управляет скоростью и расходом потока соответствующего раствора реагента;

устройство управления смешиванием, которое управляет скоростью вращения упомянутого серводвигателя;

устройство управления подогревателем, которое включает в себя прибор контроля температуры предварительного нагрева и устройство управления средой предварительного нагрева; упомянутый прибор контроля температуры предварительного нагрева осуществляет контроль температуры предварительного нагрева подогревателем раствора в трубном пространстве, а упомянутое устройство управления средой предварительного нагрева в соответствии с данной температурой осуществляет управление температурой и скоростью потока среды предварительного нагрева подогревателя в межтрубном пространстве;

устройство управления реакцией, которое включает в себя устройство контроля условий реакции, устройство управления скоростью потока реагентов и устройство управления теплоносителем; упомянутое устройство контроля условий реакции включает в себя прибор контроля и измерения температуры, прибор контроля и измерения давления и прибор контроля и измерения скорости потока и используется для измерения значений температуры, давления и скорости потока внутри реакционных трубок; упомянутое устройство управления скоростью потока реагентов в соответствии со значением скорости потока внутри реакционных трубок осуществляет управление скоростью потока реагентов; упомянутое устройство управления теплоносителем в соответствии со значениями температуры и давления в реакционных трубках осуществляет управление температурой и скоростью потока теплоносителя в межтрубном пространстве реактора.

Данное изобретение имеет следующие преимущества: оно, с одной стороны, существенно совершенствует технологический процесс реакции в сравнении с аналогичным объемом традиционного реактора, с другой стороны, позволяет реагенту при низкой скорости потока получать высокое число Рейнольдса и значительно повышает турбулентный эффект, одновременно с непрерывной проточной реакцией обеспечивая непрерывное смешивание; с одной стороны, дает возможность в реальном времени контролировать состояние каждой фазы реакции, с другой стороны, упрощает установку и сборку.

Посредством установки смесителя обеспечивается равномерное смешивание различных растворов реагентов и повышение эффективности реакции.

Посредством установки подогревателя обеспечивается предварительный нагрев раствора реагентов после их смешивания до подачи в реактор, после подачи в реактор быстро обеспечивается нужная температура реакции, что повышает ее эффективность.

Система управления реакцией в реальном времени контролирует условия реакции в каждом сегменте системы проточных реакций, а также осуществляет точное регулирование с обратной связью и точное управление всеми условиями реакции внутри системы проточных реакций.

Краткое описание чертежей

В целях предоставления более понятного описания примеров реализации данного изобретения или технических решений предшествующего уровня техники ниже приводится обобщенный обзор изображений, которые необходимы для использования при описании примеров реализации и предшествующего уровня техники. Совершенно очевидно, что представленные в нижеприведенном описании чертежи иллюстрируют лишь отдельные примеры реализации данного изобретения и могут использоваться рядовым техническим персоналом данной сферы для получения других чертежей реализации изобретения при условии неиспользования изобретательского труда.

Фиг. 1: схема с частичным разрезом конструкции непрерывного проточного реактора по данному изобретению;

Фиг. 2: схема конструкции упомянутого пакета реакционных трубок по данному изобретению;

Фиг. 3: схема конструкции с частичным разрезом упомянутого пакета реакционных трубок по данному изобретению;

Фиг. 4: вид снизу примера исполнения упомянутой верхней трубной камеры отклонения потока по данному изобретению;

Фиг. 5: вид сверху примера исполнения упомянутой нижней трубной камеры отклонения потока по данному изобретению;

Фиг. 6: схема конструкции упомянутого нижнего уплотнения по данному изобретению;

Фиг. 7: схема конструкции с частичным разрезом упомянутой трубной решетки по данному изобретению;

Фиг. 8: схема конструкции с частичным разрезом упомянутой реакционной трубки по данному изобретению;

Фиг. 9: схема конструкции системы непрерывных проточных реакций по данному изобретению.

Осуществление изобретения

Ниже в сочетании с изображениями и примерами реализации представлено дополнительное описание данного изобретения:

Ниже подробно описываются конкретные примеры реализации данного изобретения, образцы упомянутых примеров реализации отображены на прилагаемых изображениях. Применение на всех изображениях сквозной идентичной или аналогичной нумерации означает, что речь идет об идентичном или аналогичном элементе или об элементе с идентичным или аналогичным функционалом. Описанные ниже примеры реализации с прилагаемыми изображениями являются показательными, предназначены исключительно для иллюстрации изобретения и не должны рассматриваться как ограничение реализации изобретения.

При описании данного изобретения необходимо указать, что если не указано точное определение или ограничение, то термины «установка», «присоединение» и «соединение» должны пониматься в широком значении и, к примеру, могут подразумевать под собой жесткое соединение, разъемное соединение или цельное соединение, а также могут подразумевать под собой прямое соединение или непрямое соединение через промежуточные элементы. Рядовой технический персонал данной сферы может в зависимости от конкретной ситуации интерпретировать конкретный смысл вышеуказанных терминов в данном изобретении.

На Фиг. 4 и Фиг. 5 представлена трубная камера отклонения потока по данному примеру реализации, характеризующаяся тем, что она предназначена для поочередного последовательного соединения реакционных трубок 20 непрерывного проточного реактора. В упомянутой трубной камере отклонения потока устроено несколько расположенных с определенным интервалом пазов отклонения потока 40, которые используются для соединения реакционных трубок 20. Упомянутая трубная камера отклонения потока 4 представляет собой цельный элемент, в котором устроены отверстие ввода реагента 41 и отверстие вывода реагента 42.

Наиболее предпочтительным является, если в упомянутой трубной камере отклонения потока 4 имеется несколько разъемов для осуществляющих контроль в режиме реального времени измерительных приборов, которые соединяются с разными пазами отклонения потока 40.

На Фиг. 1-5 представлен непрерывный проточный реактор по данному примеру реализации, характеризующийся тем, что включает в себя корпус 1, в упомянутом корпусе 1 имеются вход в межтрубное пространство 10 и выход из межтрубного пространства 11, сообщающиеся с внутренней полостью корпуса. Межтрубное пространство корпуса 1 используется для циркуляции теплопередающей среды, за счет чего сохраняется соответствующая температура реакции для реагентов, циркулирующих в трубном пространстве реакционных трубок 20. Нижний и верхний концы упомянутого корпуса 1 подсоединены к трубной решетке 3 и блоку кольцевания, внутри упомянутого корпуса установлен пакет реакционных трубок 2. Упомянутый пакет реакционных трубок 2 включает в себя несколько реакционных трубок 20, нижний и верхний концы каждой из которых проходят и жестко закрепляются в трубной решетке 3, упомянутые реакционные трубки 20 одна за другой последовательно соединяются посредством блока кольцевания.

Как показано на Фиг. 4 и Фиг. 5, наиболее предпочтительным является, если упомянутый блок кольцевания представляет собой трубную камеру отклонения потока 4, в которой устроено несколько расположенных с определенным интервалом пазов отклонения потока 40. Упомянутая трубная решетка 3 вместе с пазами отклонения потока 40 камеры отклонения потока формируют несколько расположенных с определенным интервалом каналов отклонения потока; смежные реакционные трубки 20 в последовательности течения потока среды поочередно последовательно соединяются расположенными напротив каждой из них каналами отклонения потока, в упомянутой трубной камере отклонения потока 4 устроены отверстие ввода реагента 41 и отверстие вывода реагента 42. То есть когда отверстие ввода реагента 41 располагается в нижней трубной камере отклонения потока 4, то последовательность течения реагента в пакете реакционных трубок 2 будет выглядеть так: реагент из отверстия ввода реагента 41 трубной камеры отклонения потока 4 попадает в нижний конец первой реакционной трубки, проходит через первую реакционную трубку и из верхнего конца первой реакционной трубки попадает в соответствующий паз отклонения потока 40, устроенного в верхней трубной камере отклонения потока 4 (данный паз отклонения потока располагается напротив верхнего конца первой реакционной трубки и верхнего конца второй реакционной трубки и соединяет их), затем подается в верхний конец второй реакционной трубки, проходит вторую реакционную трубку из нижнего конца второй реакционной трубки попадает в соответствующий паз отклонения потока 40, устроенный в нижней трубной камере отклонения потока 4 (данный паз отклонения потока располагается напротив нижнего конца второй реакционной трубки и нижнего конца третьей реакционной трубки и соединяет их), затем подается в нижний конец третьей реакционной трубки, проходит третью реакционную трубку и из верхнего конца третьей реакционной трубки попадает в соответствующий паз отклонения потока 40, устроенного в верхней трубной камере отклонения потока 4 (данный паз отклонения потока располагается напротив верхнего конца третьей реакционной трубки и верхнего конца четвертой реакционной трубки и соединяет их), затем подается в верхний конец четвертой реакционной трубки, далее по аналогии с этим, пока реагент не достигнет отверстия вывода реагента 42. Необходимо указать, что приведенные в данном абзацы числительные «первая», «вторая» и т.д. соответствуют последовательности потока реагента, первая реакционная трубка является первой трубкой, с которой начинается поток реагента. При применении трубных камер отклонения потока в составе непрерывного проточного реактора по данному изобретению смежные по направлению передачи среды реакционные трубки взаимно соединяются пазами отклонения потока, при этом отсутствует необходимость соединять смежные реакционные трубки коленчатыми патрубками или U-образными трубками, исключается вероятность ограничения потока радиусом изгиба патрубка, обеспечиваются малые промежутки между реакционными трубками, небольшой объем реактора и большая длительность процесса реакции.

Наиболее предпочтительным является, если упомянутый пакет реакционных трубок 2 состоит из последовательно располагающихся в несколько слоев направленных изнутри наружу реакционных трубок 20, каждая из которых представляет собой спирально намотанную трубку с определенным углом подъема спирали, что при равных объемах еще более повышает ход реакции.

Как показано на Фиг. 1 наиболее предпочтительным является, если в упомянутую трубную камеру отклонения потока съемным способом устанавливается один или несколько осуществляющих контроль в реальном времени измерительных приборов 43, которые взаимно соединяются с пазами отклонения потока 40. Указанные осуществляющие контроль в реальном времени измерительные приборы в соответствии с необходимостью могут представлять собой контрольно-измерительные приборы для температуры, давления, значения кислотности, использоваться для измерения в реальном времени значений температуры, давления и кислотности реагента внутри реактора. Кроме этого, наиболее предпочтительным является, если в трубной камере отклонения потока имеется несколько разъемов для установки осуществляющих контроль в реальном времени измерительных приборов, указанные приборы посредством установки в разные отверстия могут соединяться с разными пазами отклонения потока 40 и осуществлять контроль за состоянием реакции реагентов с разной длиной технологического процесса (реагентов, которые прошли через разное количество реакционных трубок).

Как показано на Фиг. 7, наиболее предпочтительным является, если упомянутая трубная решетка 3 включает в себя трубную решетку соединения расширением 30 и трубную решетку сварного соединения 31. Упомянутая трубная решетка соединения расширением 30 неподвижно закрепляется на верхнем и нижнем концах корпуса 1, а упомянутые реакционные трубки 20 проходят сквозь трубную решетку соединения расширением 30 и фиксируются в ней. Упомянутая трубная решетка сварного соединения 31 с помощью фланца и болтов плотно прилегает к трубной камере отклонения потока 4; упомянутые реакционные трубки 20 проходят сквозь трубную решетку сварного соединения 31 и неподвижно закрепляются на трубной решетке соединения расширением 30. Еще более предпочтительным является, если каждая реакционная трубка 20 имеет радиально расширяющуюся часть для соединения расширением 200, посредством которой упомянутая реакционная трубка 20 соединяется с трубной решеткой соединения расширением 30. Во-первых, используется простая технология, во-вторых, это гарантирует плотность соединения реакционных трубок 20 с трубной решеткой соединения расширением 30. Конец упомянутой реакционной трубки 20 в точке сварки 201 приваривается к трубной решетке сварного соединения 31, такой метод позволяет избежать прожога реакционной трубки 20 во время сварки и обеспечивает прочность и плотность сварного соединения. Реакционная трубка посредством двух расширяющихся выступов 200 фиксируется в трубной решетке, такой способ обеспечивает более плотное и прочное соединение и эффективно предотвращает попадание среды из реакционной трубки в межтрубное пространство, а плотное соединение трубной решетки с корпусом 1 предотвращает протечку среды из межтрубного пространства. Наиболее предпочтительным является, если трубную решетку соединения расширением 30 и трубную решетку сварного соединения 31 разделяет определенное расстояние.

Еще более предпочтительным является, если с целью обеспечить плотность прилегания трубной решетки сварного соединения 31 к трубной камере отклонения потока 4, предотвратить протечку среды из пазов отклонения потока и обеспечить свободную проходимость среды в пазах отклонения потока между упомянутой трубной камерой отклонения потока и трубной решеткой сварного соединения устанавливается пластинчатая уплотнительная прокладка 6, которая имеет отверстия отклонения потока 60 в соответствующих местах расположения обоих концов каждого из пазов отклонения потока и обеспечивает герметичность в процессе циркуляции реагента.

Так как данное изобретение использует большое количество реакционных трубок, имеющих спиральную намотанную форму, то при их установке трубки должны соединяться с трубной решеткой соединения расширением 30 и трубной решеткой сварного соединения 31, а расположение трубок должно соответствовать расположению пазов отклонения потока 40 в трубных камерах отклонения потока 4. Несоблюдение определенного правила последовательности расположения трубок приведет к невозможности правильной сборки, ошибкам в работе осуществляющего монтаж персонала, увеличению временных затрат на монтажные работы и коэффициента ошибок при монтаже. Чтобы облегчить монтаж пакета спирально намотанных трубок, наиболее предпочтительным является, если пазы отклонения потока 40 в верхней и нижней трубных камерах отклонения потока 4, а также проходные установочные отверстия в верхней и нижней трубных решетках 3 размещены таким образом, что обеспечивают нижеописанный способ расположения верхних и нижних концов каждого слоя реакционных трубок 20:

снаружи вовнутрь: верхние концы реакционных трубок 20 первого слоя, то есть верхние концы реакционных трубок 20 самого наружного слоя расположены так, что они образуют первую верхнюю окружность, верхние концы всех реакционных трубок 20 второго слоя расположены так, что они образуют вторую верхнюю окружность; вторая верхняя окружность и первая верхняя окружности имеют общий центр, при этом диаметр второй верхней окружности меньше диаметра первой верхней окружности; далее по аналогии с этим, последний слой реакционных трубок представляет собой самый внутренний слой трубок;

снаружи вовнутрь: все нижние концы реакционных трубок 20 первого слоя, то есть нижние концы реакционных трубок 20 самого наружного слоя расположены так, что они образуют первую нижнюю окружность, нижние концы всех реакционных трубок 20 второго слоя расположены так, что они образуют вторую нижнюю окружность; вторая нижняя окружность и первая нижняя окружности имеют общий центр, при этом диаметр второй нижней окружности меньше диаметра первой нижней окружности; далее по аналогии с этим, последний слой реакционных трубок представляет собой самый внутренний слой трубок. Центр верхних окружностей и центр нижних окружностей располагаются на осевой линии корпуса 1; углы между прямыми, соединяющими верхние концы каждой реакционной трубки одного слоя с осевой линией корпуса 1, и прямыми, соединяющими их нижние концы (нижние концы тех же соответствующих реакционных трубок) с осевой линией корпуса 1, имеют одинаковую величину. Еще более предпочтительным является, если прямые, соединяющие верхний и нижний конец каждой реакционной трубки (имеется в виду прямая, соединяющая верхний и нижний конец одной и той же реакционной трубки), параллельны осевой линии корпуса 1.

Когда количество реакционных трубок 20 составляет четное число, например, число N, то отверстие ввода реагента 41 и отверстие вывода реагента 42 будут располагаться на одной трубной камере отклонения потока, в этом случае количество пазов отклонения потока 40 в трубной камере отклонения потока с расположенным в ней отверстием ввода реагента 41 составит (N/2)-1, а количество пазов отклонения потока (40) в другой трубной камере отклонения потока составит N/2. Когда количество реакционных трубок 20 составляет нечетное число, например, число N, то отверстие ввода реагента 41 и отверстие вывода реагента 42 будут располагаться на разных трубных камерах отклонения потока, в этом случае количество пазов отклонения потока 40 в верхней и нижней трубных камерах отклонения потока составит (N-1)/2.

Как показано на Фиг. 8, наиболее предпочтительным будет, если вдоль наружной стенки реакционной трубки 20 впрессованы две винтовых спирали 20а, проходящие в двух противоположных направлениях и имеющие одинаковый угол винтового подъема, которые выступают внутрь на внутренней стенке реакционной трубки и формируют соответствующий двум спиральным линиям спиральный выступ. Таким образом при прохождении реагента создается мощное прерывание потока, реагент проходит вдоль спиральных выступов, формируя движение по касательной в виде спирали, это позволяет еще больше повысить число Рейнольдса потока реагентов, значительно повысить турбулентный эффект, а также повысить теплопередачу и эффективность смешивания реагентов.

На Фиг. 9 представлена система непрерывных проточных реакций по данному примеру реализации, характеризующаяся тем, что включает в себя последовательно соединенные загрузочное устройство 10А, смеситель 20А, подогреватель 30А и упомянутый непрерывный проточный реактор 9. Упомянутое загрузочное устройство 10А включает в себя несколько групп последовательно соединенных емкостей для исходных реагентов 100, питающего насоса 110 и регулятора расхода 120. В каждую упомянутую емкость для исходных реагентов 100 заливается раствор одного вида реагента, упомянутый регулятор расхода 120 используется для управления работой питающего насоса, который с определенной скоростью вытягивает раствор реагента из упомянутых емкостей для исходных реагентов 100.

Внутри упомянутого смесителя 20А имеется смешивающая лопасть 200, которая приводится в движение приводом от серводвигателя 210 и используется для смешивания растворов реагентов, вытягиваемых из упомянутых емкостей для исходных реагентов 100, с целью получения смешанного раствора.

Упомянутый подогреватель 30А включает устройство которое используется для предварительного подогрева трубного пространства 300 и/или для предварительного подогрева межтрубного пространства 310, упомянутое трубное пространство используется для передачи подаваемого из смесителя 20А смешанного раствора, а упомянутое межтрубное пространство используется для циркуляции среды, предназначенной для предварительного нагрева реагентов. Упомянутый непрерывный проточный реактор 9 соединен с подогревателем 30А. Упомянутый подогреватель 30А располагается перед непрерывным проточным реактором 9 в потоке, то есть флюид трубного пространства непрерывного проточного реактора 9 и/или флюид межтрубного пространства сначала проходят операцию предварительного нагрева, а затем попадают в непрерывный проточный реактор 9.

Система управления непрерывными проточными реакциями трубчатого типа по данному примеру реализации включает в себя модуль ввода и модуль управления, упомянутый модуль ввода используется для выбора предварительно заданной модели реакции, а упомянутый модуль управления в зависимости от выбранной модулем ввода модели реакции осуществляет вывод управляющего сигнала для управления работой системы непрерывных проточных реакций трубчатого типа. В том числе упомянутый модуль управления включает в себя:

несколько групп устройств управления подачей исходных реагентов, каждая группа устройств управления соединяется с определенной емкостью исходных реагентов и управляет скоростью и расходом потока соответствующего раствора реагента;

устройство управления смешиванием, которое управляет скоростью вращения упомянутого серводвигателя;

устройство управления подогревателем, которое включает в себя прибор контроля температуры предварительного нагрева и устройство управления средой предварительного нагрева, упомянутый прибор контроля температуры предварительного нагрева осуществляет контроль температуры предварительного нагрева подогревателем раствора в трубном пространстве, а упомянутое устройство управления средой предварительного нагрева в соответствии с данной температурой осуществляет управление температурой и скоростью потока среды предварительного нагрева подогревателя в межтрубном пространстве;

устройство управления реакцией, которое включает в себя устройство контроля условий реакции, устройство управления скоростью потока реагентов и устройство управления теплоносителем, упомянутое устройство контроля условий реакции включает в себя прибор контроля и измерения температуры, прибор контроля и измерения давления и прибор контроля и измерения скорости потока и используется для измерения значений температуры, давления и скорости потока внутри реакционных трубок; упомянутое устройство управления скоростью потока реагентов в соответствии со значением скорости потока внутри реакционных трубок осуществляет управление скоростью потока реагентов; упомянутое устройство управления теплоносителем в соответствии со значениями температуры и давления в реакционных трубках осуществляет управление температурой и скоростью потока теплоносителя в межтрубном пространстве реактора.

Еще более предпочтительным является, если модуль ввода в данном примере реализации выбирает предварительно заданную модель реакции, которая включает в себя предварительно заданную скорость потока и предварительно заданную величину расхода потока всех растворов реагентов, предварительно заданную температуру предварительного нагрева раствора в трубном пространстве предварительного нагрева, предварительно заданную температуру и предварительно заданную скорость потока среды предварительного нагрева в межтрубном пространстве, предварительно заданную температуру, давление и скорость потока в реакционных трубках, а также предварительно заданную температуру и скорость потока теплоносителя в межтрубном пространстве реактора. Технический персонал данной сферы в соответствии с содержанием данного примера реализации посредством использования программного обеспечения или необходимых универсальных аппаратных платформ может реализовать предварительно созданную в данном примере реализации модель реакции.

Система управления проточными реакциями по данному примеру изобретения в процессе своей работы в соответствии с выбранной модулем ввода предварительно заданной моделью реакции управляет имеющимся в составе системы питателем, обеспечивая подачу разных исходных растворов реагентов из соответствующих емкостей для исходных реагентов в смеситель. После надлежащего смешивания исходного раствора в смесителе смешанный раствор подается в подогреватель; устройство управления предварительным нагревом измеряет температуру подлежащего предварительному нагреву раствора в трубном пространстве подогревателя и в зависимости от этой температуры регулирует температуру и скорость потока среды предварительного нагрева в межтрубном пространстве подогревателя. После завершения предварительного нагрева раствор реагентов через проточный канал подается внутрь реакторной установки, устройство управления реакцией контролирует условия реакции и осуществляет их управление с обратной связью.

Выше в качестве примера представлено описание данного изобретения, однако данное изобретение не ограничивается конкретным вышеуказанным примером реализации, любые изменения или модификации, произведенные на основе данного изобретения, относятся к сфере защиты данного изобретения.

Claims (21)

1. Трубная камера отклонения потока, характеризующаяся тем, что она предназначена для поочередного последовательного соединения реакционных трубок (20) непрерывного проточного реактора, в упомянутой трубной камере отклонения потока устроено несколько расположенных с определенным интервалом пазов отклонения потока (40), которые используются для соединения реакционных трубок (20); упомянутая трубная камера отклонения потока (4) представляет собой цельный элемент, в котором устроены отверстие ввода реагента (41) и отверстие вывода реагента (42).

2. Трубная камера отклонения потока по п. 1, характеризующаяся тем, что трубная камера отклонения потока (4) имеет несколько разъемов для осуществляющих контроль в режиме реального времени измерительных приборов, которые соединены с разными пазами отклонения потока (40).

3. Непрерывный проточный реактор, характеризующийся тем, что включает в себя: корпус (1), в упомянутом корпусе (1) имеются вход в межтрубное пространство (10) и выход из межтрубного пространства (11), сообщающиеся с внутренней полостью корпуса; трубные решетки (3) и блоки кольцевания подсоединены к нижнему и верхнему концу упомянутого корпуса (1); внутри упомянутого корпуса установлен пакет реакционных трубок (2), упомянутый пакет реакционных трубок (2) включает в себя несколько реакционных трубок (20), нижний и верхний концы каждой из которых проходят сквозь трубные решетки (3) и жестко закрепляются в ней, упомянутые реакционные трубки (20) поочередно последовательно соединяются посредством блоков кольцевания, которые представляют собой трубные камеры отклонения потока (4); упомянутая трубная камера отклонения потока (4) представляет собой цельный элемент, в котором устроено несколько расположенных с определенным интервалом пазов отклонения потока (40); упомянутая трубная решетка (3) вместе с пазами отклонения потока (40) камеры отклонения потока формируют несколько расположенных с определенным интервалом каналов отклонения потока; смежные реакционные трубки (20) в последовательности течения потока среды поочередно последовательно соединяются расположенными напротив каждой из них каналами отклонения потока; в упомянутой трубной камере отклонения потока (4) устроены отверстие ввода реагента (41) и отверстие вывода реагента (42).

4. Непрерывный проточный реактор по п. 3, характеризующийся тем, что упомянутый пакет реакционных трубок (2) состоит из последовательно располагающихся в несколько слоев направленных изнутри наружу реакционных трубок (20), каждая из которых представляет собой спирально намотанную трубку с определенным углом подъема спирали.

5. Непрерывный проточный реактор по п. 3, характеризующийся тем, что в упомянутую трубную камеру отклонения потока съемным способом устанавливается один или несколько осуществляющих контроль в реальном времени измерительных приборов (43), которые взаимно соединяются с пазами отклонения потока (40).

6. Непрерывный проточный реактор по п. 3, характеризующийся тем, что упомянутая трубная решетка (3) включает в себя трубную решетку соединения расширением (30) и трубную решетку сварного соединения (31); упомянутая трубная решетка соединения расширением (30) неподвижно закрепляется на верхнем и нижнем концах корпуса (1), а упомянутые реакционные трубки (20) проходят сквозь трубную решетку соединения расширением (30) и фиксируются в ней, а упомянутая трубная решетка сварного соединения (31) с помощью фланца и болтов плотно прилегает к трубной камере отклонения потока (4); упомянутые реакционные трубки (20) проходят сквозь трубную решетку сварного соединения (31) и неподвижно закрепляются на трубной решетке соединения расширением (30).

7. Непрерывный проточный реактор по п. 3, характеризующийся тем, что пазы отклонения потока (40) в верхней и нижней трубных камерах отклонения потока (4), а также проходные установочные отверстия в верхней и нижней трубных решетках (3) размещены таким образом, что обеспечивают нижеописанный способ расположения верхних и нижних концов каждого слоя реакционных трубок (20):

снаружи вовнутрь: все верхние концы реакционных трубок (20) первого слоя, то есть верхние концы реакционных трубок (20) самого наружного слоя расположены так, что они образуют первую верхнюю окружность; верхние концы всех реакционных трубок (20) второго слоя расположены так, что они образуют вторую верхнюю окружность; вторая верхняя окружность и первая верхняя окружности имеют общий центр, при этом диаметр второй верхней окружности меньше диаметра первой верхней окружности; далее по аналогии с этим, последний слой реакционных трубок представляет собой самый внутренний слой трубок;

снаружи вовнутрь: все нижние концы реакционных трубок (20) первого слоя, то есть нижние концы реакционных трубок (20) самого наружного слоя расположены так, что они образуют первую нижнюю окружность; нижние концы всех реакционных трубок (20) второго слоя расположены так, что они образуют вторую нижнюю окружность; вторая нижняя окружность и первая нижняя окружности имеют общий центр, при этом диаметр второй нижней окружности меньше диаметра первой нижней окружности; далее по аналогии с этим, последний слой реакционных трубок представляет собой самый внутренний слой трубок; центр верхних окружностей и центр нижних окружностей располагаются на осевой линии корпуса (1); углы между прямыми, соединяющими верхние концы каждой реакционной трубки одного слоя с осевой линией корпуса (1), и прямыми, соединяющими их нижние концы с осевой линией корпуса (1), имеют одинаковую величину; наиболее предпочтительным является, если прямые, соединяющие верхний и нижний конец каждой реакционной трубки, параллельны осевой линии корпуса (1).

8. Непрерывный проточный реактор по п. 3, характеризующийся тем, что когда количество реакционных трубок (20) составляет четное число, например, число N, то отверстие ввода реагента (41) и отверстие вывода реагента (42) будут располагаться на одной трубной камере отклонения потока; в этом случае количество пазов отклонения потока (40) в трубной камере отклонения потока с расположенным в ней отверстием ввода реагента (41) составит (N/2)-1, а количество пазов отклонения потока (40) в другой трубной камере отклонения потока составит N/2; когда количество реакционных трубок (20) составляет нечетное число, например, число N, то отверстие ввода реагента (41) и отверстие вывода реагента (42) будут располагаться на разных трубных камерах отклонения потока, в этом случае количество пазов отклонения потока (40) в верхней и нижней трубных камерах отклонения потока составит (N-1)/2.

9. Непрерывный проточный реактор по п. 3, характеризующийся тем, что вдоль наружной стенки реакционной трубки (20) впрессованы две винтовые спирали (20а), проходящие в двух противоположных направлениях и имеющие одинаковый угол винтового подъема, которые выступают внутрь на внутренней стенке реакционной трубки и формируют соответствующий двум спиральным линиям спиральный выступ.

10. Система непрерывных проточных реакций, характеризующаяся тем, что включает в себя последовательно соединенные загрузочное устройство, смеситель, подогреватель и непрерывный проточный реактор (9) по любому из пп. 3-9, в которой:

упомянутое загрузочное устройство включает в себя несколько последовательно соединенных емкостей для исходных реагентов, питающего насоса и регулятора расхода;

в каждую упомянутую емкость для исходных реагентов заливается раствор одного вида реагента, упомянутый регулятор расхода используется для управления работой питающего насоса, который с определенной скоростью вытягивает раствор реагента из упомянутых емкостей для исходных реагентов;

внутри упомянутого смесителя имеется смешивающая лопасть, которая приводится в движение приводом от серводвигателя и используется для смешивания растворов реагентов, вытягиваемых из упомянутых емкостей для исходных реагентов, с целью получения смешанного раствора;

упомянутый подогреватель используется для предварительного подогрева трубного пространства и/или для предварительного подогрева межтрубного пространства, упомянутое трубное пространство используется для передачи подаваемого из смесителя смешанного раствора, а упомянутое межтрубное пространство используется для циркуляции среды, предназначенной для предварительного нагрева реагентов; упомянутый непрерывный проточный реактор (9) соединен с подогревателем.

11. Система управления непрерывными проточными реакциями трубчатого типа, характеризующаяся тем, что используется для управления упомянутой системой непрерывных проточных реакций по п. 10, включающая в себя модуль ввода и модуль управления, упомянутый модуль ввода используется для выбора предварительно заданной модели реакции, а упомянутый модуль управления в зависимости от выбранной модулем ввода модели реакции осуществляет вывод управляющего сигнала для управления работой системы непрерывных проточных реакций трубчатого типа, в том числе упомянутый модуль управления включает в себя:

несколько групп устройств управления подачей исходных реагентов, каждая группа устройств управления соединяется с определенной емкостью исходных реагентов и управляет скоростью и расходом потока соответствующего раствора реагента;

устройство управления смешиванием, которое управляет скоростью вращения упомянутого серводвигателя;

устройство управления подогревателем, которое включает в себя прибор контроля температуры предварительного нагрева и устройство управления средой предварительного нагрева; упомянутый прибор контроля температуры предварительного нагрева осуществляет контроль температуры предварительного нагрева подогревателем раствора в трубном пространстве, а упомянутое устройство управления средой предварительного нагрева в соответствии с данной температурой осуществляет управление температурой и скоростью потока среды предварительного нагрева подогревателя в межтрубном пространстве;

устройство управления реакцией, которое включает в себя устройство контроля условий реакции, устройство управления скоростью потока реагентов и устройство управления теплоносителем; упомянутое устройство контроля условий реакции включает в себя прибор контроля и измерения температуры, прибор контроля и измерения давления и прибор контроля и измерения скорости потока и используется для измерения значений температуры, давления и скорости потока внутри реакционных трубок; упомянутое устройство управления скоростью потока реагентов в соответствии со значением скорости потока внутри реакционных трубок осуществляет управление скоростью потока реагентов; упомянутое устройство управления теплоносителем в соответствии со значениями температуры и давления в реакционных трубках осуществляет управление температурой и скоростью потока теплоносителя в межтрубном пространстве реактора.

Images