專利名稱：改進(jìn)的流動反應(yīng)器的制作方法
改進(jìn)的流動反應(yīng)器
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的流動反應(yīng)器和改進(jìn)的反應(yīng)系統(tǒng)。本發(fā)明也 可以用于串列式混合系統(tǒng)。
術(shù)語處理材料是指在反應(yīng)器內(nèi)待變化或混合的材料。處理材料可 以是糊、乳狀液、固體、液體、蒸汽、氣體或超臨界流體。它也可以 是上述形式的組合。
術(shù)語反應(yīng)器是指在其中進(jìn)行反應(yīng)的設(shè)備。術(shù)語反應(yīng)系統(tǒng)是指容積 系統(tǒng)，處理材料在該容積系統(tǒng)中發(fā)生變化(即經(jīng)歷反應(yīng))。反應(yīng)系統(tǒng)(或 反應(yīng)器)內(nèi)的處理材料的性質(zhì)變化可以是化學(xué)的、物理的或生物的。
本文中的術(shù)語隔板是指隔腔內(nèi)可以引導(dǎo)流動的插入件。或者，該 插入件可以用于設(shè)定隔腔的工作容積。
術(shù)語流動描述了處理材料通過反應(yīng)器時(shí)的運(yùn)行模式。流動可以是 連續(xù)式的或斷續(xù)式的，優(yōu)選連續(xù)式流動。處理材料可以以恒定速度通 過反應(yīng)器或者以不同的速度穿過反應(yīng)器。它可以例如流過由較小通道 連接的一系列隔腔。
對于本文獻(xiàn)，術(shù)語平推流描述了處理材料以均一的速度穿過系統(tǒng) 的流動狀態(tài)。平推流是理想化的概念，實(shí)際上由于處理材料的方向、 處理材料和固體表面之間的曳力或攪動的變化，速度不可避免會有一 些變化。應(yīng)當(dāng)注意，在此描述的這種類型的系統(tǒng)是一系列攪動隔腔， 因此不是傳統(tǒng)意義上的平推流系統(tǒng)。但是，在具有大量串聯(lián)的攪動隔 腔的系統(tǒng)中，流動狀態(tài)開始接近傳統(tǒng)的平推流狀態(tài)。在此情況下，參
考平推流則意在表達(dá)對以下流態(tài)的期望 一個(gè)處理分子具有與任何其 它處理分子相近的停留時(shí)間。
術(shù)語隔腔是指室，該室用于容納處理材料且通過隔腔間管道與另 一室隔開。該室也可以是攪動組件上的用于容納處理流體的單室。隔 腔經(jīng)常具有攪動裝置。將隔腔連在一起的通道稱為隔腔間管道。隔腔間管道設(shè)置成使得 產(chǎn)品可以相繼流過一系列隔腔。隔腔間管道的通常目的是使兩個(gè)隔腔 間的反混降至最低程度。
本發(fā)明的目的是提供一種多隔腔組件，其中反應(yīng)系統(tǒng)的隔腔通過 隔腔間管道連接，并且該系統(tǒng)由一裝置攪動，該裝置不需要連接隔腔 內(nèi)的攪動元件和隔腔外的驅(qū)動機(jī)構(gòu)的機(jī)械軸。
通過插入攪動元件或固定隔板來改變反應(yīng)隔腔的容積，以代替指 定體積的隔腔。這使得隔腔尺寸可以調(diào)節(jié)。
詞組攪動組件是具有處理進(jìn)口管、處理出口管和一個(gè)或多個(gè)隔腔 的全封閉式部件。攪動組件可以通過管子或管道與另一個(gè)攪動組件連 接。通常，攪動組件可以在不影響另一個(gè)攪動組件的密閉完整性的情 況下拆除。攪動組件可以為處理材料的流動提供單流或者為處理材料 的流動提供一 系列并行流。兩個(gè)攪動組件間的管道體積通常比該組件 內(nèi)隔腔間管道的優(yōu)選體積大。該管道的尺寸必須考慮阻塞的可能性或 為了該系統(tǒng)在大的流量范圍內(nèi)運(yùn)行。用于引起攪動組件振動或搖動的 機(jī)構(gòu)可以作用于一個(gè)或多個(gè)攪動組件，使得每一個(gè)組件都可以單獨(dú)振 動，或者兩個(gè)或更多的組件可以一起振動。
術(shù)語系統(tǒng)是指在一個(gè)或多個(gè)處理流上共同執(zhí)行單元操作的一個(gè)或 多個(gè)攪動組件。使用多個(gè)攪動組件時(shí)，它們可以串聯(lián)布置或并聯(lián)布置， 或者可以串聯(lián)和并聯(lián)組合布置。即使并聯(lián)設(shè)置時(shí)，多個(gè)攪動組件實(shí)質(zhì) 上也是單個(gè)處理流的組成部分。為什么系統(tǒng)分成多個(gè)攪動組件是有實(shí) 際原因的(例如靈活性、多功能性、標(biāo)準(zhǔn)化、物理尺寸的限制等)。
攪動器元件是在攪動組件內(nèi)自由運(yùn)動的部件。攪動器元件在組件 搖動時(shí)進(jìn)行攪動，或者可以施加可變的磁場產(chǎn)生攪動。
攪動器元件或多個(gè)攪動器元件由于被搖動而進(jìn)行攪動。攪動可以 取決于裝有兩種或更多種密度的材料的隔腔或多個(gè)隔腔。密度的不同 可以由不同密度的固體、液體或氣體的組合來獲得，并且它們可以是
液滴、氣泡、微粒、大固體物或嚢(pocket)的形式。 攪動器元件也可以由磁力驅(qū)動。術(shù)語攪動通常是指處理流體的攪動。當(dāng)系統(tǒng)具有溫控系統(tǒng)，例如 具有裝有傳熱流體的夾套時(shí)，該傳熱流體的攪動也是理想的并且通常 是必要的，但這通?？梢酝ㄟ^產(chǎn)生湍流或靜態(tài)混合來實(shí)現(xiàn)。
本文闡述了使用攪動組件的系統(tǒng)的優(yōu)選設(shè)計(jì)原則。并且解釋了這 些設(shè)計(jì)原則背后的原因。但是也必須承認(rèn)出于實(shí)際設(shè)計(jì)原因在很多情 況下都必須放棄這些設(shè)計(jì)原則。例如，隔腔間管道可能必須比理想的 大以減小阻塞的可能性。還有很多其它這樣的例子。
本發(fā)明應(yīng)用于這樣的系統(tǒng)，即處理材料從一個(gè)隔腔到下一個(gè)隔腔 地流過該系統(tǒng)。穿過隔腔的流動通常是連續(xù)的，盡管在一些情況下穿 過隔腔的流動可以間歇地停止或可以利用振蕩流型。
本發(fā)明尤其應(yīng)用于充滿液體(或裝有液體和固體組合物)的系統(tǒng)。 氣體也可以作為反應(yīng)物、產(chǎn)品或組分，用以促進(jìn)或幫助處理變化。本 發(fā)明也可以用于在隔腔內(nèi)具有氣體層或氣泡的系統(tǒng)。在這種情況下， 可以在沒有固體攪動元件的情況下實(shí)現(xiàn)攪動。
本發(fā)明應(yīng)用于處理材料不放熱或不吸熱的系統(tǒng)。更優(yōu)選的是，本
發(fā)明應(yīng)用于^L熱或吸熱過程。
本發(fā)明應(yīng)用于處理材料的變化能夠簡單逆轉(zhuǎn)(例如溫度或壓力的 變化)的操作。更優(yōu)選的是，本發(fā)明應(yīng)用于不能簡單逆轉(zhuǎn)的過程(例 如，化學(xué)反應(yīng)、生物過程、混合過程)和可逆化學(xué)反應(yīng)。更優(yōu)選的是， 本發(fā)明應(yīng)用于存在一些化學(xué)反應(yīng)(例如，化學(xué)反應(yīng)、聚合反應(yīng)、異構(gòu) 化反應(yīng)等)或生物變化形式的操作。
本發(fā)明應(yīng)用于處理材料以前文所述的平推流方式穿過反應(yīng)器的運(yùn) 行，盡管它不是最嚴(yán)格意義上的平推流系統(tǒng)。反應(yīng)隔腔是一系列混合 隔腔，平推流被認(rèn)為發(fā)生在基本上所有的分子、顆?；蛱幚聿牧显诜?應(yīng)器內(nèi)具有基本上相近的停留時(shí)間時(shí)。
本發(fā)明中描述的流動反應(yīng)器通常具有一些增加或散放處理流體熱 量的裝置。在一些情況下，反應(yīng)器可以沒有加熱或散熱裝置。這將應(yīng) 用于處理材料可以承受其在穿過系統(tǒng)時(shí)經(jīng)歷的溫度變化的系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是在流動或間歇流動處理系統(tǒng)中產(chǎn)生較好的攪動。很多處理系統(tǒng)在處理流體的攪動增強(qiáng)時(shí)運(yùn)行得更好。增強(qiáng)的流體攪動 促進(jìn)了處理材料和傳熱表面之間的良好傳熱狀態(tài)。增強(qiáng)的流體攪動也 可以改進(jìn)處理流體的混合。增強(qiáng)的流體攪動也可以改進(jìn)兩個(gè)不同材料 間的傳質(zhì)狀態(tài)。增強(qiáng)的流體攪動也可以促進(jìn)在使用催化劑時(shí)有較快的
處理變化。流動系統(tǒng)中增強(qiáng)的流體攪動傳統(tǒng)上由以下不同的方法實(shí)現(xiàn)
(a) 在 一 些系統(tǒng)中，通過使穿過系統(tǒng)的處理材料具有高的凈質(zhì)量流 量實(shí)現(xiàn)處理流體的充分?jǐn)噭印?br> (b) 在一些系統(tǒng)中，通過使處理流體沿著較長的流動路徑流動實(shí)現(xiàn) 處理流體的充分?jǐn)噭?。這在不增加流過系統(tǒng)的處理材料的凈流量的情 況下增加了流體速度。這可以通過不同的方式例如使用隔板來實(shí)現(xiàn)。
(c) 在一些系統(tǒng)中，通過使流動通道的不同部分以一定角度互相交 叉實(shí)現(xiàn)充分?jǐn)噭?。這可以用表面仿形或隔板來實(shí)現(xiàn)。
(d) 在一些系統(tǒng)中，通過機(jī)械攪動處理流體增大處理流體的攪動水 平。攪動元件可以通過磁力方法或通過具有密封的軸與驅(qū)動機(jī)構(gòu)連接。
(e) 在一些系統(tǒng)中，應(yīng)用振蕩流增大處理流體的攪動水平。這種情 況下涉及的振蕩是那些由沿著處理流體流動方向的短暫逆轉(zhuǎn)引起的振 蕩。逆流例如可以由諸如脈動裝置或可換向齒輪泵的裝置實(shí)現(xiàn)。
在以上例子中，(a)、 (b)和(c)全部局限于最小或特定流量范圍。本 發(fā)明的目的是提供一種通過不要求最小或特定處理材料質(zhì)量流量(盡 管這個(gè)最小可以是指定的)的方式來增加系統(tǒng)內(nèi)流體的攪動的裝置。
本發(fā)明的目的是提供一種在不要求如(d)中所示的與驅(qū)動機(jī)構(gòu)(設(shè) 置在隔腔外)連接的機(jī)構(gòu)的情況下，增加系統(tǒng)內(nèi)流體的攪動的裝置(盡 管可以使用與外部連接的機(jī)械連接件)。這消除了對軸封或軸密封(用 以防止處理材料漏出)的需求。
本發(fā)明的目的是提供一種不要求如(e)中所示逆轉(zhuǎn)處理材料的流 動而增加系統(tǒng)內(nèi)流體的攪動的裝置(盡管如果需要也可以采用逆轉(zhuǎn)流 動)。振蕩流的缺點(diǎn)是它會增加反混和整個(gè)系統(tǒng)的壓降。振蕩流的攪動 水平可能沒有預(yù)期的強(qiáng)烈(尤其在較大的系統(tǒng)中)并且可能需要不希 望有的高壓降來實(shí)現(xiàn)流動逆轉(zhuǎn)。本發(fā)明不依靠振蕩流，但是可以在認(rèn)為合乎需要時(shí)使用它。
本發(fā)明的目的是提供一種通過在系統(tǒng)內(nèi)移動一個(gè)或多個(gè)攪動元件 來增加系統(tǒng)內(nèi)流體的攪動的裝置。這通過搖動或振動系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。這 可以通過將反應(yīng)器或系統(tǒng)與振動臺、振動臂、旋轉(zhuǎn)凸輪或一些促進(jìn)機(jī) 械運(yùn)動的其它裝置連接來實(shí)現(xiàn)。
攪動器元件的運(yùn)動也可以使用與隔腔外部的機(jī)構(gòu)磁性連接的攪動 器元件來實(shí)現(xiàn)。這實(shí)質(zhì)上產(chǎn)生相同的效果。盡管本發(fā)明的其余部分涉 及搖動或振動系統(tǒng)，但是磁性攪動的概念也是適用的。
產(chǎn)生振動或搖動作用的機(jī)械裝置可以使用壓縮空氣、空氣馬達(dá)、 線性電動機(jī)、旋轉(zhuǎn)電動機(jī)或電磁力。其也可以使用其它方式，例如液 壓動力。
在一些情況下，理想的是當(dāng)振動裝置以彼此不同的相位運(yùn)動時(shí)安 裝兩組或更多組攪動組件。其目的是幫助減小系統(tǒng)的整體運(yùn)動同時(shí)也 在一些情況下減小逆流趨勢。
振蕩的方向可能是流體的流動方向或者與流動方向成90°。振蕩 也可以是任何其它方向的或者以軌道的方式運(yùn)動。振蕩也可以包括扭 轉(zhuǎn)或搖擺動作，或者甚至是隨意運(yùn)動。振蕩可以是上述形式的組合。
振動或搖動的程度對攪動的效率有影響。對于具有"易碎處理材 料，，或不需要強(qiáng)烈攪動的處理，使用每秒小于1次的振動速度(盡管 可以使用更快或更慢的速度)。在一些情況下可以是每秒小于0.5次， 在其他情況下可以是每秒小于0.1次。對于需要劇烈攪動的處理，使 用每秒大于0.5次的振動速度。在一些情況下將是每秒大于5次。在 一些情況下將是每秒大于50次。
因?yàn)楹芏嗾駝咏M件是充液系統(tǒng)，所以僅僅是搖動作用并不能顯著
地影響攪動。對于這些應(yīng)用，可以增加攪動器元件來促進(jìn)攪動。攪動
器元件是密度與處理材料不同的自由運(yùn)動材料。在一些情況下，攪動
器元件本身也可以是處理材料(例如在氣體/液體系統(tǒng)中或在具有兩種
不同密度的液體的系統(tǒng)中)。
具有單個(gè)攪動器元件的系統(tǒng)的例子如

圖1所示。其中附圖標(biāo)記(1)是攪動器元件，(2)是處理材料隔腔，(3)是傳熱流體的管道。處理 流體流經(jīng)處理材料通道，并且整個(gè)組件安裝或連接在振動機(jī)構(gòu)上。在 該系統(tǒng)中，攪動器元件是上下?lián)u動的桿。
具有多個(gè)攪動器元件的系統(tǒng)的例子如圖2所示。其中附圖標(biāo)記(1) 是其中一個(gè)攪動器元件，(2)是隔腔，(3)是傳熱流體的管道，(4) 是隔腔間管道。處理流體流經(jīng)隔腔間管道，從一個(gè)隔腔到下一個(gè)隔腔， 并且整個(gè)組件安裝或連接在振動機(jī)構(gòu)上。
攪動組件可以用金屬或塑料制成。用于攪動組件的板可以如圖2 中所示制造成兩個(gè)部分，或者可以制造成夾層結(jié)構(gòu)，其中內(nèi)部鉆有用 于隔腔和外部板的孔。內(nèi)部可以是金屬或塑料。外薄板可以是不同的 材料(例如化學(xué)穩(wěn)定金屬)。
在圖1和2中，說明性地示出了傳熱通道3。也可以采用很多其 它構(gòu)造的傳熱流體管道。攪動組件可以具有為夾套、冷卻盤管、板或 其組合的形式的加熱/冷卻系統(tǒng)。加熱/冷卻流體的連接件是能夠承受 振動或搖動作用的柔性管或剛性管。攪動組件可以具有為冷卻/加熱池 形式的加熱/冷卻系統(tǒng)，攪動組件可以浸入該冷卻/加熱池中。攪動組 件可以設(shè)置在池內(nèi)的筐或框架中。攪動組件可以具有為鋁板或銅板(或 一些其它導(dǎo)熱材料)形式的加熱/冷卻系統(tǒng)，該鋁板或銅板(或一些其 它導(dǎo)熱材料)夾在攪動組件的表面上(并且其自身浸在加熱或冷卻介 質(zhì)中或其內(nèi)部具有加熱或冷卻介質(zhì))。在一些情況下，加熱或冷卻介質(zhì) 可以是空氣。在沒有內(nèi)部加熱冷卻流體的情況下，攪動組件可以具有 翅片(或其它增大外表面積的裝置)，以增大加熱或冷卻介質(zhì)與攪動組 件之間的傳熱面積。
攪動器元件的尺寸可以變化以改變隔腔的容積。這允許使用者改 變傳熱面積與處理體積比(或處理流體的停留時(shí)間)。在圖1中，該元 件的直徑例如可以增大，以減小處理材料的體積空間。在圖2的情況 下，可以改變攪動器元件的孔尺寸或外徑。 一個(gè)或多個(gè)攪動器元件可 設(shè)置在隔腔中，并且隔腔中攪動器元件的數(shù)量可以變化。
圖3示出了塊(5)，其中蓋(6)被移去以顯示多個(gè)隔腔(2)和隔腔間管道(4)。圖3還示出了處理材料的進(jìn)口 (7)和出口 (8)。
當(dāng)使用氣泡而非攪動器元件來促進(jìn)混合時(shí)，隔腔的容積可以使用 固定插入件而改變。這些固定的插入件根據(jù)所需量減小隔腔的體積(本 文也涉及執(zhí)行該功能的隔板)。
通過改變攪動器元件或固定插入件的尺寸而改變隔腔的體積容 積，使用者可以控制各個(gè)隔腔內(nèi)的轉(zhuǎn)化程度。例如，使用者可以確保 一系列隔腔中的每一個(gè)隔腔都執(zhí)行幾乎相同量的轉(zhuǎn)化?；蛘撸褂谜?可以確保一 系列隔腔中的每一個(gè)隔腔具有幾乎相同的熱負(fù)荷(在多數(shù) 情況下相近的熱負(fù)荷與轉(zhuǎn)化程度對等)。
當(dāng)使用者希望在一系列隔腔中指定特定的轉(zhuǎn)化分布(profile)時(shí)， 可以通過熱平衡計(jì)算來檢驗(yàn)攪動器元件或固定插入件的適當(dāng)尺寸。更 簡單的是，在使用均勻冷卻夾套的情況下，通過測量各個(gè)隔腔的溫度 來檢驗(yàn)攪動器元件或固定插入件的尺寸。
攪動器元件可以自由浮動或者通過鉸鏈或柔性連接件拴系。攪動 器元件也可以在通道內(nèi)上下滑動。
攪動器元件的形狀可以根據(jù)需要改變。它可以是圓柱形、球形、 正方形、長方形或任何其它形狀。攪動器元件也可以具有刻在其上的 凹槽，或者具有使其在移動時(shí)轉(zhuǎn)動的幾何形狀。
攪動器元件可以由催化材料(或酶)制成或者具有催化材料(或 酶)表面涂層。該材料可以覆蓋在整個(gè)表面上或限制在特定區(qū)域以使 磨損降至最低程度(例如中空圓筒的內(nèi)表面)。
攪動器元件也可以是催化材料制成的多孔塞，使得處理流體可以 在攪動器元件移動時(shí)穿過該多孔材料。
攪動器元件的材料可以是金屬、塑料、橡膠或許多其它材料。攪 動器元件也可以被涂覆。在一些情況下，出于成本的原因或?yàn)榱耸芤?于兩種材料的特性(例如用于化學(xué)穩(wěn)定性的涂層和用于增大密度的金 屬芯)可以這樣應(yīng)用。攪動器元件由比系統(tǒng)主體更軟的材料制成，以 減小磨損。聚四氟乙烯(P T F E )是可以在惡劣的化學(xué)環(huán)境中使用的良 好材料。橡膠或橡膠涂層可以很好地用于抗磨損。
12使用多個(gè)隔腔是在任何凈質(zhì)量流通過系統(tǒng)而不產(chǎn)生不希望的反混 的情況下實(shí)現(xiàn)攪動的有效方式。隔腔越小和越多，就越接近平推流狀 態(tài)。在希望有大量隔腔的同時(shí)，成本和復(fù)雜性也隨著更多隔腔的使用
而增加。系統(tǒng)可以具有1個(gè)或更多的攪動隔腔。系統(tǒng)可以具有2個(gè)或 更多的攪動隔腔。系統(tǒng)可以具有4個(gè)或更多的攪動隔腔。系統(tǒng)可以具 有8個(gè)或更多的攪動隔腔。系統(tǒng)可以具有16個(gè)或更多的攪動隔腔。系 統(tǒng)可以具有20個(gè)或更多的攪動隔腔。系統(tǒng)可以具有50個(gè)或更多的攪 動隔腔。系統(tǒng)可以具有100個(gè)或更多的攪動隔腔。 一些系統(tǒng)可以具有 500個(gè)或更多的攪動隔腔。 一些系統(tǒng)可以具有IOOO個(gè)或更多的攪動隔 腔。 一些系統(tǒng)可以具有IO，OOO個(gè)或更多的攪動隔腔。在本段中示出了 很多選擇。其原因是系統(tǒng)可以按比例增大三個(gè)或更大的數(shù)量級。因此 工業(yè)規(guī)模的處理運(yùn)行比實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)需要更大數(shù)量的隔腔(如果在按比 例增大的設(shè)備使用相近的隔腔尺寸和停留時(shí)間)?；蛘呖梢允褂酶蟮?隔腔。
一個(gè)攪動組件可以只有一個(gè)隔腔。更優(yōu)選的是其具有2個(gè)或更多 的隔腔，更優(yōu)選的是具有4個(gè)或更多的隔腔，更優(yōu)選的是具有8個(gè)或 更多的隔腔，或者更優(yōu)選的是具有IO個(gè)或更多的隔腔。具有20個(gè)隔 腔的攪動組件更優(yōu)選。用于試驗(yàn)設(shè)備及以上的攪動組件可以使用100 個(gè)隔腔或更多的隔腔。其可以具有200個(gè)隔腔或更多的隔腔。用于大 型設(shè)備的攪動組件可具有IOOO個(gè)隔腔或更多的隔腔。在一些情況下， 較大的系統(tǒng)將應(yīng)用較少的大隔腔。
系統(tǒng)可以具有不同的隔腔尺寸，以在系統(tǒng)內(nèi)不同位置處提供不同 的隔腔停留時(shí)間和/或不同的隔腔傳熱面積與處理體積比。當(dāng)處理變化 率不相同時(shí)這可以是有利的。
系統(tǒng)可以包括具有不同攪動元件(或固定元件)尺寸的隔腔，以 在系統(tǒng)內(nèi)的不同位置處提供不同的隔腔停留時(shí)間和/或不同的隔腔傳 熱面積與處理體積比。當(dāng)處理變化率不相同時(shí)這可以是有利的。
系統(tǒng)可以包括具有不同隔板尺寸的隔腔，以在系統(tǒng)內(nèi)不同位置處 提供不同的隔腔停留時(shí)間和/或不同的隔腔傳熱面積與處理體積比。當(dāng)處理變化率不相同時(shí)這可能是有利的。
系統(tǒng)可以包括一些具有攪動器元件的隔腔和一些不具有攪動器元 件的隔腔的組合、 一些具有隔板的隔腔和一些不具有隔板的隔腔(或 這些隔腔的組合)。改變分隔和攪動器元件的原因是系統(tǒng)內(nèi)不同位置處 的處理需要可能不同。例如，通過起初不進(jìn)行攪動可以將初始階段會 釋放大量熱量的處理操作得更好。這樣，起初不進(jìn)行攪動可以產(chǎn)生較 慢的初始反應(yīng)，從而更容易防止處理材料在初始階段過熱。
在許多情況下希望在單個(gè)攪動組件上使用多個(gè)隔腔，如圖2中所示。
通過系統(tǒng)的流動型式通常是使得隔腔被完全混合，但是隔腔間管 道內(nèi)的流動軌跡基本上是單向的，盡管允許一些逆流。
使用多個(gè)隔腔時(shí)，可以通過例如球或擋板的止回裝置來減小或防 止隔腔間管道內(nèi)的逆流。
使用多個(gè)隔腔時(shí)，希望相對由攪動器元件(或泵)的運(yùn)動產(chǎn)生的 壓力作用，在隔腔間管道內(nèi)有足夠的壓降以避免逆流。這減小了隔腔 間管道內(nèi)發(fā)生回流的趨勢。理想的是整個(gè)隔腔間管道的壓降比攪動器 元件產(chǎn)生的壓力作用大，更優(yōu)選是為攪動器元件所產(chǎn)生壓力的兩倍， 并且更優(yōu)選是為攪動器元件所產(chǎn)生壓力的10倍。
使用攪動時(shí)，隔腔內(nèi)的流體比隔腔間管道內(nèi)的流體更有利。因此 希望隔腔體積相對于隔腔間管道體積較大。雖然有例外情況(尤其當(dāng) 系統(tǒng)內(nèi)不同位置處的隔腔體積不同時(shí))，但是希望的是隔腔的體積比隔 腔間管道的體積大。更希望的是隔腔體積大于管道體積的5倍，更優(yōu) 選的是大于管道體積的10倍，更優(yōu)選的是大于管道體積的50倍，甚 至更優(yōu)選的是大于管道體積的100倍。
隔腔間管道體積應(yīng)當(dāng)?shù)扔诨虼笥谀媪?由與系統(tǒng)殼體的柔性或該 輸送系統(tǒng)承受逆流的能力有關(guān)的壓力作用引起)的體積。更優(yōu)選的是 隔腔間管道體積應(yīng)當(dāng)是逆流體積的兩倍或更優(yōu)選的是逆流體積的5 倍。
短的隔腔間管道長度會由于擴(kuò)散產(chǎn)生逆流。隔腔間管道的長度應(yīng)當(dāng)與最大的其它尺寸(寬度、高度或直徑)相等，更優(yōu)選的是該尺寸 的兩倍，更優(yōu)選(在其它因素滿足的狀態(tài)下)的是該尺寸的五倍。流 體流過隔腔間管道的速度應(yīng)當(dāng)比擴(kuò)散產(chǎn)生的逆流快。
必要時(shí)，隔腔可以設(shè)計(jì)成確保一些處理材料在沒有正確混合的情 況下不會直接流出該隔腔。這可以使用隔板來實(shí)現(xiàn)，隔板使處理材料 沿著較長的路徑穿過隔腔。該隔板可以設(shè)計(jì)成不同的形式，例如具有 或不具有攪動器元件(例如同心環(huán))的同心管。當(dāng)在隔腔內(nèi)的兩個(gè)同 心管上使用兩個(gè)同心環(huán)時(shí)， 一個(gè)滑動環(huán)可沿著處理流動方向滑動，另 一個(gè)滑動環(huán)可逆著處理流動方向滑動(因?yàn)樘幚聿牧洗┻^同心管時(shí)的 流動方向是相反的)。這將有助于減小由于攪動器元件而產(chǎn)生的壓力脈 動。
攪動組件可安裝在水平面或豎直面上，或者以一定角度安裝在水 平面和豎直面之間。在優(yōu)選實(shí)施例中，攪動組件的安裝布置設(shè)置成可 以旋轉(zhuǎn)，從而在填充(和正常的運(yùn)行)期間沿著前進(jìn)方向提供向上的
流動以及在下排(drain down)期間沿著前進(jìn)方向提供向下的流動。 這種布置允許在填充期間轉(zhuǎn)移氣體。通過改變攪動組件的定向，系統(tǒng) 可以在不改變流動方向的情況下下排。攪動組件的定向可以通過手動 調(diào)節(jié)來改變，或者可以通過一些電動機(jī)械裝置的形式或一些其它的致 動形式自動地旋轉(zhuǎn)。
隔腔間管道可以在塊的不同側(cè)被交替切斷，以減小由于攪動元件 而引起的脈動。
處理管道可以沿著筆直的路徑從系統(tǒng)的一端到達(dá)另一端?；蛘?， 處理管道可以成U形形式，使得處理材料的進(jìn)口和出口位于同一端。 處理管道也可以沿其它方向延伸或方向發(fā)生多次變化。
振動組件可以串聯(lián)或并聯(lián)地(或兩者的組合)連接在一起，以增 大容積或路徑長度。
本發(fā)明允許處理材料流過系統(tǒng)，同時(shí)保持?jǐn)噭訝顟B(tài)、良好的混合 和良好的傳熱狀態(tài)，而與穿過系統(tǒng)的處理材料的凈質(zhì)量流量無關(guān)。
以下非限制性地列舉了本發(fā)明的可行應(yīng)用。本發(fā)明用在連續(xù)式混合器中。
本發(fā)明用在進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的連續(xù)式反應(yīng)器中。 本發(fā)明用在進(jìn)行聚合反應(yīng)的連續(xù)式反應(yīng)器中。 本發(fā)明用在連續(xù)式生物反應(yīng)中。
本發(fā)明用在連續(xù)式反應(yīng)器中，該反應(yīng)器用于使用固體催化劑的反應(yīng)。
本發(fā)明用在連續(xù)式反應(yīng)器中，該反應(yīng)器用于使用液體催化劑或作 為微粒的帶有流體的催化劑的反應(yīng)。
本發(fā)明用在進(jìn)行有機(jī)合成反應(yīng)的連續(xù)式反應(yīng)器中。 本發(fā)明用在連續(xù)式結(jié)晶中。
本發(fā)明用于任何尺寸的連續(xù)式反應(yīng)器，例如其可以用在系統(tǒng)的生
產(chǎn)量小于每小時(shí)lg或每小時(shí)100g或更多的反應(yīng)器中，更優(yōu)選的是其 用于每小時(shí)lkg或更多的生產(chǎn)量，更優(yōu)選的是其用于每小時(shí)10kg或 更多的生產(chǎn)量。其也適用于大于每小時(shí)100kg的生產(chǎn)量。
本發(fā)明也用于停留時(shí)間小于100秒，或小于IO秒的較快的連續(xù)處 理。其可以很好地用于非?？斓奶幚淼脑蚴强梢愿淖兏羟粌?nèi)處理材
料與表面積比以適應(yīng)主導(dǎo)狀態(tài)。這允許較低的壓降(因?yàn)橹辉谧钚枰?的位置隔腔具有高的表面與體積關(guān)系)。
本發(fā)明用于在超過100秒的時(shí)間內(nèi)發(fā)生的慢速處理，其也用于超 過1000秒的處理，其也用于超過10,000秒的處理，其也用于超過 100，000秒的處理。原因是不管處理材料的生產(chǎn)率如何都可以維持良好
的攪動以及隔腔間管道可以在慢速流動的狀態(tài)下將反混降到最低程 度。良好的攪動對于慢速處理也是有利的，因?yàn)槠溆兄诩铀僭撀?處理。
本發(fā)明適用于制造醫(yī)藥化合物的連續(xù)式反應(yīng)器。
本發(fā)明適用于快速化學(xué)反應(yīng)，因?yàn)槠渚哂蝎@得高的表面積與處理 體積比的能力(通過選擇大的隔板或攪動元件)。
本發(fā)明適用于一分鐘或更長時(shí)間的慢速反應(yīng)，因?yàn)樗哂性诘退?質(zhì)量流穿過反應(yīng)器的情況下維持良好的混合和液體攪動的能力。
16反應(yīng)，因?yàn)樗哂性诘退?質(zhì)量流穿過反應(yīng)器的情況下維持良好的混合和液體攪動的能力。
本發(fā)明適用于一百分鐘或更長時(shí)間的慢速反應(yīng)，因?yàn)樗哂性诘?速質(zhì)量流穿過反應(yīng)器的情況下維持良好的混合和液體攪動的能力。
本發(fā)明適用于一千分鐘或更長時(shí)間的慢速反應(yīng)，因?yàn)樗哂性诘?速質(zhì)量流穿過反應(yīng)器的情況下維持良好的混合和液體攪動的能力。
本發(fā)明在與WO2006120026、 WO2006120027、和WO2006120028
中描述的系統(tǒng)一起使用時(shí)尤其有用。
權(quán)利要求
1.一種反應(yīng)系統(tǒng)，包括兩個(gè)或更多個(gè)反應(yīng)隔腔，其中所述隔腔被隔腔間管道隔開，并且在所述隔腔內(nèi)具有用于產(chǎn)生攪動的裝置，該裝置不要求所述隔腔內(nèi)的攪動機(jī)構(gòu)與所述隔腔外部的驅(qū)動機(jī)構(gòu)機(jī)械連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)使用4個(gè)或更多個(gè) 隔腔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)使用8個(gè)或更 多個(gè)隔腔。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中處理材料連續(xù) 地或間歇地流過所述系統(tǒng)。
5. 根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)是攪動組件。
6. 根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，包括被物理地?fù)u動以促 進(jìn)混合的組件。
7. 根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述用于產(chǎn)生攪動 的裝置包括攪動器元件，所述攪動器元件在一個(gè)或多個(gè)所述隔腔內(nèi)由 鉸鏈或柔性連接件栓系。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)含有氣嚢或氣泡， 以在所述系統(tǒng)被搖動時(shí)促進(jìn)混合。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)使用不同密度的材 料，以在所述系統(tǒng)被搖動時(shí)促進(jìn)混合。
10. 根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中磁性連接提供外 部驅(qū)動機(jī)構(gòu)和所述隔腔內(nèi)的攪動器元件之間的連接。
11. 根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述隔腔的容積 是不相同的。
12. 根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，包括用于控制反應(yīng)溫 度的傳熱元件。
13. 根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述隔腔的容積 是不相同的，以在所述系統(tǒng)內(nèi)的不同位置處提供不同的所述傳熱元件 的傳熱面積與隔腔體積比。
14. 根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中通過使用插入件 將所述隔腔的所述容積減小到期望的體積。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述插入件是攪動元件。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述插入件是固定元件或 隔板。
17. 根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中在單個(gè)材料塊中 形成多個(gè)隔腔。
18. 根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述隔腔設(shè)置有 夾套形式的冷卻/加熱系統(tǒng)。
19. 根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述隔腔浸在一 加熱或冷卻池中。
20. 根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述隔腔間管道 在所述材料塊的不同側(cè)被交替切斷，以減小由于所述攪動元件的運(yùn)動 而產(chǎn)生的樂K動。
21. 根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)使用一 隔板來確保所述處理材料在沒有充分混合的情況下不會直接流出所述 隔腔。
22. 根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述隔腔間管道 的體積等于或大于逆流的體積。
23. 根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中通過所述隔腔間 管道的壓降足以防止回流。
24. 根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述處理材料穿 過所述隔腔間管道的速度等于或大于由擴(kuò)散產(chǎn)生的逆流的速度。
25. 根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)設(shè)有用 于所述攪動組件的安裝構(gòu)造，使得所述攪動組件能夠旋轉(zhuǎn)，從而沿著 前進(jìn)方向提供向上的流動和向下的流動。
26. 根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)用于快 速連續(xù)式反應(yīng)。
27. 根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)用于慢 速連續(xù)式反應(yīng)。
28. 根據(jù)上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)是化學(xué) 反應(yīng)器。
29. 根據(jù)權(quán)利要求1至27中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)是 生物反應(yīng)器。
30. 根據(jù)權(quán)利要求1至27中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)是 結(jié)晶器。
31. 根據(jù)權(quán)利要求1至27中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)用 于使用固體催化劑的反應(yīng)。
32. —種反應(yīng)器，包括一系列通過隔腔間管道互相連接的隔腔并 且設(shè)置有用于攪動所述隔腔的裝置，其中在沒有任何跨越所述隔腔的 壁的物理連接的情況 下設(shè)置所述攪動。
33. 根據(jù)權(quán)利要求32所述的反應(yīng)器，包括4個(gè)或更多個(gè)隔腔。
34. 根據(jù)權(quán)利要求32或33所述的反應(yīng)器，其中在一個(gè)或多個(gè)隔 腔內(nèi)設(shè)置有攪動器，所述攪動器通過磁力操作。
35. 根據(jù)權(quán)利要求32或33所述的反應(yīng)器，其中通過搖動所述隔 腔進(jìn)行攪動。
36. 根據(jù)權(quán)利要求32至35中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其中所述隔 腔包含在塊中。
37. 根據(jù)權(quán)利要求32至35中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其中在一個(gè) 或多個(gè)隔腔中設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)隔板。
38. 根據(jù)權(quán)利要求32至35中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其中所述隔 腔設(shè)置有夾套形式的冷卻/加熱系統(tǒng)。
39. 根據(jù)權(quán)利要求36至38中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其中所述隔 腔間管道在所述塊的不同側(cè)被交替切斷。
40. 根據(jù)權(quán)利要求32至39中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其中所述隔腔的體積大于所述隔腔間管道的體積的5倍。
41.根據(jù)權(quán)利要求32至40中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其中所述反 應(yīng)器設(shè)有用于所述攪動組件的安裝構(gòu)造，使得所述攪動組件能夠旋轉(zhuǎn)， 從而沿著流動的前進(jìn)方向提供向上的流動和向下的流動。
全文摘要
一種反應(yīng)系統(tǒng)和反應(yīng)器，包括兩個(gè)或更多的反應(yīng)隔腔(2)，其中所述隔腔被隔腔間管道(4)隔開并且具有在隔腔內(nèi)產(chǎn)生攪動的裝置(1)，該裝置不要求隔腔內(nèi)部的攪動機(jī)構(gòu)與隔腔外部的驅(qū)動機(jī)構(gòu)機(jī)械連接。
文檔編號B01F13/10GK101626824SQ200780050784
公開日2010年1月13日 申請日期2007年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月6日
發(fā)明者R·阿什 申請人:阿什莫里斯有限公司