本發(fā)明涉及化工制藥技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種連續(xù)流管式反應(yīng)系統(tǒng)及反應(yīng)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

化工制藥技術(shù)領(lǐng)域常用的反應(yīng)器設(shè)備包括管式反應(yīng)器和釜式反應(yīng)器等，其中釜式反應(yīng)器常在反應(yīng)釜中裝入攪拌裝置，用于液相反應(yīng)物混合，其合成物純度、反應(yīng)轉(zhuǎn)化率較低，能耗和污染較為嚴(yán)重。由于化工制藥領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品的純度等要求較高，因此常使用的反應(yīng)器設(shè)備為連續(xù)流管式反應(yīng)器。

管式反應(yīng)器內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)物濃度與反應(yīng)速率隨管長(zhǎng)變化，因此管式反應(yīng)器需要滿足化學(xué)反應(yīng)所需要的管長(zhǎng)，現(xiàn)有的直管反應(yīng)器或u形管反應(yīng)器要做到較長(zhǎng)的管長(zhǎng)，則反應(yīng)器體積太大。另外，現(xiàn)有的管式反應(yīng)器，無(wú)法很好的完成化學(xué)反應(yīng)所需要的反應(yīng)條件，如傳質(zhì)、傳熱所需要的充分混合、精確控溫、足夠的反應(yīng)管長(zhǎng)度以及在線檢測(cè)相應(yīng)的數(shù)據(jù)等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種連續(xù)流管式反應(yīng)系統(tǒng)及反應(yīng)控制系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有的管式反應(yīng)系統(tǒng)占地面積大，傳質(zhì)、傳熱混合不夠均勻，無(wú)法做到精確控溫和在線監(jiān)測(cè)等技術(shù)問題。

本發(fā)明的連續(xù)流管式反應(yīng)系統(tǒng)，包括依次連通的進(jìn)料裝置、混合裝置、預(yù)熱裝置和反應(yīng)裝置，

所述進(jìn)料裝置包括多組依次連接的原料罐、進(jìn)料泵和流量控制器，所述每個(gè)原料罐用于盛裝一種反應(yīng)溶液，所述流量控制器用于控制所述進(jìn)料泵從所述原料罐中以一定速率抽取反應(yīng)溶液；

所述混合裝置內(nèi)安裝有攪拌槳，所述攪拌槳由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，用于將從所述原料罐中抽取的反應(yīng)溶液進(jìn)行混合，得到混合溶液；

所述預(yù)熱裝置包括預(yù)熱管程和預(yù)熱殼程，所述預(yù)熱管程用于流通從所述混合裝置導(dǎo)入的混合溶液，所述預(yù)熱殼程用于流通用于預(yù)熱反應(yīng)物的預(yù)熱介質(zhì)；

所述反應(yīng)裝置包括反應(yīng)器殼體，所述反應(yīng)器殼體的下部設(shè)置有殼程入口，所述反應(yīng)器殼體的上部設(shè)置有殼程出口，所述反應(yīng)器殼體的殼程內(nèi)部用于流通用于加熱反應(yīng)物的加熱介質(zhì)；所述反應(yīng)器殼體的上下兩端均連接有管板和連通裝置，所述反應(yīng)器殼體的內(nèi)部設(shè)置有用于流通反應(yīng)物的反應(yīng)管組，所述反應(yīng)管組包括多根反應(yīng)管，每根反應(yīng)管的上下兩端穿過并固定連接于所述管板上，所有反應(yīng)管通過所述連通裝置依次連通。

作為優(yōu)選，所述反應(yīng)器殼體下端的連通裝置上設(shè)置有反應(yīng)物入口和反應(yīng)物出口，所述反應(yīng)物入口連通所述預(yù)熱裝置，所述反應(yīng)物出口連通產(chǎn)品罐。

作為優(yōu)選，所述反應(yīng)器殼體上端的連通裝置上設(shè)置有溫度檢測(cè)儀表、壓力檢測(cè)儀表和流速檢測(cè)儀表，用于測(cè)量所述反應(yīng)管內(nèi)的溫度、壓力和流速數(shù)據(jù)。

作為優(yōu)選，所述連通裝置采用折流管箱，所述折流管箱上設(shè)置有多個(gè)與所述反應(yīng)管連通方向上相鄰兩根反應(yīng)管相對(duì)應(yīng)的折流槽，所有反應(yīng)管通過折流管箱上的折流槽依次連通。

作為優(yōu)選，所述多根反應(yīng)管以一定螺旋升角纏繞設(shè)置。

本發(fā)明還公開了一種連續(xù)流管式反應(yīng)控制系統(tǒng)，包括輸入單元和控制單元，所述輸入單元用于選擇預(yù)設(shè)的反應(yīng)模式，所述控制單元基于所述輸入單元選擇的反應(yīng)模式來輸出控制信號(hào)，控制連續(xù)流管式反應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行；其中，所述控制單元包括：

多組進(jìn)料控制裝置，每組進(jìn)料控制裝置連接一個(gè)原料罐，用于控制每種反應(yīng)溶液的流速和流量；

混合控制裝置，用于控制所述伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速；

預(yù)熱控制裝置，包括預(yù)熱溫度檢測(cè)裝置和預(yù)熱介質(zhì)控制裝置，所述預(yù)熱溫度檢測(cè)裝置用于檢測(cè)預(yù)熱裝置管程內(nèi)預(yù)熱溶液的溫度，所述預(yù)熱介質(zhì)控制裝置用于根據(jù)該溫度控制預(yù)熱裝置殼程內(nèi)預(yù)熱介質(zhì)的溫度和流速；

反應(yīng)控制裝置，包括反應(yīng)條件檢測(cè)裝置、反應(yīng)物流速控制裝置和加熱介質(zhì)控制裝置，所述反應(yīng)條件檢測(cè)裝置包括溫度檢測(cè)儀表、壓力檢測(cè)儀表和流速檢測(cè)儀表，用于測(cè)量反應(yīng)管內(nèi)的溫度、壓力和流速數(shù)據(jù)，所述反應(yīng)物流速控制裝置用于根據(jù)反應(yīng)管內(nèi)的流速數(shù)據(jù)控制反應(yīng)物流速，所述加熱介質(zhì)控制裝置用于根據(jù)反應(yīng)管內(nèi)的溫度和壓力數(shù)據(jù)控制反應(yīng)器殼程內(nèi)部加熱介質(zhì)的溫度和流速。

本發(fā)明的連續(xù)流管式反應(yīng)系統(tǒng)和反應(yīng)控制系統(tǒng)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)通過設(shè)置混合裝置，使多種反應(yīng)溶液充分混合，提高反應(yīng)效率。

(2)通過設(shè)置預(yù)熱裝置，使混合后的反應(yīng)溶液在進(jìn)入反應(yīng)器前提前升溫，進(jìn)入反應(yīng)器后盡快達(dá)到反應(yīng)溫度，提高反應(yīng)效率。

(3)反應(yīng)裝置采用連續(xù)流管道，連續(xù)流管道通過折流管箱連通，大大減小了相鄰反應(yīng)管之間的距離，使單位體積內(nèi)反應(yīng)管的長(zhǎng)度大大增長(zhǎng)，在滿足同樣化學(xué)反應(yīng)的條件下，本發(fā)明的體積和占地空間更小，生產(chǎn)成本更低。

(4)反應(yīng)管呈螺旋狀纏繞，反應(yīng)物沿著螺旋管形成螺旋狀切線運(yùn)動(dòng)，使反應(yīng)物在低流速情況下獲得高雷諾數(shù)，大大提高湍流效果，在不斷流動(dòng)反應(yīng)中仍能不間斷混合；另外，纏繞式反應(yīng)管組整體呈彈簧形，可以消除反應(yīng)傳熱產(chǎn)生的熱應(yīng)力，不會(huì)將熱應(yīng)力傳導(dǎo)至管板端，大大提高了設(shè)備的使用壽命。

(5)反應(yīng)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)反應(yīng)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的反應(yīng)條件，并做出精確的反饋調(diào)節(jié)，精確控制反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)的各項(xiàng)反應(yīng)條件。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的連續(xù)流管式反應(yīng)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的連續(xù)流管式反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的連續(xù)流管式反應(yīng)控制系統(tǒng)的原理框圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1：

如圖1-2所示，本實(shí)施例的連續(xù)流管式反應(yīng)系統(tǒng)，包括依次連通的進(jìn)料裝置1、混合裝置2、預(yù)熱裝置3和反應(yīng)裝置4。

其中，進(jìn)料裝置1包括多組依次連接的原料罐10、進(jìn)料泵11和流量控制器12，每個(gè)原料罐10用于盛裝一種反應(yīng)溶液，流量控制器12用于控制所述進(jìn)料泵11從所述原料罐10中以一定速率抽取反應(yīng)溶液。

混合裝置2內(nèi)安裝有攪拌槳20，攪拌槳20由伺服電機(jī)21驅(qū)動(dòng)，用于將從所述原料罐10中抽取的反應(yīng)溶液進(jìn)行混合，得到混合溶液。

預(yù)熱裝置3包括預(yù)熱管程30和預(yù)熱殼程31，預(yù)熱管程30用于流通從所述混合裝置2導(dǎo)入的混合溶液，預(yù)熱殼程31用于流通用于預(yù)熱反應(yīng)物的預(yù)熱介質(zhì)。

反應(yīng)裝置4包括反應(yīng)器殼體40，反應(yīng)器殼體40的下部設(shè)置有殼程入口41，反應(yīng)器殼體40的上部設(shè)置有殼程出口42，反應(yīng)器殼體40的殼程內(nèi)部用于流通用于加熱反應(yīng)物的加熱介質(zhì)；反應(yīng)器殼體40的上下兩端均連接有管板43和連通裝置，反應(yīng)器殼體40的內(nèi)部設(shè)置有用于流通反應(yīng)物的多根反應(yīng)管44，每根反應(yīng)管44的上下兩端穿過并固定連接于所述管板43上，所有反應(yīng)管44通過所述連通裝置依次連通。

進(jìn)一步的，本實(shí)施例中的反應(yīng)器殼體40下端的連通裝置上設(shè)置有反應(yīng)物入口45和反應(yīng)物出口46，所述反應(yīng)物入口45連通所述預(yù)熱裝置3，所述反應(yīng)物出口46連通產(chǎn)品罐。

進(jìn)一步的，本實(shí)施例中的反應(yīng)器殼體40上端的連通裝置上設(shè)置有溫度檢測(cè)儀表47、壓力檢測(cè)儀表48和流速檢測(cè)儀表49，用于測(cè)量所述反應(yīng)管內(nèi)的溫度、壓力和流速數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，本實(shí)施例中的連通裝置采用折流管箱5，所述折流管箱5上設(shè)置有多個(gè)與所述反應(yīng)管44連通方向上相鄰兩根反應(yīng)管44相對(duì)應(yīng)的折流槽50，所有反應(yīng)管44通過折流管箱5上的折流槽50依次連通。采用折流槽連通相鄰的反應(yīng)管，可以大大減小相鄰反應(yīng)管之間的距離，使單位體積內(nèi)反應(yīng)管的長(zhǎng)度大大增長(zhǎng)，在滿足同樣化學(xué)反應(yīng)的條件下，本實(shí)施例中的反應(yīng)裝置的體積和占地空間更小。

進(jìn)一步的，本實(shí)施例中的多根反應(yīng)管44以一定螺旋升角纏繞設(shè)置，形成纏繞式反應(yīng)管組，纏繞式反應(yīng)管組呈螺旋狀纏繞，反應(yīng)物沿著螺旋管形成螺旋狀切線運(yùn)動(dòng)，使反應(yīng)物在低流速情況下獲得高雷諾數(shù)，大大提高湍流效果，在不斷流動(dòng)反應(yīng)中仍能不間斷混合；另外，纏繞式反應(yīng)管組整體呈彈簧形，可以消除反應(yīng)傳熱產(chǎn)生的熱應(yīng)力，不會(huì)將熱應(yīng)力傳導(dǎo)至管板端，大大提高了設(shè)備的使用壽命。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例公開了一種連續(xù)流管式反應(yīng)控制系統(tǒng)，包括輸入單元6和控制單元7，所述輸入單元6用于選擇預(yù)設(shè)的反應(yīng)模式，所述控制單元7基于所述輸入單元6選擇的反應(yīng)模式來輸出控制信號(hào)，控制連續(xù)流管式反應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行；其中，所述控制單元7包括：

多組進(jìn)料控制裝置70，每組進(jìn)料控制裝置70連接一個(gè)原料罐10，用于控制每種反應(yīng)溶液的流速和流量；

混合控制裝置71，用于控制所述伺服電機(jī)21的轉(zhuǎn)速；

預(yù)熱控制裝置72，包括預(yù)熱溫度檢測(cè)裝置73和預(yù)熱介質(zhì)控制裝置74，所述預(yù)熱溫度檢測(cè)裝置73用于檢測(cè)預(yù)熱裝置3預(yù)熱管程30內(nèi)預(yù)熱溶液的溫度，所述預(yù)熱介質(zhì)控制裝置74用于根據(jù)該溫度控制預(yù)熱裝置3預(yù)熱殼程31內(nèi)預(yù)熱介質(zhì)的溫度和流速；

反應(yīng)控制裝置75，包括反應(yīng)條件檢測(cè)裝置76、反應(yīng)物流速控制裝置77和加熱介質(zhì)控制裝置78，所述反應(yīng)條件檢測(cè)裝置76包括溫度檢測(cè)儀表47、壓力檢測(cè)儀表48和流速檢測(cè)儀表49，用于測(cè)量反應(yīng)管44內(nèi)的溫度、壓力和流速數(shù)據(jù)，所述反應(yīng)物流速控制裝置77用于根據(jù)反應(yīng)管44內(nèi)的流速數(shù)據(jù)控制反應(yīng)物流速，所述加熱介質(zhì)控制裝置78用于根據(jù)反應(yīng)管44內(nèi)的溫度和壓力數(shù)據(jù)控制反應(yīng)器殼程內(nèi)部加熱介質(zhì)的溫度和流速。

進(jìn)一步的，本實(shí)施例中輸入單元6選擇預(yù)設(shè)的反應(yīng)模式，所述預(yù)設(shè)的反應(yīng)模式包括每種反應(yīng)溶液的預(yù)設(shè)流速和預(yù)設(shè)流量、預(yù)熱管程30內(nèi)預(yù)熱溶液的預(yù)設(shè)溫度、預(yù)熱殼程31內(nèi)預(yù)熱介質(zhì)的預(yù)設(shè)溫度和預(yù)設(shè)流速，反應(yīng)管44內(nèi)的預(yù)設(shè)溫度、預(yù)設(shè)壓力和預(yù)設(shè)流速，反應(yīng)器殼程內(nèi)部加熱介質(zhì)的預(yù)設(shè)溫度和預(yù)設(shè)流速。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本實(shí)施例的內(nèi)容，借助軟件和必須的通用硬件平臺(tái)，來實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例中預(yù)設(shè)的反應(yīng)模式。

本實(shí)施例的反應(yīng)控制系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，根據(jù)輸入單元6選擇的預(yù)設(shè)反應(yīng)模式，控制反應(yīng)系統(tǒng)中的進(jìn)料裝置1將多個(gè)原料罐10中的多種原料溶液注入混合裝置2中；混合裝置2使原料溶液充分混合后，混合溶液進(jìn)入預(yù)熱裝置3中；預(yù)熱控制裝置73檢測(cè)預(yù)熱裝置3預(yù)熱管程30內(nèi)預(yù)熱溶液的溫度，并根據(jù)該溫度控制預(yù)熱裝置3預(yù)熱殼程31內(nèi)預(yù)熱介質(zhì)的溫度和流速；預(yù)熱完成后，反應(yīng)溶液通過連續(xù)流管道進(jìn)入反應(yīng)裝置4內(nèi)，反應(yīng)控制裝置檢測(cè)并反饋控制反應(yīng)條件的穩(wěn)定。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請(qǐng)?jiān)淼那疤嵯?，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)視為包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。