[发明专利]管模块

说明书

技术领域

本发明大体涉及管模块或管模块系统，以及管模块或管模块系统的用途。本发明特别地涉及同轴管反应器或同轴管反应器系统。

背景技术

管状反应器使用了数年，这样的反应器的示例公开于US3052524和GB932048，其描述了一种同心管状反应器，这种同心管状反应器由三个管构成，其中传热流体在最内管和最外管中流动，并且反应物流体在中间管中流动。另一示例公开于WO2009150677，其示出了用于催化反应的三同心管系统。

传统同心管状反应器具有恒定轮廓，即，在工艺侧和实用(utility)侧，流动路径为直的。这意味着，在管状反应器内在两侧的流动常常是层流，特别是在较低的流率，该较低的流率当反应经过数秒直到数分钟而完成时通常采用于工艺侧上。

以层流流态操作提供：

·较差混合 

·较差的传热(除非在壁之间的距离很小)

·较差的柱塞流(plug flow)。

这可导致所希望的产品的降低的产品产率或选择性，并且因此终端混合物将包含非希望的副产物，其需要从所希望的产品分离。

发明内容

因此，本发明发现了上文所提到的问题的解决方案，通过提供一种管状流动模块或同轴管流动模块，特别地同轴管反应器或同轴管热交换器，该管状流动模块包括至少两个螺旋形同心管。因此本发明涉及一种管状流动模块，该流动模块包括具有连续环形螺旋特征的至少两个同心管。同心管可以彼此布置成一个管(即，第二管)可以同轴地布置于另一管(即，第一管)内侧，并且每个管具有最大直径和最小直径。第二管的最大直径可以大于第一管的最小直径并且因此在第一管与第二管之间形成空间。该空间限定在第一管与第二管之间用于流体的流动路径，并且流动路径限定为环形螺旋流动路径与轴向卷绕(winding)流动路径的组合。

具有连续环形螺旋特征的第一同心管和第二同心管，即外螺旋管和内螺旋管，可以被同轴地布置使得空间可以形成于它们之间。这种几何形状迫使流体流持续地改变方向并且因此引起漩涡，漩涡改进了混合、传热和柱塞流。因此流动路径可限定用于流体的环形路径，用于流体的环形路径由表面限制并且可以成形为螺旋波形。因此，具有螺旋特征的外管和内管可以类似螺钉和螺母地接合，其中螺旋特征充当螺纹。当管彼此组装时，内螺纹管可以被旋拧到外螺旋管内。在螺旋特征之间的空隙中，可以形成所希望的环形卷绕流动路径。

管状流动模块也可包括在第一管外侧同轴地布置的管。外侧管的最小直径可大于或小于第一管的最大直径，并且所形成的环形空间可以限定为在外管与第一管之间的空间并且环形空间可以用于传热流体或其它流体。

管状流动模块也可包括在第二管内侧同轴地布置的管。内侧管的最大直径可以小于或大于第二管的最小直径，并且所形成的环形空间可以被限定为在内侧管与第二管之间的空间并且环形空间可以用于传热流体或其它流体。

内侧管和外侧管可分别合适地选自圆柱形管、波纹管、加肋管、螺旋形管或者具有螺旋翅片的管。

管状流动模块可包括多于两个同心管，其具有彼此同轴地布置螺旋特征，从而形成用于流体的多于一个环形流动路径。

流动模块因此可以具有一个或多个流动路径和一个或多个环形流动空间。环形流动路径可以用于工艺流，但也可能的是，环形流动路径可以用于传热流体。环形流动空间可以用于传热流体或工艺流体。

管状流动模块可包括彼此同轴地布置的多于两个螺旋形同心管，从而形成多于一个环形流动路径。而且，环形流动空间，即用于传热流体或用于工艺流体的流动空间，可以同轴地布置于流动模块内。每个环形流动路径和每个环形空间可以具有至少一个入口和至少一个出口。若干同心环形流动路径和环形流动空间可以在同一流动模块内，并且管可以为任何类型的合适形状并且可以选自圆柱形管、波纹管、加肋管、螺旋形管或具有螺旋翅片的管。

在根据本发明的管状流动模块中，具有螺旋特征的管可以选自螺旋状形成的壁或者具有附连的螺旋翅片的管。螺旋特征具有适合于获得每个环形流动路径中改进的柱塞流类型的流体流动的节距(pitch)(A)、空隙(B)和螺旋特征高度(C)。环形流动空间也可以具有适合于在每个环形流动空间中获得柱塞流类型的流体流动的节距(A)、空隙(B)和螺旋特征高度(C)。