[发明专利]一种反应/混合/热交换管及反应器

说明书

本发明涉及一种反应/混合/热交换管及反应器。双腔反应/混合/热交换管包括:外管与内管，内管(同轴)穿装于外管中，外管上具有若干个第一压陷部，所述第一压陷部使得外管的内腔截面形成若干个第一狭流通道，外管的内壁面与内管的外壁面之间形成第一流体流通通道，内管上具有若干个第二压陷部，第二压陷部使得内管的内腔截面形成若干个第二狭流通道。它的结构使得流体分子间反应/混合得到强化，所需交换的热量交换效率大大提高，可十分精确地控制温度、压力等工艺条件，安全系数高，易于生产，运营成本低。

技术领域

本发明涉及石油化工、精细化工、制药制剂、食品饮料等工业领域，尤其是一种反应/混合/热交换管及反应器。

背景技术

石油化工、精细化工、制药制剂、食品饮料等工业制造领域，经常要用到均质、非均质流体的物理混合或化学反应的工艺过程，而这种物理混合和化学反应通常伴随着强烈地温度变化(大多为瞬间放热)，控制不好就会造成火灾、爆炸等灾难性后果。近年来，国内外逐渐兴起利用微型通道反应器实现流体分子间或亚分子间的混合或化学反应，而且这些微反应器种类愈见繁多。由于这些微米级、亚毫米级的微型通道同时具备的强大换热能力，从实验室层面，较好的解决了许多过去难以实现的化学反应，将过去需要数小时甚至数十小时才能完成的化学反应在毫秒、秒、分时内得以完成。

如图1是美国康宁公司特种玻璃和碳化硅材质的微型通道反应单元示意图：图中通道是由两片材料接触不平面蚀刻或雕刻而成，深度约为数十微米。流体从入口进入心形结构，冲击到半月弧形结构后被分离为两路，各从心形结构两侧环绕进入心形结构的底部混合腔，分离的两路流体在此再度混合，合为一路挤压进入下一个心形结构，周而复始，期间相邻两个心形结构或可串联，或可并联，视工艺要求而定。同时反应所需交换热能由夹持在两面的热交换体夹层迅速传导，传导面积相比釜式容器反应器夹套或盘管换热器的要大得多。但是此种反应器由于结构本身所限，目前仅能承担1.8MPa压强以下，年通量2000立方液体流量工艺要求。

国内外另一种反应、混合方式是根据工艺及流量需要，使用不同直径金属毛细管结构的微反应器，在某些行业中也取得了较好的效果。但是毛细管的直径不不管取多少，它的剖面就是圆形，较小的直径可以使流体分子在内管空间受限，也会起到一定的反应/混合效果，但总体是一种平推流自混合效果。而在流体流动时，靠近管壁与同时在管中央流动的流体通过不管壁与外界的热交热效果一是相差很大的。这种金属毛细管结构，由于可以选择较厚管壁，所以也可以做到高压、超高压条件下使用。

另外现在被国内外广泛使用的静态管式反应器，是在各种直径管内充填有不同规格，规则或不规则的填料，以此使流体在管内流动时产生强烈的湍流，借以强化流体的反应、混合作用。但是湍流满足不了流体分子间在极度受限的空间内彼此强迫结合的效应，而只能相对增加彼此结合的机会。二者效能不能同日而语。

不管使用何种结构方式，目前国内外利用微型通道有原理实现大流量、大吨位产品连续化工业生产的实例极少，主要原因是微反应特有的微细结构和材质、制造工艺决定了它的研发、制造成本较高，且大多无法适应高温、高压和流体内含有固体结晶、粉末成分等工况，无法通过单纯的多机并联来实现产量的倍增。因此，微反应器造价昂贵，结构复杂，实现大通量、大吨位工业化是一个目前难以解决的问题。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供了一种反应/混合/热交换管，它的结构使得各组分流体在第一流体流通通道内经历挤压、扩散、混合、扭转、再挤压等反复过程，达到流体分子间迅速反应/混合的强化效果，所需交换热量则通过外管的壁体及内管的壁体与壳程及内管的内腔中流动的换热介质瞬间交换,可十分精确地控制温度、压力等工艺条件，安全系数高，特别适合于强烈放热的、高温、高压、剧毒、具有爆炸危险的化学反应/均质混合工艺应用。易于生产，运营成本低，其采用的技术方案如下：