[发明专利]一种整体式振荡流反应器

说明书

本发明涉及反应器技术领域，公开了一种整体式振荡流反应器，包括摇床、支架和流体管道，所述支架设置在所述摇床的顶部，所述流体管道布置在所述支架上，所述摇床的摇动方向与所述管道的布置方向一致。流体管道布置在支架上，摇床在摇动时通过支架带动流体管道在摇床上一起摇动，流体管道内的所有流体都直接受到摇床的惯性力作用而摇荡，惯性力向流体施加一个周期性变化的振荡流，该振荡流与流体原本的流速叠加后扰动流体的流场，从而增强流体的混合；另外由于摇床的摇动是施加在整个管道上的，管道的布置方向与摇床的摇动方向一致，摇床摇动产生的振荡流沿管道长度方向无衰减，且不受管道内气泡的影响，保证了流体的混合效果。

技术领域

本发明涉及反应器技术领域，特别是涉及一种整体式振荡流反应器。

背景技术

基于微小管道的连续式反应器由于传热传质速度快、多相流可控、过程安全、设备成本低、操作简单、快速放大等优点，在精细化学品和医药材料合成领域正在得到了广泛应用，然而，单纯的将流体在空管道中利用流体自身的流动混合是比较弱的，特别是在流速比较低、流动状态未达到湍流时，会存在对流混合弱、容易被固体堵塞等问题。

为了增强管道内流体的混合，常见的做法是在管道内设置一些混合结构，如将管道弯折、变形等，或者是在管道内内置静态混合构件、挡板等，这些混合结构在流体经过时能切割流体或产生局部涡流，达到增强流体混合的效果。但是上述方法有两个缺点，首先，微小管道本身就很容易被固体颗粒物堵塞，设置这些混合结构会进一步增加管道堵塞的风险；其次，这种混合方法极度依赖流体的流速，只有在流速较大时才有较好的混合效果，从而导致其操作弹性差、操作窗口窄，不利于需要流体停留时间较长的过程。

主动式混合器通过外场(如超声、电磁场、压力波动)在管道内扰动流体或形成局部涡流，可以强化流体的混合，当外场足够剧烈时，该方法往往能利用外场预防或疏通管道内的固体堵塞，能很好的解决对流混合弱、容易被固体堵塞等问题。另外该方法的混合效果主要由外场强度决定，不依赖于流体流速，因此流体的混合效果和停留时间可以分开调节，操作区间大、弹性好，同时适合低流速或高流速操作。基于超声、电磁场的主动式混合虽然被证明十分有效，但反应器结构复杂，需要昂贵的超声或电磁发生装置，导致其放大和应用推广困难。

相比其他主动式混合方法，利用压力扰动在管道中形成振荡流的方法被认为最有工业应用前景的方法。该方法利用一个振荡流设备在管道中产生流速周期性变化的流动(振荡流)，振荡流与原有的流速恒定的稳定流动叠加，可以扰动流场、增强流体的混合。该方法通常与被动式混合结构结合，例如在管道中设置一些挡板或者弯折结构，振荡流在经过这些结构时会产生局部涡流，从而进一步增强流体混合。

如CN103328092B的发明专利公开了一种振荡流微反应器，US6429268公开了一种相分离合成方法和装置，这些微反应器和装置所用的振荡流设备通常是一个与管道入口相连的活塞泵或隔膜泵，该泵的止回阀被除掉，泵的活塞或隔膜周期性的往复运动，在管道中产生周期性的压力(流速)波动。

上述的产生振荡流的方法有一个严重的缺点，由于振荡流在管道的入口产生，振荡流的幅度沿着管道的长度方向会衰减。特别是当流体管道中有少量气泡时，这些气体由于有较大的可压缩性会消散振荡流的能量，使振荡流的强度沿管道方向剧烈衰减，大大减弱该方法的混合效果。一些研究者在管道中每隔一段管长度就设置一个压力振荡源，但这种方式增加了装置的复杂性和成本，且无法彻底解决气泡引起的能量衰减问题。

发明内容

本发明的目的是：提供一种整体式振荡流反应器，以解决现有技术中在流体管道入口布置振荡源，管道中的气泡使振荡流的强度沿管道方向剧烈衰减，减弱混合效果的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种整体式振荡流反应器，包括摇床、支架和流体管道，所述支架设置在所述摇床的顶部，所述流体管道布置在所述支架上，所述摇床的摇动方向与所述管道的布置方向一致。

优选地，所述流体管道包括主体段和内径小于所述主体段的缩颈段。