[发明专利]具有上部和下部歧管结构的反应器

说明书

要求优先权

本申请要求2009年5月31日提交的美国专利申请系列号第61/182,737号以及2009年7月31日提交的美国专利申请第12/533，359号的优先权，它们的标题为“具有上部和下部歧管结构的反应器(Reactor With Upper and Lower Manifold Structures)”。

相关申请的交叉引用

本申请与2008年12月30日提交的美国专利申请系列号第12/346,090号(SP07-254)相关，但是并不要求后者的优先权。

背景技术

本发明一般涉及在蜂窝体挤出基材内的短而直的流体路径的曲折歧管，更具体来说，本发明涉及一些曲折的歧管结构，该结构能够通过可变截面积的流通路径最优化反应器。

具有高反应物通道表面-体积比和大的内部体积的化学反应器可设置成通过在反应器相反的端面整合一系列流体通道U形弯折(U-bend turn)来提供较短的端部开放的通道和较长的内部曲折通道。U形弯折可以通过以下方式形成：例如用刳刨机(router)机械加工形成通过一系列孔道的浅沟，然后使用端板或堵塞材料密封所述沟的顶部。在一条或多条平行通道中流动的流体遇到U形弯折区域内的堵塞物，发生变向，在一条或多条通道中沿着离开堵塞物的方向流走。没有用于较长的曲折路径的通道大体保持未被堵塞，形成大量的较短的端部开放的通道，这些通道引导流体沿着平行于挤出轴的方向流过反应器基材。这些较短的端部开放的通道与内部较长的曲折通道紧邻，使得在此两种通道内流通的流体之间可以进行有效的传热。

发明内容

根据本发明的主题，我们介绍了各种方法来使得流体从较短的端部开放的通道流过反应器基材，其中，流体多次通过基材。在较短的端部开放的通道内流动的流体在各个基材端面处被流动歧管结构引导，所述流动歧管结构具有各种流动导向腔体，所述流动导向腔体对准(align)较短的端部开放的通道。在所述较短的端部开放的通道内流动的流体与通过反应器基材的独立的较长的曲折通道紧邻。由于这两种通道相互紧邻，使得可以通过传热对至少一个通道中的化学反应进行精确的温度控制。本发明列出了各种构型，其中引导着传热流体或反应物流体通过所述曲折的歧管路径。通过此种方法，可以在反应器选定的区域内对传热实现最大化。

根据本发明的一个实施方式，提供了一种反应器，其包括反应器基材、上部歧管结构(manifold structure)和下部歧管结构。所述反应器基材包括大量内部基材通道，这些大量的内部基材通道在所述上部歧管结构和下部歧管结构之间延伸。所述反应器基材的内部基材通道形成(delineate)大量较短的端部开放的通道以及至少一条较长的曲折通道。所述较长的曲折通道包括较长的曲折流通路径，该较长的曲折流通路径包括所述内部基材通道的相邻的一些中的流通路径区段。所述上部歧管结构或者下部歧管结构包括入口区，该入口区与所述至少一个较短的端部开放的通道流体连通。所述上部歧管结构或者下部歧管结构包括出口区，该出口区与所述至少一个较短的端部开放的通道流体连通。所述上部歧管结构和下部歧管结构各自包括至少一个流动导向腔，所述流动导向腔使得在所述上部歧管结构和下部歧管结构之间流动通过所述较短的端部开放通道的流体的流动方向反转。对所述上部歧管结构和下部歧管结构的流动导向腔进行设置，从而引导着流体沿着另外的曲折路径从所述入口区流到出口区，所述另外的曲折路径由所述上部和下部歧管结构引入的流向反转限定。本发明描述并且要求保护其它的实施方式。

根据本发明，可以设置热交换流体的曲折歧管，从而在反应器的选定区域内实现较高的传热性能。反应物通道流体的曲折歧管可以最大程度减小未被加热或未被冷却的进入区域的体积，这将在下文中进行更详细的描述。

在实施本发明的时候，需要注意不需要对反应器基材的制造进行改变，所述歧管结构可以由低成本的材料制造，在需要耐腐蚀性能的时候，可以添加涂层(例如反应物通道曲折歧管的情况)。对于本发明所述的歧管设计，需要注意可以选择任意的曲折歧管流动式样，以便在不需要对反应器设置进行改良的前提下，使得对于特定的应用获得最优化的性能。另外，曲折的歧管流通路径可以以串联和/或并联的方式设置，以获得所需的传热和压降要求。最后，认为可以在操作中取下所述歧管结构进行清洗或者替换，而不需要替换整个反应器基材。

附图简要说明

结合以下附图阅读本发明后便可以最好地理解以下本发明具体实施方式的详细描述，在附图中，相同的结构用相同的编号表示：

图1显示了包括反应器基材、上部歧管结构和下部歧管结构的反应器；