ТЕПЛООБМЕННАЯ СИСТЕМА С КАНАЛЬНОЙ ПЛАСТИНОЙ Российский патент 2016 года по МПК F28F3/12 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к поточной пластине, к секции поточной пластины в сборе, к поточному модулю, содержащему поточную пластину, к применению поточного модуля в качестве плоского реактора.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Теплообмен к или от технологического потока в канале плоского реактора непрерывного действия или модуля непрерывного потока обычно осуществляется на обеих сторонах канальной пластины за счет пластин теплообмена, которые работают как барьеры между технологическими и хозяйственно-бытовыми текучими средами. При увеличении масштаба, т.е. при повышении поперечного сечения каналов для технологических потоков, отношение поверхности к объему теплообмена понижается, и это может привести к недостаточной теплопроводности. Недостаточное охлаждение может привести к образованию большего количества побочных продуктов и т.д., чего следует избегать.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Следовательно, настоящее изобретение находит решение вышеуказанной технической проблемы путем обеспечения новой конструкции поточной пластины. Таким образом, настоящее изобретение относится к теплообменной системе с поточной пластиной, причем указанная теплообменная система с поточной пластиной содержит пластину, выполненную с возможностью разделения на две части по средней плоскости, т.е. на две стороны канала и две служебные стороны канальной пластины. Две части теплообменной системы с поточной пластиной, т.е. части поточной пластины, дополняющие друг друга и составленные вместе, образуют технологический канал между двумя сторонами канала. Стороны канала поточной пластины содержат заграждения в форме криволинейных каналов, боковые стенки и стенки технологических каналов. Заграждения, т.е. заграждения в форме криволинейных каналов, выровнены в ряды, разделенные боковыми стенками, и заднюю сторону рядов заграждений, подвергнутых глубокой механической обработке, с образованием канавок, делающих заграждения полыми, для прохождения теплопередающих сред по служебным сторонам.

Таким образом, один аспект изобретения относится к поточной пластине, выполненной с возможностью разделения по средней плоскости, причем указанная поточная пластина содержит две части, причем каждая часть содержит сторону канала и служебную сторону. Две части поточной пластины представляют собой противоположные части и дополняют друг друга. Каждая сторона канала содержит параллельные ряды заграждений, боковых стенок и параллельные ряды нижних стенок канала. Указанные боковые стенки разделяют указанные параллельные ряды криволинейных заграждений, и указанные боковые стенки также разделяют указанные параллельные ряды нижних стенок канала. Ряды криволинейных заграждений дополняют указанные ряды нижних стенок канала, с образованием канала между двумя сторонами канала указанной поточной пластины. Служебные стороны рядов криволинейных заграждений имеют подвергнутые глубокой механической обработке канавки. Указанные подвергнутые глубокой механической обработке канавки выровнены в параллельные ряды на служебных сторонах поточной пластины, и ряды подвергнутых глубокой механической обработке канавок перпендикулярны каналу. Ряды подвергнутых глубокой механической обработке канавок предназначены для протекания теплопередающих сред по служебным поверхностям.

Канал имеет серпантинный тип прохода через пластину, причем канал образован между первой боковой стенкой и второй боковой стенкой, и т.п. Канал также образован между криволинейными заграждениями и нижними стенками канала. Проход между криволинейными заграждениями и нижними стенками канала усиливает перемешивание технологического потока в канале.

Поточная пластина может быть разделена на две части путем разбиения пластины по ее средней плоскости, и эта сложная структура канала может быть упрощена, и, таким образом, облегчено ее изготовление. Между двумя частями может быть расположен уплотнитель, уплотняющий технологический канал поточной пластины, при установке поточной пластины в поточном модуле или в пластинчатом реакторе.

Поточная пластина может дополнительно содержать две пластины турбулизатора, причем указанные пластины турбулизатора могут быть выполнены с возможностью сжатия рядов подвергнутых глубокой механической обработке канавок, образованных на обратной стороне рядов выровненных в линию заграждений. Каждая из пластин турбулизатора может иметь две группы отверстий, причем каждая группа отверстий в виде отдельного ряда на каждом конце пластины турбулизатора. Группы отверстий могут сообщаться с рядами подвергнутых глубокой механической обработке канавок на обратной стороне заграждений. В каждом ряду подвергнутых глубокой механической обработке канавок могут иметься планки, подходящие соответствующим образом к боковым стенкам, которые разделяют ряды образованного технологического канала в поточной пластине. Через боковые стенки проходят ряды заграждений, и они, таким образом, формируют планки в подвергнутых глубокой механической обработке канавках. Планки обеспечивают перемешивание теплопередающих сред и увеличение теплопередающей поверхности поточной пластины, которая также повышает теплообмен к и от текучих сред, текущих в технологическом канале. Две противоположные части поточной пластины могут быть подвергнуты формованию, могут быть подвергнуты механической обработке, или могут быть подвергнуты формованию и механической обработке.

Щели между боковыми стенками и планками могут быть созданы для образования небольшого байпаса для технологических текучих сред, и данные байпасные технологические среды можно поддерживать путем очистки поточной пластины при работе, и, таким образом, можно улучшить работу с поточными пластинами при сборке и разборке.

Подвергнутые глубокой механической обработке канавки поточной пластины могут иметь встроенные турбулизаторы. Турбулизаторы могут быть выбраны из турбулизаторов из металлической пены, на основе поверхности теплообмена со смещенными ребрами, или турбулизаторных крыльев, расположенных на полосах, соединенных с турбулизаторами на служебной стороне, и является предпочтительным, чтобы встроенные турбулизаторы могли представлять собой турбулизаторные крылья, расположенные на полосах, соединенных с турбулизаторами. Турбулизаторы предназначены для повышения турбулентности в канавках и, следовательно, для теплообмена к и от технологического потока в канале.

Две барьерные пластины могут закрывать поточную пластину, одна барьерная пластина на каждой служебной стороне поточной пластины. Впуски и выпуски для теплопередающих сред могут быть расположены на каждой барьерной пластине.

Канал, образованный в поточной пластине, может иметь по меньшей мере одно поворотное гнездо, причем поворотное гнездо может представлять собой пространство или помещение между двумя смежными рядами заграждений в поточной пластине. Поворотные гнезда обеспечивают сообщение между двумя смежными рядами заграждений, т.е. между двумя рядами каналов, вследствие чего технологические среды могут течь от одного ряда к другому, в пространстве поворотного гнезда. Каждая протока содержит два отсека, разделенные стенкой. В каждом отсеке поворотного гнезда имеется одно небольшое заграждение, установленное для создания трехмерного потока и усиления перемешивания технологического потока в канале. Поток текучих сред в поворотном гнезде течет из первого ряда каналов во второй ряд каналов. Путем использования поворотных гнезд можно создать настоящий трехмерный поток, усиливая перемешивание технологического потока. Один или более проемов доступа, или одно или более отверстий доступа, или их комбинации могут обеспечить доступ к технологическому каналу, предпочтительно, доступ к поворотным гнездам. На обоих концах технологического канала может быть подсоединен по меньшей мере один впуск, и по меньшей мере один выпуск может быть соединен с другим концом технологического канала. Форсунки, которые могут быть вставлены в проемы доступа или впуски, могут быть выбраны из любых подходящих форсунок, и примерами форсунок являются впрыскивающие форсунки, дисперсионные форсунки, форсунки для повторного диспергирования, форсунки для повторного перемешивания, коаксиальные форсунки, трубообразные форсунки и т.д. Коаксиальная форсунка может быть выбрана для проема доступа и может быть задана как форсунка с двумя или более трубами, расположенными друг внутри друга, где большая труба, имеющая больший радиус, окружает меньшую трубу, имеющую меньший радиус. При использовании такой форсунки две или более технологические среды могут быть перемешаны или образовывать дисперсии. Форсунка для повторного перемешивания может представлять собой трубообразную форсунку, имеющую отверстие с головкой форсунки, и это отверстие имеет радиус меньший, чем радиус трубы. Форсунка может представлять собой дисперсионную форсунку, которая может иметь одно или более отверстий на выпуске из дисперсионной форсунки, и отверстия могут быть расположены по концентрическим окружностям, или отверстия могут быть расположены согласно другим подходящим рисункам.

Проемы доступа или отверстия доступа могут иметь вставленные трубопроводные фитинги. Трубопроводный фитинг может содержать крепежный элемент и уплотнение, установленное либо снаружи на указанном валу, либо уплотнение может быть установлено на втором концевом участке, обращенном в противоположную сторону от головки, или уплотнение может быть установлено в короткой стороне указанного второго концевого участка. Уплотнение может, наряду с трубопроводным фитингом, уплотнять отверстие доступа от текучих сред, текущих по технологическому каналу. Трубопроводный фитинг также может представлять собой заглушку, которая закрывает отверстие доступа или проем доступа. Трубопроводный фитинг может быть снабжен впуском, выпуском, форсункой, блоком датчиков, термопарой, пружинным датчиком или термометром сопротивления. В трубопроводном фитинге может быть установлен любой вид оборудования, которое может отслеживать поток технологических сред в технологическом канале.

Настоящее изобретение также относится к секции поточной пластины в сборе, причем секция поточной пластины содержит поточную пластину согласно изобретению. В сборе поточная секция представляет собой поточную пластину, установленную в качестве сердцевины. Поточная пластина выполнена с возможностью разделения по средней плоскости и содержит две стороны канала и две служебные стороны. Между двумя сторонами канала находится канал, образованный криволинейными сторонами заграждений. Канал уплотняют посредством уплотнителя, устанавливаемого между двумя противоположными сторонами разделенного канала. Две служебные стороны выровнены в линию обратными сторонами рядов криволинейных заграждений, а обратные стороны имеют глубокие канавки для теплопередающих сред. На каждой стороне двух служебных сторон устанавливают рамную пластину, уплотнительное кольцо, пластину турбулизатора, а также барьерную пластину. Две барьерные пластины закрывают секцию поточной пластины в сборе, которая содержит поточную пластину.

Секция поточной пластины в сборе содержит также эту каждую барьерную пластину, имеющую открытые части для распределения теплопередающих сред по канавкам на обратных сторонах заграждений и по служебным каналам, которые образованы пластинами турбулизатора и барьерными пластинами. В открытых частях барьерных пластин находятся впуски или выпуски соответственно, установленные для теплопередающих сред.

Служебный поток или теплопередающая среда может быть разделена на поток, проходящий через две служебные пластины, т.е. по одному потоку на каждой стороне поточной пластины, и может быть объединен на выпуске. Технологические и служебные стороны, таким образом, могут быть полностью разделены, и при наличии уплотнений между технологическими средами может не быть никаких контактов. Поэтому все уплотнения могут быть предназначены для защиты от влияния атмосферы.

Настоящее изобретение также относится к поточному модулю, предпочтительно, к непрерывному пластинчатому реактору, где поточный модуль содержит одну или более систем поточных пластин согласно изобретению, а также зажимное устройство. Зажимное устройство содержит рамку, две концевые пластины, дисковые пружины и натяжные стержни. Множество дисковых пружин могут быть расположены в виде решетки пружин, опирающихся на концевые пластины, для распределения усилий зажима по поточным пластинам, где поточные пластины расположены между двумя концевыми пластинами.

Поточный модуль также может содержать это зажимное устройство, содержащее две U-образные концевые секции, концевые пластины и две стенки балки на каждой концевой пластине. Каждая из длинных сторон стенок балки имеет по меньшей мере одну выемку, в которую входит по меньшей мере один язычок концевой пластины, с образованием, таким образом, этой U-образной концевой секции.

Поточный модуль также может содержать другие типы пластин с различными функциями, и одним примером таких пластин является пластина времени пребывания. Поточный модуль не ограничен этим примером, поскольку также возможны и другие типы пластин. Пластина времени пребывания может быть предназначена, например, для завершения реакции и, таким образом, для обеспечения большего времени пребывания в поточном модуле. Таким образом, поточный модуль также содержит одну или более пластин времени пребывания. Пластины времени пребывания могут содержать две или более камеры, соединенные последовательно, а камеры могут быть разделены параллельными стенками, где каждая стенка имеет отверстие или проход, где отверстие или проход представляют собой путь сообщения между двумя камерами. Отверстия или проходы в стенках могут чередоваться с правой стороны или с левой стороны пластины времени пребывания, и пластина времени пребывания имеет по меньшей мере один впуск и по меньшей мере один выпуск. Камеры могут быть снабжены вставками, выбранными из группы, состоящей из вставок в виде сложенного листа, вставок в виде экранного лестничного листа, вставок в виде уложенных в стопку листов, турбулизаторов из металлической пены, на основе поверхности теплообмена со смещенными ребрами или их комбинации. Является предпочтительным, чтобы поточный модуль мог иметь вставленные вставки в виде сложенного листа, где вставки в виде сложенного листа содержат экраны, которые меняют место в каждом слое чередующимся образом, так, что они образуют зигзагообразный рисунок, с переменными высотами экранов.

Настоящее изобретение также относится к применению поточного модуля в качестве пластинчатого реактора. Дополнительные варианты воплощения и особенности изобретения заданы независимым пунктом формулы изобретения и зависимыми пунктами формулы изобретения.

В следующем подробном описании вариантов воплощения изобретения будут представлены другие особенности и преимущества изобретения, со ссылкой на прилагаемые чертежи. Приведенные ниже фигуры предназначены для иллюстрации изобретения и являются лишь примерами изобретения, и как таковые не ограничивают объем изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 показывает схематичный вид размещения одной из частей поточной пластины, где поточная пластина разделена по средней плоскости.

Фиг. 2 показывает две соединенные противоположные части поточной пластины.

Фиг. 3 показывает служебные канавки поточной пластины.

Фиг. 4 показывает, как уплотнитель уплотняет канал.

Фиг. 5 показывает параллельные канавки для теплопередающих сред, если смотреть со служебной стороны поточной пластины.

Фиг. 6 показывает, как канавки покрыты турбулизаторами на служебной стороне поточной пластины.

Фиг. 7 показывает, как две барьерные пластины расположены сверху двух служебных сторон.

Фиг. 8 показывает отверстие доступа, которое имеет доступ к каналу.

Фиг. 9 показывает поперечный разрез поточной пластины с системой теплообмена.

Фиг. 10 показывает частичное изображение в разобранном виде поточной пластины, если смотреть со служебной стороны.

Фиг. 11 показывает частичное изображение в разобранном виде поточной пластины, если смотреть со стороны канала.

Фиг. 12 показывает поточные пластины внутри рамки или зажимного устройства.

Фиг. 13 показывает секцию U-образной концевой пластины.

Фиг. 14 показывает разделенную на секции часть поточной пластины, имеющей поворотные гнезда.

Фиг. 15 показывает турбулизаторные крылья, вставленные в канавки.

Фиг. 16 показывает турбулизаторные крылья в собранной поточной пластине.

Фиг. 17 показывает пластину времени пребывания.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1 раскрывает схему размещения одной из частей поточной пластины 1, где поточная пластина 1 разделена по средней плоскости на две зеркальные противоположные части. Каждая из противоположных частей имеет сторону 2 канала и служебную сторону 3. На стороне канала имеются криволинейные заграждения 4, боковые стенки 5 и нижние стенки канала 6.

На фиг. 2 две части поточной пластины составляют вместе, и эти части становятся противоположными частями и зеркальными друг относительно друга. При соединении поточных частей они образуют канал 7 между двумя противоположными сторонами разделенного канала. Канал 7 ограничен криволинейными заграждениями 4, боковыми стенками 5 и нижними стенками канала 6, а каждое заграждение 4 установлено напротив нижней стенки 6 канала, а канал 7 становится разделенным боковыми стенками 5 по каждой стороне канала 7. Канал 7 будет представлять собой канал серпантинного типа, с направлением внутри пространства, создаваемого заграждениями 4, нижними стенками канала 6 и боковыми стенками 5, и направление канала будет, таким образом, подниматься, опускаться и продвигаться вперед. Указанные криволинейные заграждения 4 на каждой части потока оказываются выровненными в ряды, разделенные боковыми стенками 5, причем указанные выровненные ряды криволинейных заграждений 4 имеют глубокие канавки 8, которые создают заграждения 4, и часть боковых стенок 5, полых для теплопередающих сред на служебных сторонах 3. Канавки 8 оказываются выровненными в линию параллельно друг другу на поточной пластине, и канавки 8 располагаются перпендикулярно к каналу 7.

Фиг. 3 показывает, как боковые стенки 5 проходят вдоль канавок 8 и могут образовывать планки 9 в канавках 8. Планки 9 обеспечивают перемешивание теплопередающих сред и повышение теплопередающей поверхности поточной пластины, что также усиливает теплообмен к и от текучих сред, текущих по каналу 7. Между боковыми стенками 5 и планками 9 имеются щели 10 для небольшого байпасного потока, поддерживаемого в чистоте, при работе поточного модуля. Щели 10 также улучшают качество работы с поточными пластинами при сборке и разборке.

Фиг. 4 раскрывает, как уплотнитель 11 помещают на одну сторону 2 канала, для уплотнения двух сторон канала друг относительно друга и, таким образом, герметизации канала 7. Уплотнитель 11 устанавливают на боковые стенки 5. Фиг. 5 показывает поточную пластину 1, если смотреть со служебной стороны 3. С этой точки зрения, можно видеть параллельные канавки 8 для теплопередающих сред. Боковые стенки 5 могут составлять планки 9 в канавках 8, и это также можно видеть на фиг. 5. Планки 9 обеспечивают турбулентность потока теплопередающих сред и, таким образом, перенос тепла к и от канала 7.

Фиг. 6 раскрывает, как канавки 8 покрываются турбулизатором (турбулизаторами) 12 на служебной 3 стороне. Турбулизатор 12 может иметь ребра 13, но другие альтернативные варианты также возможны. Теплопередающие среды протекают как по канавкам 8 в заграждениях 4 по служебной 3 стороне, так и по служебной стороне, проходящей по турбулизатору 12, с ребрами 13, обеспечивающими перемешивание, причем турбулизатор выполнен с возможностью обеспечения требуемой турбулентности потока теплопередающих сред. Технологическая текучая среда в канале 7 нагревается или охлаждается на протяжении ряда каналов, начиная от служебных сторон 3 и от канавок 8 в криволинейных заграждениях 4.

На фиг. 7 две барьерные пластины 14 расположены наверху двух служебных сторон 3, и они покрывают противоположную сторону созданных служебных каналов 15, позволяющих теплопередающим средам течь по созданным служебным каналам 15 и по глубоким канавкам 8. Путем пропускания потока служебных технологических сред по служебным каналам 15 и по глубоким канавкам 8 можно усилить перенос тепла к и от технологического потока в канале 7.

Фиг. 8 показывает, как один или более проемов 16 доступа, или одно или более отверстий 16 доступа, или их комбинации обеспечивают доступ к каналу 7. По меньшей мере, один из впусков 16, т.е. проемов доступа или отверстий доступа, представляет собой впуск, соединенный с каналом 7, и по меньшей мере один из впусков 16, т.е. проемов доступа или отверстий доступа выходит из канала 7. Фиг. 8 показывает также заграждение 4 с глубокой канавкой 8.

Фиг. 9 показывает поперечный разрез поточной пластины 1 и барьерной пластины 14, где барьерная пластина имеет открытую часть 17, которая видна на фиг. 9. Барьерная пластина 14 разделена на секции, вдоль которых можно видеть открытую часть 17 на фиг. 9 и видеть часть пластины турбулизатора 12. Открытая часть 17 также дает возможность распределять служебные технологические среды по служебным каналам 15 и по глубоким канавкам 8. Каждая пластина 12 турбулизатора имеет две группы отверстий 18 на каждом конце пластины турбулизатора 12. Отверстия 18 выровнены в ряды по одному ряду на каждом конце пластины турбулизатора 12. Отверстия 18 вместе со служебными каналами 15 предназначены для распределения теплопередающих сред по глубоким канавкам 8 и по служебным сторонам 3, для теплообмена к или от канала 7. Впуск 19 или выпуск 19 распределяет теплопередающие среды к или от служебных сторон 3. Фиг. 9 показывает также один впуск 16, который сообщается с каналом 7.

Фиг. 10 показывает частичное изображение в разобранном виде поточной пластины 1, если смотреть со служебной стороны 3, а фиг. 11 показывает частичное изображение в разобранном виде поточной пластины 1, если смотреть со стороны 2 канала. Фиг. 10 показывает, как канавки 8 расположены в параллельных рядах, причем ряды перпендикулярны каналу 7 поточной пластины 1, а канал 7 не показан на фиг. 10. Пластина 12 турбулизатора может быть изолирована уплотнительным кольцом 20 от пластины рамного фильтра 21, расположенной между служебной стороной 3 поточной пластины 1 и барьерной пластиной 14. Две группы отверстий 18 предусмотрены в пластине 12 турбулизатора для сообщения и переноса теплопередающих сред к канавкам 8. В качестве одного альтернативного варианта, пластина 21 рамного фильтра может быть объединена со служебной стороной 3 поточной пластины 1, или, в качестве другого альтернативного варианта, пластина 21 рамного фильтра может быть объединена с барьерной пластиной 14, но пластина 21 рамного фильтра также может представлять собой отдельную пластину, как показано на фиг. 10. На фиг. 10 открытая часть 17 может быть не показана, поскольку барьерная пластина 14 на данной фигуре не разделена на секции, и вид барьерной пластины 14 представлен снаружи.

Фиг. 11 показывает частичное изображение в разобранном виде поточной пластины 1, вместе с пластиной 12 турбулизатора и барьерной пластиной 14, если смотреть со стороны 2 канала, и фиг. 11 раскрывает, что поточная пластина 1 содержит канал 7, который может изменять направление по меньшей мере в одном поворотном гнезде, не показанном на фиг. 11 или на фиг. 10. Поворотное гнездо, которое можно видеть на фиг. 14, может быть расположено между двумя смежными рядами каналов 22, образующими два отсека в пространстве между двумя смежными рядами каналов 22 в поточной пластине 1 и одной внутренней стороной поточной пластины. Отсеки могут быть разделены стенкой для создания трехмерного потока, что приводит к усилению перемешивания, и эти технологические среды могут течь в поворотном гнезде из первого ряда каналов во второй ряд. Канавки 8 расположены в рядах, перпендикулярных к ряду каналов 22 поточной пластины. Открытая часть 17 может быть видна на фиг. 11, поскольку барьерная пластина 14 видна со стороны 2 канала. Впуск 19 или выпуск 19 также можно видеть на фиг. 11.

Фиг. 12 показывает зажимное устройство, которое содержит поточные пластины 1, рамку 23, сетки пружин 24 и концевые пластины 25, образующие поточный модуль, когда он смонтирован. Поточные пластины 1 смонтированы внутри рамки 23. Рамка 23 поддерживает поточные пластины 1 в местоположении между двумя распределяющими пластинами 26, вместе с двумя зажимными пластинами 27 между двумя концевыми пластинами 25. Поточные пластины 1 могут быть установлены вместе и сжаты с помощью гидравлических цилиндров, натягивающих натяжные стержни. Поточные пластины 1 удерживаются вместе под действием силы, исходящей от решетки пружин 24 и концевых пластин 25, причем гайки 28 могут быть затянуты, и может быть высвобождена сила, исходящая от гидравлических цилиндров. Две концевые пластины 25 устанавливают таким образом, чтобы, когда они находятся в открытом положении, между ними могло бы быть вставлено заданное количество поточных пластин 1. Расстояние между концевыми пластинами 25 можно отрегулировать, выбрав количество втулок 29 и затянув гайки 28 на одном конце каждого натяжного стержня 30.

Распределительные пластины 26 распределяют вклады сил, исходящих от сеток пружин 24 и концевых пластин 25. Силу на поточных пластинах 1 можно измерить путем измерения расстояния между одной концевой пластиной 25 и дальними штифтами индикаторами 31, достигшими внешней концевой пластины 25. Поточный модуль может представлять собой пластинный реактор.

Фиг. 13 показывает U-образные концевые секции 32, которые могут быть собраны с рамкой 23. Каждая из U-образных концевых секций 32 содержит концевую пластину 25 и две удлиненные стенки 33 балки. Две удлиненные стенки 33 балки могут быть расположены на каждой стороне концевой пластины 25, образующей U-образную балочную конструкцию. Каждая кромка длинной стороны концевых пластин 25 может быть ступенчатой, т.е. кромка имеет язычок 34, составляющий примерно половину толщины кромки. Каждая стенка 33 балки имеет выемку 35, расположенную вдоль кромки ее длинной стороны 36. Для скрепления стенок 33 балки и концевых пластин 25 друг с другом в сквозных отверстиях 38 вдоль кромки стенок 33 балки устанавливают болты 37 и затягивают их в соответствующих отверстиях в концевых пластинах 25, и тогда язычок 34 входит в выемки 35 стенок 33 балки. Для дополнительного закрепления позиции стенок 33 балки относительно концевых пластин 25 и для упрочнения конструкции выемки 35 могут иметь перемычки 39, т.е. разрывы в выемках 35 в ключевых местоположениях, где перемычки 39 соответствуют прерываниям в язычках 34 в тех же местоположениях.

Фиг. 14 показывает часть поточной пластины, имеющей поворотные гнезда 39. Поточная пластина согласно фиг. 14 разделена на секции таким образом, что можно видеть верхнюю часть заграждений 4 и поворотные гнезда 39. Поворотные гнезда 39 имеют два отсека 40, соответствующие пространству между двумя смежными рядами каналов. Два отсека 40 разделены стенкой 41, которая является продолжением боковой стенки 5, но имеет отличную от нее высоту для обеспечения контакта между двумя отсеками. Два небольших заграждения 42, по одному в каждом отсеке, имеют также отличающуюся высоту по сравнению с заграждениями 4. Высота небольших заграждений 42 соответствует высоте стенки 41 и обеспечивает трехмерный поток в канале 7, приводящий к усиленному перемешиванию, и эти технологические среды в поворотных гнездах 39 могут течь из первого ряда каналов во второй ряд.

Фиг. 15 показывает турбулизаторные крылья 43, которые могут быть вставлены в канавки. Крылья 43 устанавливают на полосах 44, которые соединяют с турбулизатором 12. Фиг. 16 показывает турбулизаторные крылья 43, вставленные в канавки 8 в собранной поточной пластине. Добавление турбулизаторных крыльев 43 будет повышать турбулентность в канавках и, таким образом, повышать теплообмен. Другие типы турбулизаторов, которые могут быть вставлены в канавки 8, могут представлять собой металлическую пену или турбулизаторы на основе поверхности теплообмена со смещенными ребрами.

Фиг. 17 показывает пластину 45 времени пребывания, причем пластина 45 времени пребывания содержит две или более камеры, соединенные последовательно, причем камеры разделены параллельными стенками, где каждая стенка имеет отверстие или проход, причем отверстие или проход представляет собой путь сообщения между двумя камерами, отверстия или проходы чередуются с правой стороны или с левой стороны пластины 45 времени пребывания. Пластина 45 времени пребывания имеет по меньшей мере один впуск и по меньшей мере один выпуск. Камеры могут быть снабжены вставками, выбранными из группы, состоящей из вставок в виде сложенного листа 46, вставок в виде экранного лестничного листа, вставок в виде уложенных в стопку листов, турбулизаторов из металлической пены, на основе поверхности теплообмена со смещенными ребрами или их комбинации.

Является предпочтительным, чтобы вставки представляли собой вставки в виде сложенного листа 46, которые содержат экраны, которые меняют местоположение в каждом слое переменным образом, образуя зигзагообразный рисунок, с переменными высотами экранов.

На каждой стороне пластины 45 времени пребывания находится уплотнитель 47 для уплотнения пластины времени пребывания. Пластина 45 времени пребывания и уплотнители 47 расположены по меньшей мере в пределах одной служебной пластины 48, в собранном поточном модуле.

Поточный модуль согласно настоящему изобретению пригоден при выполнении следующих технологических операций: изготовления, проведения реакций, перемешивания, смешивания, проведения криогенных операций, промывки, экстракции и очистки, регулирования pH, замены растворителя, изготовления химикатов, изготовления промежуточных химикатов, изготовления API (active pharmaceutical ingredients, активных фармацевтических ингредиентов), при выполнении низкотемпературных операций, изготовлении фармацевтических полупродуктов, увеличении и уменьшении масштаба разработок, осаждении или кристаллизации, выполнении нескольких впрыскиваний, или нескольких добавлений, или нескольких измерений, или нескольких отборов проб, работе с многостадийными реакциями, при операциях с предварительным охлаждением, при операциях с предварительным нагревом, при операциях после нагрева и после охлаждения, в способах для преобразования шихтовых процессов в непрерывные процессы и в операциях деления и объединения потоков.

Типы реакций, которые могут быть выполнены в настоящем изобретении, включают реакции примешивания, реакции замещения, реакции элиминирования, реакции обмена, реакции закалки, восстановления, нейтрализации, разложения, реакции обмена или вытеснения, реакции диспропорционирования, каталитические реакции, реакции расщепления, реакции окисления, реакции замыкания кольца и размыкания кольца, реакции ароматизации и деароматизации, реакции создания и снятия защитных групп, фазового перехода и катализа фазового перехода, фотохимические реакции, реакции, относящиеся к газовым фазам, к жидким фазам и твердым фазам и которые могут касаться свободных радикалов, электрофильных частиц, нуклеофильных частиц, ионов, нейтральных молекул и т.д.

С помощью поточного модуля также может быть осуществлен такой синтез, как синтез аминокислот, асимметричный синтез, хиральный синтез, синтез жидкофазных пептидов, реакция обменного разложения олефинов, синтез пептидов, и т.д. Другими типами синтеза, в котором может быть использован поточный модуль, являются реакции в области химии углеводов, химии сероуглерода, химии цианидов, химии диборана, химии эпихлоргидрина, химии гидразина, химии нитрометана и т.д., или в синтезе гетероциклических соединений, соединений ацетилена, хлорангидридов, катализаторов, цитотоксических соединений, стероидных промежуточных соединений, ионных жидкостей, пиридиновых химикатов, полимеров, мономеров, углеводов, нитронов и т.д.

Поточный модуль является подходящим для именных реакций, таких как альдольная конденсация, восстановление Бирча, окисление Байера-Виллигера, реконфигурация Курциуса, конденсации Дикмана, реакции Диельса-Альдера, конденсация Дёбнера-Кнёвенагел, реакции Фриделя-Крафтса, реконфигурация Фриса, синтез Габриеля, реакции Гомберга-Бахмана, реакции Гриньяра, реакции Хека, реконфигурации Гофмана, реакции Яппа-Клингемана, синтеза индолов Леймгрубера-Батчо, реакции Манниха, реакции Майкла, реакции Михаэлиса-Арбузова, реакции Мицунобу, реакции Мияура-Сузуки, реакции Реформатского, реакции Риттера, восстановление Розенмунда, реакции Зандмейера, восстановление основания Шиффа, реакции Шоттена-Баумана, эпоксидирование по Шарплессу, синтез Скраупа, реакции связывания Соногаширы, синтез аминокислот по Штреккеру, окисление Сверна, реакции Ульмана, реконфигурации Вильгеродта, реакции Вильсмейера-Хаака, синтез эфира Вильямсона, реакции Виттига и т.д.

Другими реакциями, для которых пригоден поточный модуль, являются реакции конденсации, реакции связывания, сапонификации, озонолиза, реакции циклизации, реакции циклополимеризации, деглогенирования, дегидроциклизации, дегидрирования, дегидрогалогенирования, диазотирования, реакции диметилсульфата, галоидного обмена, реакции циановодорода, реакции фтороводорода, реакции гидрирования, реакции иодирования, реакции изоцианатов, реакции кетонов, реакции жидкого аммиака, реакции метилирования, реакции связывания, органометаллические реакции, реакции металлирования, окислительные реакции, окислительная дегидроконденсация, оксо-реакции, поликонденсация, полиэтерификация, реакции полимеризации, другие реакции, такие как ацетилирование, арилирование, акрилирование, алкоксилирование, аммонолиз, алкилирование, аллилбромирование, амидирование, аминирование, азидирование, бензоилирование, бромирование, бутилирование, карбонилирование, карбоксилирование, хлорирование, хлорметилирование, хлорсульфонирование, цианирование, цианэтилирование, цианметилирование, циануратирование, эпоксидирование, образование сложных эфиров, образование простых эфиров, галогенирование, гидроформилирование, гидросилилирование, гидроксилирование, кетализирование, нитрирование, нитрометилирование, нитрозирование, пероксидирование, фосгенирование, кватернизация, силилирование, сульфохлорирование, сульфонирование, сульфоокисление, тиокарбонилирование, тиофосгенирование, введение тозила, трансаминирование, переэтерификация и т.д.

Настоящее изобретение дополнительно определяется независимыми пунктами формулы изобретения и зависимыми пунктами формулы изобретения.

Изобретение относится к поточной пластине, выполненной с возможностью разделения по средней плоскости. Поточная пластина содержит две части, причем каждая часть содержит сторону (2) канала и служебную сторону (3), и две части поточной пластины являются противоположными частями и дополняющими друг друга. При подсоединении поточной пластины две части образуют канал (7) между двумя противоположными сторонами разделенного канала. Канал (7) содержит криволинейные заграждения (4), боковые стенки (5) и нижние стенки (6) канала, причем указанные криволинейные заграждения (4) выровнены в параллельные ряды, разделенные боковыми стенками (5), причем обратная сторона рядов криволинейных заграждений (4) имеет подвергнутые глубокой механической обработке канавки (8), образующие заграждения, полые для теплопередающих сред, на служебных сторонах (3). Настоящее изобретение также относится к секции поточной пластины и поточному модулю. Технический результат - повышение теплопроводности. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Поточная пластина (1), выполненная с возможностью разделения по средней плоскости, содержащая две части, причем каждая часть содержит сторону (2) канала и служебную сторону (3), при этом две части поточной пластины являются противоположными частями и дополняющими друг друга, а каждая сторона (2) канала содержит параллельные ряды заграждений (4), боковые стенки (5) и параллельные ряды нижних стенок (6) канала, причем указанные боковые стенки (5) разделяют указанные параллельные ряды криволинейных заграждений (4), и указанные боковые стенки (5) разделяют указанные параллельные ряды нижних стенок (6) канала, а указанные ряды криволинейных заграждений (4) дополняют указанные ряды нижних стенок (6) канала с образованием канала (7) между двумя сторонами (2) канала указанной поточной пластины (1), причем служебные стороны (3) рядов криволинейных заграждений (4) имеют подвергнутые глубокой механической обработке канавки (8), причем указанные подвергнутые глубокой механической обработке канавки (8) выровнены в параллельные ряды на служебных сторонах (3) поточной пластины (1), при этом ряды подвергнутых глубокой механической обработке канавок (8) перпендикулярны каналу (7), причем ряды подвергнутых глубокой механической обработке канавок (8) предназначены для протекания теплопередающих сред по служебным сторонам (3).

2. Поточная пластина по п. 1, дополнительно содержащая две барьерные пластины (14) и две пластины (12) турбулизатора,
причем указанные пластины (12) турбулизатора предназначены для покрытия подвергнутых глубокой механической обработке канавок (8), а две барьерные пластины (14) закрывают служебные стороны (3), причем одна барьерная пластина на каждой служебной стороне (3) расположена напротив служебных сторон (3) с образованием служебных каналов (15), каждая барьерная пластина имеет открытые части (17), предназначенные для распределения теплопередающих сред, и в открытых частях расположены впуски (19) или выпуски (19) соответственно для теплопередающих сред.

3. Поточная пластина по п. 1 или 2, в которой каждая пластина (12) турбулизатора имеет две группы отверстий (18), выровненных в ряды, по одному ряду на каждом конце пластины (12) турбулизатора, и указанные группы отверстий (18) вместе с открытыми частями (17) предназначены для распределения теплопередающих сред по подвергнутым глубокой механической обработке канавкам (8) и по служебным каналам (15), для осуществления теплообмена к или от канала (7).

4. Поточная пластина по п. 1 или 2, в которой один или более проемов (16) доступа, или одно или более отверстий (16) доступа, или их комбинации обеспечивают доступ к каналу (7), причем по меньшей мере один из проемов (16) доступа, или одно из отверстий (16) доступа, или их комбинации представляют собой впуск, соединенный с каналом (7), и по меньшей мере один из проемов (16) доступа, или одно из отверстий (16) доступа, или их комбинации представляют собой выпуск, соединенный с каналом (7).

5. Поточная пластина по п. 1 или 2, в которой боковые стенки (5) входят в планки (9) в подвергнутых глубокой механической обработке канавках (8).

6. Поточная пластина по п. 1 или 2, в которой две противоположные части поточной пластины (1) выполнены формованием, механической обработкой или комбинацией формования и механической обработки.

7. Поточная пластина по п. 1 или 2, в которой щели (10) между боковыми стенками (5) и планками (9) предназначены для создания небольшого байпаса, оставляемого свободным при работе, и для улучшения работы с поточными пластинами (1) при сборке и разборке.

8. Поточная пластина по п. 1 или 2, дополнительно содержащая поворотные гнезда (39), причем поворотное гнездо содержит два отсека (40), разделенных стенкой (41), и в каждом отсеке расположено одно небольшое заграждение (42) для создания трехмерного потока и повышенного перемешивания в канале (7), причем в поворотном гнезде (39) указанные текучие среды протекают из первого ряда каналов во второй ряд каналов.

9. Поточная пластина по п. 1 или 2, в которой подвергнутые глубокой механической обработке канавки (8) содержат встроенные турбулизаторы, выбранные из турбулизаторов из металлической пены, на основе поверхности теплообмена со смещенными ребрами или турбулизаторных крыльев (43), расположенных на полосах (44), соединенных с турбулизатором (12), причем предпочтительно встроенные турбулизаторы представляют собой турбулизаторные крылья (43), установленные на полосах (44), соединенных с турбулизатором (12), при этом турбулизаторы предназначены для повышения турбулентности в подвергнутых глубокой механической обработке канавках.

10. Секция поточной пластины в сборе, содержащая поточную пластину (1), причем указанная поточная пластина (1) выполнена с возможностью разделения по средней плоскости и представляет собой сердцевину секции поточной пластины, при этом поточная пластина (1) содержит две стороны (2) канала и две служебные стороны (3), между двумя сторонами (2) канала образован канал (7), образованный криволинейными сторонами заграждений (4), причем канал (7) уплотнен уплотнителем (11) между двумя противоположными сторонами (2) канала, две служебные стороны (3) выровнены в линию с обратной стороны рядов криволинейных заграждений (4), причем обратные стороны имеют подвергнутые глубокой механической обработке канавки (8) для теплопередающих сред, и на каждой служебной стороне (3) установлена рамная пластина (21), уплотнительное кольцо (20), пластина (12) турбулизатора, а также барьерная пластина (14), причем две барьерные пластины (14) закрывают секцию поточной пластины в сборе.

11. Секция поточной пластины в сборе по п. 10, в которой поточная пластина выполнена по любому из пп. 1-9.

12. Секция поточной пластины в сборе по п. 10 или 11, в которой каждая барьерная пластина имеет открытые части (17) для распределения теплопередающих сред по подвергнутым глубокой механической обработке канавкам (8) и по служебным каналам (15), образованным пластинами (12) турбулизатора и барьерной пластиной (14), причем в открытых частях расположены впуски (19) или выпуски (19) соответственно для теплопередающих сред.

13. Поточный модуль, предпочтительно пластинный реактор, содержащий одну или более секций поточной пластины в сборе по любому из пп. 10-12 и зажимное устройство, причем зажимное устройство содержит рамку (23), две концевые пластины (25), дисковые пружины (24) и натяжные стержни (30), при этом множество дисковых пружин (24) расположены в виде решетки пружин, опирающихся на концевые пластины (25), для распределения усилий зажима по поточным пластинам (1), причем поточные пластины расположены между двумя концевыми пластинами (25).

14. Поточный модуль по п. 13, в котором зажимное устройство содержит две U-образные концевые секции (32), содержащие концевые пластины (25), две стенки (33) балки на каждой концевой пластине (25), причем каждая из длинных сторон стенок (33) балки имеет по меньшей мере одну выемку (35), в которую входит по меньшей мере один язычок (34) концевой пластины (25), таким образом, чтобы образовывалась указанная U-образная концевая секция (32).

15. Поточный модуль по п. 13 или 14, дополнительно содержащий одну или более пластин времени пребывания, содержащих две или более камеры, соединенных последовательно, причем камеры разделены параллельными стенками и каждая стенка имеет отверстие или проход, причем отверстие или проход обеспечивает сообщение между двумя камерами, причем отверстия или проходы чередуются с правой стороны или с левой стороны от пластины (45) времени пребывания, и пластина (45) времени пребывания имеет по меньшей мере один впуск и по меньшей мере один выпуск, причем камеры выполнены со вставками, выбранными из группы, состоящей из вставок (46) в виде сложенного листа, вставок в виде экранного лестничного листа, вставок в виде уложенных в стопку листов, турбулизаторов из металлической пены, на основе поверхности теплообмена со смещенными ребрами или их комбинаций.

16. Поточный модуль по п. 15, в котором вставки представляют собой вставки (46) в виде сложенного листа, содержащие экраны, которые меняют место в каждом слое чередующимся образом так, что они образуют зигзагообразный рисунок с переменными высотами экранов.

17. Применение поточного модуля по любому из пп. 13-16 в качестве реактора для химических реакций.