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1、(10)申请公布号 CN 102483314 A(43)申请公布日 2012.05.30CN102483314A*CN102483314A*(21)申请号 201080024898.6(22)申请日 2010.05.2861/182,757 2009.05.31 USF28F 7/02(2006.01)B01J 19/24(2006.01)(71)申请人康宁股份有限公司地址美国纽约州(72)发明人 JS萨瑟兰(74)专利代理机构上海专利商标事务所有限公司 31100代理人江磊(54) 发明名称蜂窝体反应器或热交换器混合器(57) 摘要一种蜂窝体反应器或热交换器(12)包括蜂窝体(20)，该蜂窝。
2、体包括沿着共同的方向从第一端(14)向其第二端(16)平行延伸的多条孔道(22，24)，所述孔道被壁(23)分隔，所述蜂窝体(20)具有在蜂窝体(20)的第一多条孔道(24)内形成的一条或多条第一通道(28)，所述第一通道(28)在蜂窝体(20)内在横向上从一条孔道延伸到另一条孔道，可以通过位于蜂窝体(20)侧面(18)内或者穿过侧面(18)的端口或者孔(30)到达。所述蜂窝体(20)还具有形成于所述蜂窝体(20)内的第二多条孔道(22)内的多条第二通道(29)，所述第二通道(29)各自从蜂窝体(20)第一端(14)的第一孔道开口(31a)延伸到蜂窝体(20)第二端(16)的第二孔道开口(31。
3、b)。所述第二通道(29)各自绘制了至少一个S形弯曲，所述至少一个S形弯曲在整体料(20)的第一端(14)开始，延伸到第二端(16)，在此处弯曲折回第一端(14)，然后再弯曲折回第二端(16)。(30)优先权数据(85)PCT申请进入国家阶段日2011.11.29(86)PCT申请的申请数据PCT/US2010/036646 2010.05.28(87)PCT申请的公布数据WO2010/141368 EN 2010.12.09(51)Int.Cl.权利要求书2页 说明书4页 附图4页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 4 页1/2页。
4、21.一种蜂窝体反应器或热交换器12，该蜂窝体反应器或热交换器用来为从中通过的流体提供改进的混和，所述反应器或热交换器包括：蜂窝体20，所述蜂窝体20包括多个孔道22，24，这些孔道22、24沿着共同方向从第一端14平行延伸至其第二端16，所述孔道被壁23分隔；在所述蜂窝体20的第一多条孔道24内形成的一条或多条第一通路28，该第一通路28在所述蜂窝体20内沿着横向方向从一条孔道延伸到另一条孔道，可以通过位于所述蜂窝体20侧面18之内的或者透过所述侧面18的端口或者孔30进出所述一条或多条第一通路28；在所述蜂窝体20内的第二多条孔道22内形成的多条第二通路29，所述第二通路29各自从蜂窝体2。
5、0第一端14的第一孔道开口31a延伸到蜂窝体20第二端16的第二孔道开口31b；所述第二通路29各自绘制了至少一个S形弯曲，所述至少一个S形弯曲在整体料20的第一端14开始，延伸到第二端16，在此处弯曲折回第一端14，然后再弯曲折回第二端16。2.如权利要求1所述的反应器或者热交换器12，其特征在于，所述第二通路29各自限定一个S形弯曲。3.如权利要求1所述的反应器或者热交换器12，其特征在于，所述第二通路29各自限定1.5个S形弯曲。4.如权利要求1所述的反应器或者热交换器12，其特征在于，所述第二通路29各自限定两个或更多个S形弯曲。5.如权利要求1-4中的任一项所述的反应器或者热交换器1。
6、2，其特征在于，所述第一孔道开口31a以二维分布的方式分布在所述蜂窝体20的第一端14。6.如权利要求1-5中的任一项所述的反应器或者热交换器12，其特征在于，所述第二通路29各自处于平行于孔道22、24的共同方向的相应平面内。7.如权利要求1-6中任一项所述的反应器或者热交换器12，其特征在于，所述蜂窝体包含玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷。8.一种如权利要求1-7中任一项所述的反应器或热交换器12的使用方法，该方法包括使得反应物或包含反应物的流体在所述一条或多条第一通路28中流动，同时使得热交换流体在所述第二通路29中流动。9.一种如权利要求1-7中任一项所述的反应器或热交换器12的使用方法，该方法。
7、包括使得反应物或包含反应物的流体在所述第二通路29中流动，同时使得热交换流体在所述一条或多条第一通路28中流动。10.一种如权利要求1-7中任一项所述的反应器或热交换器12的使用方法，该方法包括使得第一反应物或包含反应物的第一流体在所述一条或多条第一通路28中流动，同时使得第二反应物或者包含反应物的第二流体在所述第二通路29中流动。11.一种多阶段反应器10，该多阶段反应器10包括多个如权利要求1-7中任一项所述的反应器12A-12D，这些反应器按照次序设置，使得从所述多个反应器12A-12C中的至少一个的第二通路29流出的流体300直接流入接下来的所述多个反应器12B-D的第二通路29中。1。
8、2.如权利要求11所述的多阶段反应器，其特征在于，在所述多个反应器12A-12C中的权 利 要 求 书CN 102483314 A2/2页3至少一个以及接下来的反应器12B-12D之间，所述第二通路29的S弯曲的数量发生变化。13.如权利要求11或12所述的多阶段反应器，其特征在于，在所述多个反应器12A-12C中的至少一个以及接下来的反应器12B-12D之间，所述多个反应器12A-12D的高度H发生变化。权 利 要 求 书CN 102483314 A1/4页4蜂窝体反应器或热交换器混合器0001 本申请要求2009年5月31日提交的美国临时申请系列号第61/182,757号的优先权。背景技术。
9、0002 本发明涉及蜂窝体反应器或者热交换器，具体涉及提供在其中通过的流体的改进的混和的蜂窝体反应器或者热交换器，还涉及形成所述装置的方法。0003 发明概述0004 根据本发明的一个实施方式，蜂窝体反应器或热交换器12包括蜂窝体20，该蜂窝体包括沿着共同的方向从第一端14向其第二端平行延伸的多条孔道22，24，所述孔道被壁23分隔，所述蜂窝体20具有在蜂窝体20的第一多条孔道24内形成的一条或多条第一通路28，所述第一通路28在蜂窝体20内在横向上从一条孔道延伸到另一条孔道，可以通过位于蜂窝体20侧面18内或者穿过侧面18的端口或者孔30到达。所述蜂窝体20还具有形成于所述蜂窝体20内的第二。
10、多条孔道22内的多条第二通路29，所述第二通路29各自从蜂窝体20第一端14的第一孔道开口31a延伸到蜂窝体20第二端16的第二孔道开口31b。所述第二通路29各自绘制了至少一个S形弯曲，所述至少一个S形弯曲在整体料20的第一端14开始，延伸到第二端16，在此处弯曲折回第一端14，然后再弯曲折回第二端16。0005 从附图以及下述发明详述和所附权利要求书很容易了解本发明的其他特征和优点。0006 附图简要说明0007 图1和图2是根据本发明两个另外的实施方式的第二通路的代表性截面图；0008 图3是根据本发明一个实施方式的蜂窝体反应器或热交换器；0009 图4和图5是本发明第二通路的另外的实施。
11、方式；0010 图6是本发明的多阶段反应器的透视示意图；0011 图7显示可以根据本发明的方法应用或改良的反应器的透视图；0012 图8和图9显示图7的反应器的交替内部结构的截面图；以及0013 图10-12显示图7的反应器的另一种构型的平面图。0014 发明详述0015 用来制造基于蜂窝体整体料技术的低成本连续流化学反应器或热交换器的各种技术已经被本发明人/或其合作者提供，例如参见例如转让给本受让人的PCT公开第WO2008121390号。0016 图7的透视图以及图8的部分截面图所示，在通常用于本发明的这类反应器12或热交换器12中，流体沿着在蜂窝体整体料20中的一组通常为毫米尺度的通道2。
12、4内限定的一个或多个第一路径或通路28流动，所述通道24用独立的堵塞块或者堵塞材料26封闭，通常在两端封闭。如图8的截面图所示，通道24之间的选择的壁32降低(图中的截面图内，每隔一个的壁降低)。0017 在堵塞块26或者连续的堵塞材料26和降低的壁32顶部/底部之间留下间隙44。说 明 书CN 102483314 A2/4页5由此可以如图8所示，在蜂窝体整体料20中形成长的较大体积的曲折(serpentine)第一通路28。0018 所述第一通路28可以通过位于蜂窝体整体料20的侧面内的通口或孔30进行进出。一般来说，热交换流体沿着平行于挤出方向流过许多敞开的毫米尺度的通道22。0019 如。
13、果降低的(lowered)壁32通过深插入机械加工降至几乎达到主体20的相应的远端，可以制得高长宽比的第一通路28，如图9的截面图所示，可以经由多个端口30进出该通路28。可以采用介于图8和图9的两种极端情况之间的变化，例如曲折通路一次性平行地通过蜂窝体整体料中超过一条的孔道。这些通路的描述可以参见以上所述的PCT公开第WO2008121390号。0020 堵塞物26或连续堵塞材料26可以为各种形式，包括烧结的堵塞物或者堵塞材料26，它们可以表现出与图9底部所示类似的形状，或者可以为其它的形式，包括环氧聚合物材料或者其它的聚合物材料，以及其它的材料，只要能够形成如图9顶部所示的或多或少为正方形。
14、的堵塞物或堵塞材料26即可。0021 与蜂窝体整体料20的孔道的方向垂直的平面内的一条或多条第一路径或通路28的形状可以为各种形式，如图10-12的平面图所示。如图10所示，作为图7所示的直线型形状的替代方式，所述一条或多条第一路径或通路28可以在与蜂窝体整体料20的孔道垂直的平面内具有曲折的形状。在另一种替代形式中，可以采用如图11所示的分支化的形状，在此形状中，在挤出的结构20中，第一通路28分为多条子通路，然后在离开结构20之前重新结合。在另一种替代方式中，可以如图12所示，限定出通过蜂窝体整体料20的多条第一通路28。0022 如上文所述，一般来说，热交换流体平行于挤出方向流过许多敞开。
15、的毫米尺度的通道22。但是，在一些情况下，如果反应物流体或者包含反应物的流体在如图7所示的敞开通道22那样的短路径中流动，将会是有益的。具体来说，当需要高流速，同时要求高暴露表面积和低压降的时候，优选通道22采取极端的平行构型，所述一条或多条第一通路可以用于热交换。当需要高热交换率的时候，可以将图9的高长宽比的通道应用于类似图12那样的构型。0023 通过采取本发明，提高了在此高通量、高表面积工艺环境条件提供混和的可能性。具体来说，可以参照图3所示的蜂窝体20内的反应器12的平面图，以及参照图1和图2来理解用来提高流体的混和的蜂窝体反应器或热交换器12。所述蜂窝体20包括多个孔道22，24，这。
16、些孔道22、24沿着共同方向的方向从第一端14平行延伸至其第二端16，所述孔道被壁23分隔。0024 所述反应器12包括一条或多条第一通路28，所述第一通路28形成在所述蜂窝体20的第一多条孔道24之内，沿着横向方向在所述蜂窝体20内从一条孔道延伸到另一条孔道。如图7-9所示，可以通过位于蜂窝体20侧面18之内的或者穿过所述侧面18的端口或者孔30进出所述一条或多条第一通路28。0025 所述反应器12还包括形成在所述蜂窝体20内的第二多个孔道22之中的多个第二通路29。图1和图2显示了第二通路29的两种不同实施方式的截面图，其中图1的第二通路29具有单独的S形弯曲，图2的第二通路29具有1.。
17、5个S形弯曲。图1所示种类的第二通路29对应于图3的反应器12中所示种类的第二通路29。说 明 书CN 102483314 A3/4页60026 所述第二通路29各自从所述蜂窝体20的第一端14的第一孔道开口31a延伸到蜂窝体20的第二端部16的第二孔道开口31b。根据本发明所述种类的反应器的描述，所述第二通路29各自构成了至少一条S形弯曲，所述S形弯曲开始于整体料20的第一端14，延伸到第二端16，然后折回第一端14，然后再次折回第二端16，如图1的第二通路29和图3的反应器12的第二通路29的情况。0027 还可以采用具有更多个S形弯曲的第二通路，例如包括两个或更多个S形弯曲。另外，所述第。
18、二通路29虽然可以出于单独的平面内，但是不一定处于单独的平面内。例如，图4和图5的平面图显示的第二通路29均不是处于单独的平面内。0028 对于许多的应用，如图3所示，希望第一孔道开口31a以二维分布的方式分布在反应器12的蜂窝体20的第一端14中。0029 所述蜂窝体20优选包含玻璃、玻璃-陶瓷或陶瓷，但是也可以使用其它的材料。0030 本发明的反应器可以有益地以一种以上的方式使用。在一种使用方式中，可以使得反应物或包含反应物的流体在所述一条或多条第一通路28中流动，而热交换流体在第二通路29中流动。在第二种使用方式中，可以使得反应物或包含反应物的流体在所述第二通路29中流动，而热交换流体在。
19、一条或多条第一通路28中流动。在第三种使用方式中，可以使得第一反应物或包含反应物的流体在所述一条或多条第一通路28中流动，而第二反应物或包含反应物的流体在第二通路29中流动。0031 本发明的反应器12还可以有益地用于如图6的透视示意图所示的多阶段反应器。该多阶段反应器10包括多个本发明所述种类的反应器12A-12D，这些反应器按照次序设置，使得从所述多个反应器12A-12C中的至少一个的第二通路29流出的流体300直接流入接下来的所述多个反应器12B-D的第二通路29中。较佳的是，在所述多个反应器12A-12C中的至少一个和接下来的反应器12B-12D之间，所述第二通路29的S形弯曲的数量发。
20、生变化，在所述多个反应器12A-12C中的至少一个和接下来的反应器12B-12D之间，所述多个反应器12A-12D的高度H也发生变化。由此可以对流体300内的反应过程的热交换和混和的需求进行灵活的专门定制。0032 作为可能会带来益处的非限制性特征，本发明的方法和装置几乎可以用来在很容易制造的极高度平行通道(第二通路29)内实现任意所需程度的混和。通过采用高流速和限制蜂窝体20的高度H，可以获得较快的混和。0033 因此，本发明所揭示的方法和/或装置通常可用来进行任何工艺，所述工艺包括在微型结构中对流体或流体混合物进行混合、分离、萃取、结晶、沉淀或其它的工艺过程，所述流体混合物包括流体的多相混。
21、合物，并包括流体或包括还含有固体的流体的多相混合物的流体混合物。所述工艺过程可以包括物理过程，化学反应，生物化学过程，或者任意其它形式的工艺过程，化学反应被定义为导致有机物、无机物、或者有机物和无机物发生相互转化的过程。以下列出了可以通过所揭示的方法和/或装置进行的反应的非限制性例子：氧化；还原；取代；消除；加成；配体交换；金属交换；以及离子交换。更具体来说，以下列出了可以通过所揭示的方法和/或装置进行的反应的任一非限制性例子：聚合；烷基化；脱烷基化；硝化；过氧化；磺化氧化；环氧化；氨氧化；氢化；脱氢；有机金属反应；贵金属化学/均相催化剂反应；羰基化；硫羰基化；烷氧基化；卤化；脱卤化氢；脱卤化；加氢甲酰化；羧化；脱羧；胺化；芳基化；肽偶联；醇醛缩合；环化缩合；脱氢环化；酯化；酰胺化；杂环合成；脱说 明 书CN 102483314 A4/4页7水；醇解；水解；氨解；醚化；酶合成；缩酮化(ketalization)；皂化；异构化；季铵化；甲酰化；相转移反应；甲硅烷化；腈合成；磷酸化；臭氧分解；叠氮化物化学；复分解；氢化硅烷化；偶联反应；以及酶反应。说 明 书CN 102483314 A1/4页8说 明 书 附 图CN 102483314 A2/4页9图4图5图6说 明 书 附 图CN 102483314 A3/4页10说 明 书 附 图CN 102483314 A10。