專利名稱：采用高壓液氮冷卻反應(yīng)器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用高壓液態(tài)制冷劑冷卻反應(yīng)器中放熱反應(yīng)的方法和設(shè)備。
由于低溫液體的制冷性能，它們可用于冷卻放熱反應(yīng)。一種特別直接的方法是將液態(tài)制冷劑直接注入到反應(yīng)器內(nèi)的液態(tài)反應(yīng)劑中，由此消除可能的凍結(jié)和傳熱面結(jié)垢。該液態(tài)制冷劑和反應(yīng)混合物一經(jīng)接觸就立即汽化，將潛熱和顯熱都傳遞到其環(huán)境中。
然而由于液態(tài)制冷劑儲罐僅在給定的壓力下達(dá)到最佳效果，現(xiàn)已證明將液態(tài)制冷劑直接注入到反應(yīng)器中是非常困難的。對于要抽出用于冷卻的液態(tài)制冷劑和用于保護(hù)、清洗和其它用途的氣體，例如液氮和氮氣的反應(yīng)罐，必須將該罐設(shè)定于高工作壓力。因此，液態(tài)制冷劑也必須在例如150psi的高壓下抽出，但是這樣的操作壓力對大多數(shù)液態(tài)制冷劑的應(yīng)用是不利的。
在高壓下供應(yīng)液態(tài)制冷劑的問題是液態(tài)制冷劑將被氣相制冷劑飽和。當(dāng)由如閥門或高度引起的摩擦損失使壓力降低時，液態(tài)制冷劑將由液態(tài)閃蒸變成氣體。由于氣體可占有液態(tài)制冷劑的幾百倍體積，氣體將會造成液態(tài)制冷劑管線的堵塞，導(dǎo)致實質(zhì)上的壓力降并減少液態(tài)制冷劑的供應(yīng)。在自加速放熱反應(yīng)的高峰期，當(dāng)冷卻能力損失時，減少液態(tài)制冷劑的供應(yīng)會成為安全隱患。
通常低溫冷卻系統(tǒng)將從液態(tài)制冷劑儲罐出來的供應(yīng)壓力保持在如約50psi的低壓，以使經(jīng)過閥門時的閃蒸最小化。當(dāng)需要高壓氣體用于保護(hù)、吹掃等用途時，需要兩個獨立的罐。例如將高壓液氮從卡車或高壓液氮儲罐送至低壓液氮儲罐。當(dāng)進(jìn)入低壓儲罐時，在高貯存壓力下飽和的氣體將會在氣相中排放。被排放的氣體是被損失的產(chǎn)品。此外，液態(tài)制冷劑流經(jīng)任何限制設(shè)備，例如壓力調(diào)節(jié)器或調(diào)節(jié)閥時會發(fā)生閃蒸。而不幸的是這些限制設(shè)備對反應(yīng)工藝的精確溫度控制是必須的。由于氣封的原因，經(jīng)過調(diào)節(jié)閥時發(fā)生的閃蒸會使流動停止。因此，理想的是，消除從高壓罐向一個低壓罐輸送液態(tài)制冷劑的需要，從而減少排放氣體的損失。同樣理想的是，提供一種消除或基本減少液態(tài)制冷劑的閃蒸的液態(tài)制冷劑冷卻系統(tǒng)。
另一種常規(guī)方法是采用一個過冷器，其中一部分液態(tài)制冷劑例如液氮被分流到一個獨立的室中并在減壓下沸騰。該沸騰的液體與更高壓的液氮主物流進(jìn)行熱交換。由于在減壓下液氮的沸點比更高壓力下液氮的沸點低，在較低的壓力下沸騰的液氮可以將液氮過冷化并將氮氣泡冷凝為液相。在較低壓力下汽化的氮氣由于失去壓頭和潛熱冷凍值而被排入大氣中。該損失量將會隨著液氮儲罐的壓力、室溫和液氮供應(yīng)源的摩擦損失而增加。盡管由于被過冷液氮的溫度低于它的沸點，它在經(jīng)過閥門和接頭時發(fā)生閃蒸的傾向小，但因為液氮供應(yīng)源的冷凍質(zhì)量下降，所以必須向過冷器中另外分流液氮，以提供足夠的冷凍能力以過冷或冷凝氣體。因此，理想的是，在保持液氮供應(yīng)源冷凍質(zhì)量的同時，消除對過冷液氮的需要。
考慮到現(xiàn)有技術(shù)中的問題和缺陷，因此本發(fā)明的一個目的是提供一種以最小閃蒸供應(yīng)高壓液態(tài)制冷劑的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種在高壓下將液態(tài)制冷劑直接供入反應(yīng)器中用于優(yōu)化冷卻放熱反應(yīng)的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的是在保持液態(tài)制冷劑供應(yīng)源的冷凍質(zhì)量的同時，消除對過冷液態(tài)制冷劑的需要。
本發(fā)明還有另一個目的是提供既用于高壓氮氣又用于高質(zhì)量液氮的單一源。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點部分是顯而易見的，部分從說明書來看是顯然的。
在本發(fā)明中將實現(xiàn)的上述及其它目的和優(yōu)點，這對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯然的，本發(fā)明一方面涉及一種液態(tài)制冷劑輸送系統(tǒng)，其包括一個具有第一端和第二端的注射管，一種用于提供液態(tài)制冷劑流進(jìn)入該注射管的液態(tài)制冷劑源，一個在該注射管內(nèi)的傳動軸，該傳動軸可以向該注射管的第一端移動，以此終止來自該注射管的第一端的液態(tài)制冷劑的流動。
優(yōu)選的是，該液態(tài)制冷劑輸送系統(tǒng)進(jìn)一步包括一個通過獨立于液態(tài)制冷劑流的注射管的第一端，連續(xù)提供保護(hù)氣進(jìn)入注射管的保護(hù)氣源。此外可將一個噴嘴連接到該注射管的第一端，其中保護(hù)氣形成一個和噴嘴端相鄰的氣囊，該氣囊在液態(tài)制冷劑輸送系統(tǒng)和反應(yīng)器一起使用時可以防止反應(yīng)劑凍結(jié)和阻塞該噴嘴。
本發(fā)明另一方面涉及一種安裝在反應(yīng)器內(nèi)采用高壓液態(tài)制冷劑冷卻反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)的設(shè)備，其包括一個具有有出口的第一端和一個密封的第二端的注射管，該注射管有一個內(nèi)同心管和一個外同心管，一個位于該內(nèi)同心管內(nèi)的傳動軸，一個用于移動該傳動軸以調(diào)節(jié)該內(nèi)同心管出口的裝置，和一個與該內(nèi)同心管相連接的液態(tài)制冷劑供應(yīng)源。
優(yōu)選的是，該傳動軸具有一個與該內(nèi)同心管的出口相適配以密封該內(nèi)同心管的管塞。優(yōu)選的是，該用于移動該傳動軸以調(diào)節(jié)該內(nèi)同心管出口的裝置包括一個以線性移動傳動軸的手動傳動機構(gòu)、一個以線性移動傳動軸的機械傳動機構(gòu)，或一個線性電機。優(yōu)選的液態(tài)制冷劑供應(yīng)源選自最高壓力為約3000psi的氮、氫、氧、氦、二氧化碳、空氣和它們的結(jié)合。最優(yōu)選的液態(tài)制冷劑供應(yīng)源包括壓力為約30psi-約300psi的液氮。
此方面可進(jìn)一步包括一個與該外同心管相連接適應(yīng)于提供連續(xù)的保護(hù)氣流動以防止液態(tài)制冷劑凍結(jié)噴嘴和反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)劑的保護(hù)氣供應(yīng)源。優(yōu)選的是，該保護(hù)氣供應(yīng)源的溫度比液態(tài)制冷劑的低。最優(yōu)選的是，該保護(hù)氣供應(yīng)源選自具有低于液態(tài)制冷劑供應(yīng)源的溫度的氬、氦、空氣、氧、氫或一種基本惰性的氣體。優(yōu)選的是保護(hù)氣供應(yīng)源的最大壓力為約3000psi，最優(yōu)選的是包括壓力為約30psi-約300psi的氮氣。
此方面可進(jìn)一步包括一個位于該注射管的第一端并具有與該內(nèi)同心管以及該外同心管的出口相適配的開口的噴嘴。該噴嘴與該外同心管出口相適配的開口可以比與該內(nèi)同心管出口相適配的開口寬，這樣在該傳動軸具有一個與該內(nèi)同心管的出口相適配的管塞，當(dāng)防止液態(tài)制冷劑供應(yīng)源從該注射管流動時，保護(hù)氣被適應(yīng)于形成一個氣囊。
本發(fā)明另一方面涉及一種用于反應(yīng)器內(nèi)以冷卻放熱反應(yīng)的液態(tài)制冷劑輸送設(shè)備，其包括一個具有在注射管的第一端有出口的一個內(nèi)同心管和一個外同心管的注射管，一個位于該注射管第一端并具有與該內(nèi)同心管以及外同心管的出口相適配的開口的噴嘴，一個位于內(nèi)同心管內(nèi)的傳動軸，一種與該外同心管相連接的保護(hù)氣供應(yīng)源，一種與該內(nèi)同心管相連接的液態(tài)制冷劑供應(yīng)源，一種用于移動該傳動軸并以此來將該內(nèi)同心管的出口打開與關(guān)閉，以向反應(yīng)器內(nèi)注入液態(tài)制冷劑的電機。
優(yōu)選的是，具有約為3000psi最高壓力，選自氮、氫、氧、氦、二氧化碳、空氣和它們的結(jié)合的液態(tài)制冷劑。最優(yōu)選的是，該液態(tài)制冷劑包括壓力為約30psi-約300psi的液氮。
優(yōu)選的是，保護(hù)氣供應(yīng)源選自具有低于最大壓力為約3000psi的液態(tài)制冷劑供應(yīng)源的溫度的氬、氦、空氣、氧、氫或一種基本惰性的氣體。最優(yōu)選的是，該保護(hù)氣供應(yīng)源包括壓力為約30psi-約300psi的氮氣。與該外同心管相連接的保護(hù)氣供應(yīng)源適應(yīng)于提供連續(xù)的保護(hù)氣流動，以防止在該噴嘴和反應(yīng)器中凍結(jié)反應(yīng)劑。
本發(fā)明另一方面還涉及一種冷卻反應(yīng)器內(nèi)放熱反應(yīng)的方法，其包括以下步驟提供一種包括下列的液態(tài)制冷劑輸送系統(tǒng)一個具有第一端和第二端的注射管，一個用于提供液態(tài)制冷劑流入該注射管的液態(tài)制冷劑源，一個位于該注射管內(nèi)的傳動軸，該傳動軸可以移動以調(diào)節(jié)液態(tài)制冷劑從該注射管第一端的流動，和一種通過該注射管用于提供連續(xù)保護(hù)氣流入反應(yīng)器的保護(hù)氣源；監(jiān)測反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)溫度；當(dāng)反應(yīng)溫度超過某一設(shè)定值時采用液態(tài)制冷劑輸送系統(tǒng)向反應(yīng)器內(nèi)注入液態(tài)制冷劑。
優(yōu)選的是，在提供一種液態(tài)制冷劑輸送系統(tǒng)的步驟中，液態(tài)制冷劑源和保護(hù)氣源是單一源。在向反應(yīng)器內(nèi)注入液態(tài)制冷劑的過程中，優(yōu)選以一種線性電機從該注射管的第一端移動該傳動軸以允許液態(tài)制冷劑的流動。
本發(fā)明另一方面還涉及一種冷卻反應(yīng)器內(nèi)放熱反應(yīng)的方法，其包括以下步驟提供一種包括下列的液態(tài)制冷劑輸送系統(tǒng)一個具有有出口的第一端和一個密封的第二端的注射管，該注射管有一個內(nèi)同心管和一個外同心管，一個位于該注射管第一端并具有與該內(nèi)同心管以及該外同心管的出口相適配的開口的噴嘴，一個位于該內(nèi)同心管內(nèi)的傳動軸，該傳動軸可以移動并具有一個當(dāng)移向噴嘴時適應(yīng)于密封該內(nèi)同心管的一個管塞，并且該傳動軸進(jìn)一步可以移動以打開和關(guān)閉內(nèi)同心管的出口，和一種與該內(nèi)同心管相連接的液態(tài)制冷劑供應(yīng)源；監(jiān)測反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)溫度；當(dāng)反應(yīng)溫度超過某一設(shè)定值時采用液態(tài)制冷劑輸送系統(tǒng)向反應(yīng)器內(nèi)注入液態(tài)制冷劑。
優(yōu)選的是，提供該液態(tài)制冷劑輸送系統(tǒng)的步驟進(jìn)一步包括提供一種與外同心管相連接的保護(hù)氣供應(yīng)源，并且進(jìn)一步包括提供連續(xù)的保護(hù)氣流以防止液態(tài)制冷劑供應(yīng)源凍結(jié)噴嘴和反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)劑的步驟。優(yōu)選的是在向該反應(yīng)器內(nèi)注入一種液態(tài)制冷劑的步驟中，一個線性電機將該傳動軸從噴嘴移開，從而使液態(tài)制冷劑從液態(tài)制冷劑供應(yīng)源通過該內(nèi)同心管流入反應(yīng)器。
本發(fā)明的特點相信是具有新穎性的且本發(fā)明的基礎(chǔ)特征特別體現(xiàn)在附后的權(quán)利要求書中。附圖只作說明的目的并不是按比例繪制。但是最好通過參考隨后的詳細(xì)描述和附圖相結(jié)合對發(fā)明本身及其構(gòu)成和操作方法進(jìn)行理解。
其中


如下圖1是本發(fā)明的液態(tài)制冷劑輸送系統(tǒng)的剖面圖。
圖2是用于本發(fā)明液態(tài)制冷劑輸送系統(tǒng)的替代的噴嘴設(shè)計的剖面圖。
圖3是采用本發(fā)明一種液態(tài)制冷劑輸送系統(tǒng)的反應(yīng)器簡圖。
參考圖1-3描述本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案時，其中相同的數(shù)字表示發(fā)明的相同特征。本發(fā)明的技術(shù)特征無需按比例繪制。
本發(fā)明提供一種用于向反應(yīng)器內(nèi)輸送一種液態(tài)制冷劑進(jìn)入反應(yīng)器以冷卻反應(yīng)器內(nèi)放熱反應(yīng)的設(shè)備，其中液態(tài)制冷劑可以在最高為約3000psi的壓力下直接加入到反應(yīng)器中。與采用液態(tài)制冷劑冷卻放熱反應(yīng)的常規(guī)裝置相反，本發(fā)明無需排放由液態(tài)制冷劑排出的飽和氣體。最重要的是無需過冷液態(tài)制冷劑。該液態(tài)制冷劑可以直接來自高壓液態(tài)制冷劑儲罐，而且在高壓液態(tài)制冷劑儲罐和反應(yīng)器之間沒有任何壓力調(diào)節(jié)器或調(diào)節(jié)閥。本發(fā)明還提供一種采用新的液態(tài)制冷劑輸送系統(tǒng)冷卻放熱反應(yīng)的方法。
圖1是本發(fā)明的液態(tài)制冷劑輸送系統(tǒng)的剖面圖。注射管10包括一個包括外同心管20和內(nèi)同心管25的外殼15。在內(nèi)同心管25內(nèi)放置一個中心傳動軸30。在傳動軸的末端是一個管塞32。制成外殼15、內(nèi)同心管25、外同心管20和管塞32的材料優(yōu)選由金屬制成，如不銹鋼、銅、鋁或其它材料，如TEFLON，該材料不受液態(tài)制冷劑的極端溫度影響。象碳鋼和橡膠這樣的材料因為當(dāng)它們與液態(tài)制冷劑接觸時會變脆因而是不適合的。
在外殼15的末端是一個包括內(nèi)噴嘴40和外噴嘴45的噴嘴部分39。內(nèi)噴嘴40優(yōu)選包括金屬。外噴嘴45可以包括TEFLON以使反應(yīng)器內(nèi)任何反應(yīng)劑的凍結(jié)最小化。鎖定環(huán)50用于防止外噴嘴45從注射管10上脫落。液態(tài)制冷劑的流動是通過傳動軸30的移動而不是控制閥來調(diào)節(jié)的?，F(xiàn)在液態(tài)制冷劑流經(jīng)外噴嘴45而不是通過控制閥或調(diào)節(jié)器時發(fā)生的任何閃蒸不會引起危險的壓力降。該噴嘴可以采用不同的材料或形狀。管塞32或者內(nèi)噴嘴40之一可由金屬或包含塑料的材料制成。最理想是采用金屬和塑料的結(jié)合以防止管塞卡住。同樣硬度的相同金屬在緊密接觸時有卡住的傾向。
盡管噴嘴的實際形狀可以認(rèn)為并不十分重要，但它的形狀必須使保護(hù)氣能在注射管的尖端和內(nèi)噴嘴的周圍形成一個小氣囊。當(dāng)液態(tài)制冷劑不再流動時，該小氣囊對防止反應(yīng)劑填充和凍結(jié)管塞和內(nèi)噴嘴之間的縫隙因而堵塞噴嘴開口是關(guān)鍵的。保護(hù)氣在外噴嘴45內(nèi)保持壓力防止反應(yīng)劑流入注射管。
外殼15上的液態(tài)制冷劑入口34可以使液態(tài)制冷劑直接進(jìn)入到內(nèi)同心管25中。保護(hù)氣入口35可以使保護(hù)氣直接進(jìn)入到外同心管20中。因此液態(tài)制冷劑可以從一邊進(jìn)入內(nèi)同心管25并在內(nèi)心管內(nèi)圍繞傳動軸30流動。在室溫下的一種保護(hù)氣從外同心管20向下流動以防止輸送系統(tǒng)過量結(jié)冰。此外，注射管的雙壁厚度也將反應(yīng)劑和液態(tài)制冷劑的極端溫度隔離。當(dāng)傳動軸30如圖1所示處于后退位置時，液態(tài)制冷劑將由于其自身的高壓自由地向下流動。然而在圖1A中，傳動軸30處于向前的位置，管塞32密封噴嘴40以防止液態(tài)制冷劑流動。
根據(jù)管塞30的形狀，一種設(shè)計可以使管塞32從內(nèi)噴嘴40伸出允許液態(tài)制冷劑的流動。一種替代的噴嘴設(shè)計見圖2。注射管215包括內(nèi)管225，其中液態(tài)制冷劑從一個液態(tài)制冷劑源(未表示)通過開口200流出，以冷卻反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)劑，和提供一種保護(hù)氣的外管220。當(dāng)傳動軸230處于所示的打開位置時，液態(tài)制冷劑在內(nèi)管225中沿注射管215流動。當(dāng)傳動軸230向噴嘴開口200延伸時，管塞232密封噴嘴部分239，由此停止液態(tài)制冷劑流動。一種保護(hù)氣源(未表示)允許保護(hù)氣連續(xù)地通過外同心管220和保護(hù)氣出口202流向開口200。保護(hù)氣在噴嘴尖端的連續(xù)流動防止反應(yīng)劑凍結(jié)和堵塞開口200。
參見圖1，傳動軸30最優(yōu)選采用一種線性電機控制。優(yōu)選的是，電機70能移動約2-約6英寸的直線距離?？梢酝ㄟ^一種聯(lián)軸器由固定螺釘將電機70連接到傳動軸30?？梢圆捎梅ㄌm57和電機支撐機構(gòu)55固定電機70。
盡管線性電機被優(yōu)選用于控制傳動軸30的位置，但也可以采取其它一些裝置。以下的例子只是列舉并非窮舉。傳動軸30可以由一個氣動膜來移動。當(dāng)將氣體作用于撓性膜的一邊時，膜的另一邊撓曲并帶動傳動軸與其一起移動。缺點是膜能提供有限的移動距離。另一種控制傳動軸的裝置可以是一個位于軌道內(nèi)通過齒輪與傳動軸連接的轉(zhuǎn)動螺桿。一個變速電機可與該轉(zhuǎn)動螺桿相連，使傳動軸向前和向后運動，以用管塞32打開和關(guān)閉內(nèi)噴嘴。事實上，傳動軸30也可以手動地通過線性或旋轉(zhuǎn)運動來操作。一個運行反應(yīng)的操作人員可以獲得反應(yīng)劑的溫度值并手動移動傳動軸，以提供所需量的液態(tài)制冷劑進(jìn)入反應(yīng)器。
為防止高壓液態(tài)制冷劑從注射管10中泄漏，可在外殼15中使用填料密封65。也可用壓縮螺桿作用于填料，以共同在傳動軸30的周圍提供緊密密封。盡管可以采用其它的絕緣材料，但填料密封優(yōu)選采用帶石墨的TEFLON。也可采用O型圈63以保持防止泄漏的正密封壓力。為防止O型圈63和填料密封65達(dá)到可使這些材料冷凍和變脆的深冷溫度，可采用另外的填料材料37，例如TEFLON，以增加O型圈63到液氮的距離。環(huán)境溫度能足夠防止制冷劑的溫度傳遞到密封和電機。
圖3是關(guān)于如何在反應(yīng)器內(nèi)采用本發(fā)明液態(tài)制冷劑輸送系統(tǒng)以冷卻放熱反應(yīng)的簡圖。反應(yīng)器75優(yōu)選包括一個與電機85相連用于攪拌反應(yīng)器75內(nèi)反應(yīng)劑的攪拌器83。反應(yīng)劑通過進(jìn)口78加入到反應(yīng)器75中進(jìn)行放熱反應(yīng)。出口80提供用于反應(yīng)器75排放的裝置。帶有一個控制閥的出口79用于從反應(yīng)器75中排出反應(yīng)產(chǎn)物。反應(yīng)器75還進(jìn)一步包括一個插入到反應(yīng)器75中用于測定反應(yīng)混合物溫度的溫度檢測器87。溫度檢測器87優(yōu)選被連接到一個溫度控制器。如果反應(yīng)混合物的溫度太高，該控制器發(fā)出一個信號給液態(tài)制冷劑輸送系統(tǒng)以允許液態(tài)制冷劑流動。如果該控制器檢測到溫度太低或低于某一設(shè)定值，它將給液態(tài)制冷劑輸送系統(tǒng)發(fā)出信號使液態(tài)制冷劑停止流動。
為清楚起見，圖1中的參照數(shù)可用于描述圖3中的液態(tài)制冷劑輸送系統(tǒng)。液態(tài)制冷劑輸送系統(tǒng)90可以通過反應(yīng)器75上一個帶法蘭的開口88并以螺栓和螺母固定在注射管法蘭60的位置，以使注射管10的一部分以向下的方向插入到反應(yīng)器75中。液態(tài)制冷劑供應(yīng)源(未表示)在入口34和注射管10相連，以提供液態(tài)制冷劑直接送入到內(nèi)同心管40中?？捎糜诒景l(fā)明的液態(tài)制冷劑包括液氮、液氬、液氦、液態(tài)二氧化碳和液態(tài)空氣。最優(yōu)選為液氮。液態(tài)制冷劑通常以最大壓力3000psi供應(yīng)，但更優(yōu)選為約200-約300psi。常規(guī)低溫用途通常采用壓力為約30-約60psi的液態(tài)制冷劑。
一種保護(hù)氣供應(yīng)源(未表示)連接到保護(hù)氣入口35上，以提供用于防止反應(yīng)劑回流和凍結(jié)所必須的保護(hù)氣。保護(hù)氣的壓力最大可為3000psi，但更優(yōu)選為約30-約300psi。優(yōu)選的是，保護(hù)氣是液態(tài)制冷劑的氣相，從而使單一源能夠既提供液態(tài)制冷劑也提供保護(hù)氣。
可以在液態(tài)制冷劑供應(yīng)和保護(hù)氣供應(yīng)源進(jìn)入注射管之前的氣體管線上都設(shè)置過濾器以除去任何固體粒子。盡管不需要調(diào)節(jié)器，一旦出現(xiàn)如電力故障、火災(zāi)或其它裝置緊急事故，需要在液態(tài)制冷劑供應(yīng)源和反應(yīng)器之間安裝緊急事故關(guān)閉閥。同樣，也可以安裝其它閥門用于系統(tǒng)故障，以免反應(yīng)劑倒入液態(tài)制冷劑入口。如果系統(tǒng)采用閥門，在正常操作情況下，這些閥門應(yīng)保持全開并肯定是不需要的，因為液態(tài)制冷劑可從高壓液態(tài)制冷劑儲罐直接進(jìn)入到內(nèi)同心管40中。該保護(hù)氣以與該液態(tài)制冷劑相同的壓力通過外同心管45進(jìn)入。可以采用自動閥或手動閥調(diào)節(jié)該保護(hù)氣使其流速為液態(tài)制冷劑流速的約1％-約2％。該閥門也可以防止反應(yīng)混合物回流到保護(hù)氣供應(yīng)源中。
隨著反應(yīng)的進(jìn)行，如果反應(yīng)混合物的溫度超過所需的設(shè)定值，傳動軸30向后移動將內(nèi)噴嘴40部分或全部打開以允使液態(tài)制冷劑流過。傳動軸30的移動由按已知手段與溫度檢測器87相連的電機70所控制。當(dāng)反應(yīng)混合物的溫度低于所需的設(shè)定值，傳動軸30向前移動部分或全部地關(guān)閉內(nèi)噴嘴40?，F(xiàn)在可根據(jù)由傳動軸30和管塞32確定的內(nèi)噴嘴40的開口尺寸輸送和控制液態(tài)制冷劑的流速。因此，在放熱反應(yīng)中不需要控制閥和其它調(diào)節(jié)器來提供精確的溫度控制。
本發(fā)明達(dá)到了上述的目的。本發(fā)明的液態(tài)制冷劑輸送系統(tǒng)提供一種輸送壓力最高可達(dá)3000psi的液態(tài)制冷劑直接進(jìn)入反應(yīng)器中用于在放熱反應(yīng)中直接冷卻反應(yīng)劑的方法和設(shè)備。通過直接將液態(tài)制冷劑注入到反應(yīng)器中，故無需過冷液態(tài)制冷劑，液態(tài)制冷劑的閃蒸基本得以減少。在整個反應(yīng)時間內(nèi)液態(tài)制冷劑的冷凍質(zhì)量得到保持。更進(jìn)一步，可以采用單一高壓源用于既供應(yīng)液態(tài)制冷劑也供應(yīng)保護(hù)氣。
雖然對本發(fā)明進(jìn)行了特別的描述，結(jié)合特定的優(yōu)選技術(shù)方案，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，顯然根據(jù)上述的描述，許多替換、修正和變化都是顯而易見的。因此后附的權(quán)利要求書中包括了這樣的替換、修正和變化，而這些替換、修正和變化屬于本發(fā)明的真實范圍和精神之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種液態(tài)制冷劑輸送系統(tǒng)，其包括a.一個具有第一端和第二端的注射管；b.一種用于直接向該注射管提供液態(tài)制冷劑流的液態(tài)制冷劑源；c.一個位于該注射管內(nèi)的傳動軸，該傳動軸可以向該注射管的第一端移動，以終止來自該注射管的第一端的液態(tài)制冷劑的流動。
2.權(quán)利要求1的液態(tài)制冷劑輸送系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括一個通過獨立于液態(tài)制冷劑流的注射管的第一端，向該注射管連續(xù)提供保護(hù)氣的保護(hù)氣源。
3.權(quán)利要求2的液態(tài)制冷劑輸送系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括一個連接到該注射管的第一端的噴嘴，其中該保護(hù)氣形成一個與噴嘴端相鄰的氣囊，該氣囊在該液態(tài)制冷劑輸送系統(tǒng)與反應(yīng)器一起使用時可以防止反應(yīng)劑凍結(jié)和阻塞該噴嘴。
4.一種安裝在反應(yīng)器內(nèi)，用于采用高壓液態(tài)制冷劑冷卻反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)的設(shè)備，其包括a.一個具有有出口的第一端和一個密封的第二端的注射管，該注射管有一個內(nèi)同心管和一個外同心管；b.一個位于該內(nèi)同心管內(nèi)的傳動軸；c.一個用于移動該傳動軸以調(diào)節(jié)該內(nèi)同心管的出口的裝置；和d.與該內(nèi)同心管相連接的液態(tài)制冷劑供應(yīng)源。
5.權(quán)利要求4的設(shè)備，其中該傳動軸包括一個與該內(nèi)同心管的出口相適配以密封該內(nèi)同心管的管塞。
6.權(quán)利要求4的設(shè)備，其中用于移動該傳動軸以調(diào)節(jié)該內(nèi)同心管出口的裝置包括一個以線性移動該傳動軸的傳動機構(gòu)。
7.權(quán)利要求4的設(shè)備，其中進(jìn)一步包括一種與該外同心管相連接，以適應(yīng)于提供連續(xù)的保護(hù)氣流動，以防止該液態(tài)制冷劑凍結(jié)該噴嘴和該反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)劑的保護(hù)氣供應(yīng)源。
8.權(quán)利要求4的設(shè)備，其中進(jìn)一步包括一個位于該注射管第一端并具有與該內(nèi)同心管以及該外同心管的出口相適配的開口的噴嘴。
9.一種用于反應(yīng)器內(nèi)以冷卻放熱反應(yīng)的液態(tài)制冷劑輸送設(shè)備，其包括a.一個具有有出口的第一端和一個密封的第二端的注射管，該注射管有一個內(nèi)同心管和一個外同心管；b.一個位于該注射管第一端并具有與該內(nèi)同心管以及該外同心管的出口相適配的開口的噴嘴；c.一個位于該內(nèi)同心管內(nèi)的傳動軸；d.一種與該外同心管相連接的保護(hù)氣供應(yīng)源；e.一種與該內(nèi)同心管相連接的液態(tài)制冷劑供應(yīng)源；和f.一個用于移動該傳動軸以將該內(nèi)同心管的出口打開和關(guān)閉以向該反應(yīng)器內(nèi)注入液態(tài)制冷劑的電機。
10.權(quán)利要求9的液態(tài)制冷劑輸送設(shè)備，其中的該液態(tài)制冷劑和該保護(hù)氣供應(yīng)源的最高壓力都為約3000psi。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于將一種制冷劑注入到反應(yīng)器中對該反應(yīng)器中的放熱反應(yīng)進(jìn)行冷卻的設(shè)備和方法,其中制冷劑可以約為3000psi的最大壓力直接加入到反應(yīng)器中。該制冷劑可以直接來自于一個高壓液態(tài)制冷劑儲罐,并在反應(yīng)器和儲罐之間沒有任何壓力調(diào)節(jié)器或控制閥,由此減少了閃蒸并且無需要過冷制冷劑。
文檔編號B01J19/00GK1321548SQ01103068
公開日2001年11月14日 申請日期2001年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月24日
發(fā)明者A·T·Y·程 申請人:普萊克斯技術(shù)有限公司