專利名稱：管型連續(xù)式反應器及應用于該反應器的波浪型反應器管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明與管型連續(xù)反應器有關，特別是關于一種管型連續(xù)反應器以及應用于該反應器的波浪型反應器管，其不需使用攪拌裝置即能提供良好的紊流混合效果，對于液體/液體、液體/氣體、液體/固體相界面進行的化學反應，具有提高反應效率的優(yōu)點。
背景技術：
管型連續(xù)反應器可應用于各種化學反應，尤其是液體/液體、液體/氣體、液體/固體相界面進行的化學反應，以及含有揮發(fā)性有機物質的反應更可利用管型連續(xù)反應器于加壓升溫條件下安全的進行化學反應，例如生物柴油的生產。中國臺灣新型專利M384866號及中國臺灣新型專利201020117032. 7號申請案，提出一種新穎的用于制造生質柴油的往復式管型連續(xù)式反應器，于反應器管內放置成組的銳孔板，以創(chuàng)造紊流條件提供流體良好的混合。但中國臺灣新型專利M384866號及中國臺灣新型專利201020117032. 7號申請案所提出的用于制造生質柴油的往復式管型連續(xù)式反應器，因為在反應器管內設置有成組的銳孔板，設備制造及安裝相對復雜且使用時壓力損失較大。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種管型連續(xù)反應器。本發(fā)明的另一發(fā)明目的在于提供一種使用于管型連續(xù)反應器的波浪型反應器管。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的管型連續(xù)反應器，包含有—反應管組，具有一入口端以及一出口端，該反應管組是由若干波浪型反應器管串聯(lián)所組成，每一波浪型反應器管具有交替出現(xiàn)的縮頸部與直管部，其中縮頸部的內徑小于直管部的內徑；以及一加壓器，連接于該反應管組的入口端，將反應物加壓送入該反應管組中。所述的管型連續(xù)反應器，其中，波浪型反應器管的兩個相鄰縮頸部的間距為直管部的內徑的1 3倍。所述的管型連續(xù)反應器，其中，波浪型反應器管的縮頸部的最小內徑為直管部的內徑的1/3至2/3倍。所述的管型連續(xù)反應器，其中，波浪型反應器管的縮頸部具有一內徑漸縮的收縮段以及一內徑漸大的擴張段。所述的管型連續(xù)反應器，其中，波浪型反應器管的收縮段的曲率半徑為直管部的內徑的1/6至1/2倍。所述的管型連續(xù)反應器，其中，波浪型反應器管的擴張段的曲率半徑為直管部的內徑的1/6至1/2倍。所述的管型連續(xù)反應器，其中，該加壓器具有一往復式簡諧運動驅動機構，讓反應物作周期性的前進或后退運動。
所述的管型連續(xù)反應器，其中，該反應管組的入口端連接一組活塞，而活塞與該往復式簡諧運動驅動機構連結。所述的管型連續(xù)反應器，其中，該加壓器具有二往復式簡諧運動驅動機構，其中一往復式簡諧運動驅動機構連接于該反應管組的入口端，另一往復式簡諧運動驅動機構連接于該反應管組的出口端。所述的管型連續(xù)反應器，其中，該反應管組的入口端與出口端分別與一組活塞連接，而活塞與該往復式簡諧運動驅動機構連結。所述的管型連續(xù)反應器，其中，該往復式簡諧運動驅動機構具有一馬達驅動減速齒輪機與一鏈輪連結，且利用一傳動軸及一固定軸承連結并驅動一可變振幅轉盤，以將轉動機械的圓周運動轉化為往復式活塞運動。所述的管型連續(xù)反應器，其中，該馬達驅動減速齒輪機由一滾珠鏈條與該鏈輪連結。所述的管型連續(xù)反應器，其中，該往復式簡諧運動驅動機構利用一軸向滾珠軸承沿著一直線運動導桿而作線性簡諧運動，該直線運動導桿則利用兩端可調節(jié)固定架固定于一支撐結構上。所述的管型連續(xù)反應器，其中，包含有一兩端附有萬向接頭的推動軸，連接于該往復式簡諧運動驅動機構，用以帶動該往復式簡諧運動驅動機構帶動活塞作往復式簡諧運動。本發(fā)明提供的使用于管型連續(xù)反應器的波浪型反應器管，具有交替出現(xiàn)的縮頸部與直管部，其中縮頸部的最小內徑為直管部的內徑的1/3至2/3倍。所述的波浪型反應器管，其中，兩個相鄰縮頸部的間距為直管部的內徑的1 3倍。所述的波浪型反應器管，其中，每一縮頸部具有一內徑漸縮的收縮段以及一內徑漸大的擴張段。所述的波浪型反應器管，其中，收縮段的曲率半徑為直管部的內徑的1/6至1/2倍。所述的波浪型反應器管，其中，擴張段的曲率半徑為直管部的內徑的1/6至1/2倍。本發(fā)明的反應器不需攪拌設備即能使液體/液體、液體/氣體、液體/固體反應物在波浪型反應器管組內造成良好的紊流混合條件，對于液體/液體、液體/氣體、液體/固體相界面進行的化學反應，可以提高反應速率。本發(fā)明采用波浪型反應器管取代管內設置成組銳孔板的反應器管，使得往復式管型連續(xù)式反應器的制作簡化，反應器管內更無混合死角，因此，能有效提升攪拌混合效率，更能降低操作運轉的能量消耗與壓力損失。對于液體/液體、液體/氣體、液體/固體相界面進行的化學反應均能適用。


圖1為本發(fā)明一較佳實施例所提供的波浪型反應器管的立體圖；圖2為本發(fā)明一較佳實施例所提供的波浪型反應器管的剖視圖3為本發(fā)明一較佳實施例所提供的往復式管型連續(xù)式反應器單一反應器模塊的立體圖；圖4為本發(fā)明一較佳實施例所提供的往復式簡諧運動驅動機構的立體圖；圖5為本發(fā)明一較佳實施例所提供的往復式管型連續(xù)式反應器雙反應器模塊的立體圖；以及圖6為本發(fā)明一較佳實施例所提供的往復式管型連續(xù)式反應器偶數反應器模塊的立體圖。附圖中主要組件符號說明1-波浪型反應器管；2-U型管件；3-U型管件；4-活塞；5_可變振幅轉盤；6_鏈輪；7-變頻馬達；8-加壓器；9-入口端；10-出口端；11-直線運動導桿；12-異徑大小頭；13-滾珠鏈條；14-收縮段；15-擴張段；16-頸部；17-傳動軸；18-固定軸承；19-軸向滾珠軸承；20-可調節(jié)固定架；21-推動軸；22-固定軸承；23-減速齒輪機；24-直管部。
具體實施例方式本發(fā)明提供的管型連續(xù)反應器，不需使用攪拌裝置即能提供良好的紊流混合效^ ο本發(fā)明提供使用于管型連續(xù)反應器的波浪型反應器管，流體通過該反應器管時能進行額外的混合作用。本發(fā)明所提供的管型連續(xù)反應器，包含有一反應管組，具有一入口端以及一出口端，該反應管組是由若干波浪型反應器管串聯(lián)所組成，每一波浪型反應器管具有交替出現(xiàn)的直管部及縮頸部，其中縮頸部的內徑小于直管部的內徑；以及一加壓器，連接于該反應管組的入口端。該加壓器具有一往復式簡諧運動驅動機構。本發(fā)明還提供一種使用于管型連續(xù)反應器的波浪型反應器管，具有交替出現(xiàn)的縮頸部與直管部，其中縮頸部的最小內徑為直管部的內徑的1/3至2/3倍。以下結合附圖對本發(fā)明作詳細描述。請參閱圖1與圖2所示，本發(fā)明一較佳實施例所提供的使用于管型連續(xù)反應器的波浪型反應器管1可以使用金屬管、塑料管或玻璃管加工制作。該波浪型反應器管1上具有交替出現(xiàn)的直管部M及縮頸部16，而且縮頸部16的內徑小于直管部M的內徑。每一縮頸部16具有一內徑漸縮的收縮段14以及一內徑漸大的擴張段15。其中，收縮段14的管壁呈弧狀，使收縮段14與擴張段15交接處的內徑(Do)為最小，兩端漸大。收縮段14的管壁具有一曲率半徑(Re)。擴張段15的的管壁具有一曲率半徑(Rd)。為達到較佳的混合效果，本發(fā)明所提供的波浪型反應器管1具有下列的尺寸的設定1)兩個相鄰縮頸部16的間距(L)約為直管部M的內徑(Dp)的1 3倍。亦即，L/Dp = 1 3。2)縮頸部16的最小內徑(Do)為直管部M的內徑(Dp)的1/3至2/3倍。亦即，Do/Dp = 1/3 2/3。3)收縮段14的曲率半徑(Re)為直管部M的內徑(Dp)的1/6至1/2倍，即Re/Dp = 1/6 1/2。
4)擴張段15的曲率半徑(Rd)為直管部M的內徑(Dp)的1/6至1/2倍，即Rd/Dp = 1/6 1/2。前述的波浪型反應器管1可應用于往復式管型連續(xù)式反應器，其組成可以為單一反應器模塊如圖3所示，或多組反應器模塊聯(lián)結組合而成，并可依反應工藝需要組合成多種組合類型的反應器，如圖4為二反應器模塊及圖5為四反應器模塊，且其組合變化包含波浪型反應器管組的管徑大小及波浪型反應器管的總長度與反應器數目組合結構。圖3顯示往復式管型連續(xù)式反應器單一反應器模塊的立體圖，該反應器設置有NXM支不銹鋼制波浪型反應器管1組成波浪型反應器管組，其中N可以為任何正整數，但M必須為偶數，在本實施例中N = 4，M = 6。波浪型反應器管1串聯(lián)組合時，在反應物入出口端可使用U型管件2及U型管件3直接與波浪型反應器管1焊接組合或利用法蘭組合。在波浪型反應器管組中的每一支波浪型反應器管1均有交替設置的縮頸部16與直管部M，而每一縮頸部16具有收縮段14及擴張段15，使流經其間并作往復式簡諧運動的流體，可以經由收縮段14及擴張段15組成的縮頸部16的流動面積縮小與放大、前進及后退，造成紊流達成充分混合的目的。每一支波浪型反應器管1上的相鄰兩個縮頸部16間距L約為直管部M內徑Dp的1至3倍，即L/Dp = 1 3。且縮頸部16間距L尤其以直管部M內徑Dp的1 2倍左右，在加工制作及混合效果上最為適合。制作波浪型反應器管1時，縮頸部16的最小內徑Do為直管部對內徑Dp的1/3至2/3倍，即Do/Dp = 1/3 2/3。且縮頸部16的最小內徑Do尤其以直管部M內徑Dp的1/2左右，在加工制作及混合效果上最為適合。制作波浪型反應器管1時，收縮段14的曲率半徑Rc為直管部對內徑Dp的1/5至1/2倍，即R/Dp = 1/5 1/2。且收縮段14的曲率半徑Rc為直管部M內徑Dp的1/4倍，在加工制作及混合效果上最為適合。制作波浪型反應器管1時，擴張段15的曲率半徑Rd亦為直管部M內徑Dp的1/5至1/2倍，即Rd/Dp = 1/5 1/2。且擴張段15的曲率半徑Rd為直管部M內徑Dp的1/4倍，在加工制作及混合效果上最為適合。如圖3所示，在波浪型反應器管組的第一支波浪型反應器管1入口端9及最后一支波浪型反應器管1的出口端10，均使用異徑大小頭12與活塞4連接，活塞4并與一加壓器8連接。如圖5所示，該加壓器8具有一往復式簡諧運動驅動機構，其是使用變頻馬達7驅動減速齒輪機23，以滾珠鏈條13與鏈輪6連結，然后利用傳動軸17及固定軸承18及固定軸承22連結驅動可變振幅轉盤5，將轉動機械的圓周運動轉化為往復式活塞運動，然后利用兩端附有萬向接頭的推動軸21，帶動往復式簡諧運動驅動機構，帶動活塞4作往復簡諧運動，使反應流體在管式反應器的波浪型反應器管1中除了往前推進外，同時也受活塞4的前推及后送進行簡諧運動，然后一面前進一面作往復式簡諧運動通過波浪型反應器管1內收縮段14及擴張段15組成的縮頸部16結構，造成擾流來進行充分混合。往復式簡諧運動驅動機構利用軸向滾珠軸承19沿著直線運動導桿11作線性簡諧運動。直線運動導桿11則利用兩端可調節(jié)固定架20固定于往復式運動機械結構的支撐架上。往復式簡諧運動推進器設計上，如圖3所示，利用可變振幅轉盤5相位角設定，使鏈輪6轉動時，上下兩組活塞4會成180度的相位角運行，可讓流體輸送馬達不會受到逆流的壓力影響。當變頻馬達7及減速齒輪機23調整鏈輪6的轉速后，可由可變振幅轉盤5調節(jié)活塞的行進行程長短，對于不同尺寸的反應器設計，可變振幅轉盤5的設計可維持不變，使往復式簡諧運動機械結構的設計得以標準化。如圖4所示，往復式簡諧運動驅動機構使用變頻馬達7驅動減速齒輪機23，以滾珠鏈條13與鏈輪6連結，然后利用傳動軸17及固定軸承18及固定軸承22連結驅動可變振幅轉盤5，將轉動機械的圓周運動轉化為往復式活塞運動，然后利用兩端附有萬向接頭的推動軸21，帶動往復式簡諧運動驅動機構，帶動活塞4作往復簡諧運動，使反應流體在管式反應器的波浪型反應器管1中除了往前推進外，同時也受活塞4的前推及后送進行簡諧運動，然后一面前進一面作往復式簡諧運動通過波浪型反應器管1經成組收縮段14及擴張段15組成的縮頸部16結構，造成擾流來進行充分混合。加壓器8的往復式簡諧運動驅動機構設計時，必需配合波浪型反應器管1的設計作最適化的往復式簡諧運動頻率及振幅選擇，才能使流體獲得最佳混合效果。經由實驗數據驗證，往復式簡諧運動頻率及振幅的設計計算，可以使用流體流經波浪型反應器管1的無因次參數雷諾數作為計算依據。流體流經波浪型反應器管1的直管部M時的雷諾數(Reynolds Number) Iten可以用下列方程式表示
權利要求
1.一種管型連續(xù)反應器，包含有一反應管組，具有一入口端以及一出口端，該反應管組是由若干波浪型反應器管串聯(lián)所組成，每一波浪型反應器管具有交替出現(xiàn)的縮頸部與直管部，其中縮頸部的內徑小于直管部的內徑；以及一加壓器，連接于該反應管組的入口端，將反應物加壓送入該反應管組中。
2.根據權利要求1所述的管型連續(xù)反應器，其中，波浪型反應器管的兩個相鄰縮頸部的間距為直管部的內徑的1 3倍。
3.根據權利要求1所述的管型連續(xù)反應器，其中，波浪型反應器管的縮頸部的最小內徑為直管部的內徑的1/3至2/3倍。
4.根據權利要求1所述的管型連續(xù)反應器，其中，波浪型反應器管的縮頸部具有一內徑漸縮的收縮段以及一內徑漸大的擴張段。
5.根據權利要求4所述的管型連續(xù)反應器，其中，波浪型反應器管的收縮段的曲率半徑為直管部的內徑的1/6至1/2倍。
6.根據權利要求4所述的管型連續(xù)反應器，其中，波浪型反應器管的擴張段的曲率半徑為直管部的內徑的1/6至1/2倍。
7.根據權利要求1所述的管型連續(xù)反應器，其中，該加壓器具有一往復式簡諧運動驅動機構，讓反應物作周期性的前進或后退運動。
8.根據權利要求7所述的管型連續(xù)反應器，其中，該反應管組的入口端連接一組活塞，而活塞與該往復式簡諧運動驅動機構連結。
9.根據權利要求1所述的管型連續(xù)反應器，其中，該加壓器具有二往復式簡諧運動驅動機構，其中一往復式簡諧運動驅動機構連接于該反應管組的入口端，另一往復式簡諧運動驅動機構連接于該反應管組的出口端。
10.根據權利要求9所述的管型連續(xù)反應器，其中，該反應管組的入口端與出口端分別與一組活塞連接，而活塞與該往復式簡諧運動驅動機構連結。
11.根據權利要求7或9所述的管型連續(xù)反應器，其中，該往復式簡諧運動驅動機構具有一馬達驅動減速齒輪機與一鏈輪連結，且利用一傳動軸及一固定軸承連結并驅動一可變振幅轉盤，以將轉動機械的圓周運動轉化為往復式活塞運動。
12.根據權利要求11所述的管型連續(xù)反應器，其中，該馬達驅動減速齒輪機由一滾珠鏈條與該鏈輪連結。
13.根據權利要求7或9所述的管型連續(xù)反應器，其中，該往復式簡諧運動驅動機構利用一軸向滾珠軸承沿著一直線運動導桿而作線性簡諧運動，該直線運動導桿則利用兩端可調節(jié)固定架固定于一支撐結構上。
14.根據權利要求1所述的管型連續(xù)反應器，其中，包含有一兩端附有萬向接頭的推動軸，連接于該往復式簡諧運動驅動機構，用以帶動該往復式簡諧運動驅動機構帶動活塞作往復式簡諧運動。
15.一種使用于管型連續(xù)反應器的波浪型反應器管，具有交替出現(xiàn)的縮頸部與直管部，其中縮頸部的最小內徑為直管部的內徑的1/3至2/3倍。
16.根據權利要求15所述的波浪型反應器管，其中，兩個相鄰縮頸部的間距為直管部的內徑的1 3倍。
17.根據權利要求15所述的波浪型反應器管，其中，每一縮頸部具有一內徑漸縮的收縮段以及一內徑漸大的擴張段。
18.根據權利要求17所述的波浪型反應器管，其中，收縮段的曲率半徑為直管部的內徑的1/6至1/2倍。
19.根據權利要求17所述的波浪型反應器管，其中，擴張段的曲率半徑為直管部的內徑的1/6至1/2倍。
全文摘要
一種管型連續(xù)反應器包含有一反應管組，具有一入口端及一出口端，該反應管組是由若干波浪型反應器管串聯(lián)所組成，每一波浪型反應器管具有交替出現(xiàn)的直管部及縮頸部，其中縮頸部的內徑小于直管部的內徑；以及一加壓器，連接于該反應管組的入口端。該加壓器具有一往復式簡諧運動驅動機構。本發(fā)明的反應器不需攪拌設備即能使液體/液體、液體/氣體、液體/固體反應物在波浪型反應器管組內造成良好的紊流混合條件，對于液體/液體、液體/氣體、液體/固體相界面進行的化學反應，可提高反應速率。
文檔編號B01J19/24GK102580660SQ20111000578
公開日2012年7月18日 申請日期2011年1月7日 優(yōu)先權日2011年1月7日
發(fā)明者張榮興 申請人:豐映科技股份有限公司, 張榮興