ART板式反应器结合了连续式化学反应釜和板式热交换器的优点。在板式热交换片之间是决定了反应介质流向的反应板。
通常情况在化工生产领域中,大批量生产时搅拌反应器方案的选择是非常重要的。一些连续生产的反应器虽然已经在生产领域中得以使用,但却没有充分发挥其潜力。由Alfa Laval公司研发生产的一种新型连续反应器将会改变这种现状。
两种初次展现在人们面前的“金属设备”看起来其貌不扬,但这种新型连续反应器的内部“活动”却不可小视,Alfa Laval公司的研发人员说道:这是化工生产领域中的一场革命。
ART是英文“Advanced Reactor Technology”的缩写,即先进反应技术,同时也是这一最新研发成功的板式反应器产品的商品名称。按照瑞典工程师们的想法,这一板式反应器将会大大地降低流程工业企业从成批生产到大批量连续生产工艺转换时的难度,使化工生产实现更好、更快、更小、更经济和更可靠的目的。Alfa Laval公司生产经理Carina Resare女士在谈到这一新方案时说道:“我们能够避免批量生产过程中遇到的问题,同时也能满足节约能源的要求及按比例放大流程工艺技术的要求。”
这一新型设备的诞生是高等院校与Astra Zeneca公司、Arkema公司、Perstorp公司和DSM公司合作的结晶。尤其是与Arkema公司的合作对推动这一研发项目的进展有着积极的作用,两家企业在“生命科学”开发项目的框架内获得了百万欧元的开发资金,保证了可持续性的化工研发项目的顺利进行。
早在五年前,Alfa Laval公司就开始了连续式反应器的研发工作。研发工程师Barry Johnson先生说:“研发工作初期我们进行了一次用户调查,通过用户调查我们了解了化工生产领域中未来的需求。”第一套连续式反应器的体积非常大,经过多次改进之后,才使它的体积缩小到了目前的水平,满足了微化学反应技术的要求。但是与微反应釜的体积相比较,Alfa Laval公司的设计师们仍然感到不理想。Johnson先生强调说:“ART先进的反应技术不是微型反应釜。”实际上,ART技术是板式、管式和微反应釜的综合。另外,这种新型反应器的精细结构设计也与传统的不同,有着极大的区别:反应管直径在1~50mm之间。
与传统的在批次生产过程中使用的反应器、反应釜不同,这种新型的连续式反应器,反应介质被连续不断地送入到反应器中。反应管上的连接接口可以添加反应辅助材料,对反应结果进行检查或者采集反应样本。
选择性和可靠性
模块式的结构设计解决了许多可能出现的问题:根据产量的大小,可以将若干模块依次连接起来,解决了生产能力成比例放大的问题:反应管的尺寸规格、温度和混合比等都始终保持不变。一个模块单元有多个散热板,在这些散热板之间安装的是对介质流动方向有影响的反应板。经过反应管上的连接接口可以加入反应添加剂,进行检测或者采集检测样本。
在反应管内,加速了反应介质的反应速度,提高了选择性。同时它还有着很高的可靠性,很好的温度分布性能和液体反应物快速混合的能力。例如,Johnson先生举了一个两级反应的应用实例:钠-铝混合物与苄基丙酮进行反应生产4-苯基丁基-2-醇时,在传统的批量生产反应器中的反应时间通常是3~5小时,而在新型反应器中的反应时间仅需几分钟。生产效率也从80%~90%提高到了99%。Johnson先生说:经气相色谱检测,新型反应器生产出来的产品同样也没有任何杂质。对于这一设备能带来的其他好处,Johnson先生介绍说:由于该反应器的体积小,具有可以检查、监控的功能,所以降低了反应过程中的风险,即使在易燃易爆危险的场合中,在高压和高温的使用环境中也具有很高的可靠性。而这种新型反应器的最重要特点是开辟了新的应用领域,Johnson先生解释说道:“利用ART技术,我们能够在较短的时间内完成多种流程工艺方法的测试,可更好地促进产品研发生产。
实践应用
DSM公司是Alfa Laval公司的合作伙伴之一。在他们的合作期间完成了POC概念验证的试验。同时DSM公司也是Alfa Laval公司的客户,他们为精细化工和特殊化工产品的生产以及医药产品的生产预订了这种新型反应器,用于每年生产10~100t的产品。DSM公司的高级技术顾问Raf
Reintjens先生说:“我们将微化学反应设备定义为企业最重要的生产流程。”对于DSM公司来讲,流程设备体积的缩小也就意味着生产成本的降低,能够更加灵活方便地使用多功能生产设备。另外,流程工艺技术研发速度的加快也缩短了新产品投放市场的时间。
虽然Alfa Laval公司不希望将ART先进反应技术与微反应技术混为一谈,但是两种技术之间却有着很多的相似性,是不容易轻易将其区分开的。它们之间的区别可用反应管的微型结构来进行区分,ART先进反应技术反应管的直径大小是毫米级的,而且是可以用常规的工业生产方法生产制造的、且不易堵塞的反应管。ART先进反应技术与微反应技术的共同之处是:成比例放大、平行使用、强化工艺流程。
目前,有两种ART反应器可供使用:37型和49型。两者的区别是体积大小有所不同。
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