SE530902C2 - Sektionerad flödesanordning och förfarande för att reglera temperaturen i denna - Google Patents

Description

25 30 EBÜ 902 reaktanter injiceras vid flera ställen längs flödeskanalen. För att kontrollera respektive reaktion samt bildandet av produkter och biprodukter, så fodras att temperaturen kontrolleras för att förhindra att oönskade reaktioner sker samt att önskade reaktioner gynnas. Genom att lokalt kyla respektive värma processflödet i flödeskanalen så styrs reaktionema på ett kontrollerat sätt. I en flödesmodul eller plattreaktor, som har blandningszoner kan flödeskanalen löpa i en serpentinformad bana, vilken kan vara två dimensionell eller tredimensionell. Exempel på tvàdimensionella flödeskanaler står att finna i PCT/SE2006/00118 och exempel på tredimensionella flödeskanaler âterfinns i WO 2004/045761.

Flödeskanalen kan vara t.ex. tubformad eller kan flödeskanalen utgöra ett flödesrum. Flödeskanalen enligt blandningselement såsom t.ex. statiska mixningselement som bildar kan denna utföringsfonn ha blandningszonerna, exempel på en sådan flödeskanal beskrivs t.ex. i PCT/SE 2006/001428 (SE 0502876-6).

Längs flödeskanalen kan provtagning ske, mellanprodukter kan tas ut och senare återföras till processflödet, temperaturen kan övervakas längs kanalen mm. Flödeskanalerna som t.ex. exemplifieras i PCT/SE2006/00118, PCTlSE2006/001428 och WO 2004/045761 kyls respektive värms av sektionerade värmeväxlarzoner, vilka kan vara sektionerade värmeväxlar plattor eller hela värmeväxlarplattor vilka är placerade vid Nu har det överraskande visat sig att genom att ändra strömningsriktlngen på reaktorplattoma eller flödesplattorna. värmevåxlarplattan eller utilityplattan med 90° kan ett flertal zoner skapas som korsströms till huvudströmningsriktningen delar in processflödet i zoner, dessa zoner kan vara differentierade temperaturzoner, alltså varje har sitt eget temperaturintervall. Genom att placera värmeväxlarzonerna i 90° i förhållande till huvudströmningsriktningen kan värmeväxlarfluiderna strömma korsströms, motströms eller medströms i ZOFI 10 15 20 25 30 530 902 förhållande till flödet i flödeskanalen eller flödesrummet. Hur strömningen kommer att ske beror delvis på storleksfördelningen på zonerna i förhållande till flödeskanalen värrneväxlarzoner delar eller flödesrummet. Dessa upp flödeskanalen, flödesmodulen eller plattreaktorn i sektioner vilka oberoende av varandra kan värmas respektive kylas. Föreliggande uppfinning tillhandahåller därför fördelar, som kan uppnås med de nya sektionerade värmeväxlarzonema, som innebär att temperaturen bättre kan regleras och kontrolleras varvid processutbyten och produktkvalitén kan förbättras. Med föreliggande uppfinning kan flexibiliteten ökas genom att olika sektioner av värmeväxlarplattan, flödesmodulen eller plattreaktorn kan nyttjas med olika värmeväxlar fluider, varvid det möjliggörs att öka det tillgängliga temperaturintervallet. Genom ökad flexibilitet kan vänne återvinnas mellan de olika sektionerade zonema, då t.ex. värmeväxlarfluiderna kan återcirkuleras för att t.ex. återvinna värme från en t.ex. kylande sektion eller tvärtom. Ett större tillgängligt temperaturintervall möjliggör att reaktionstider kan ändras, genom ökad processflödeshastighet mm.

Ovan nämnda och andra ändamål uppnås enligt uppfinningen genom att den inledningsvis beskrivna sektionerad värmeväxlarplatta, sektionerad flödesmodul eller sektionerad plattreaktor innefattande en eller flera värmeväxlarsektioner, en eller flera reglerventiler. vilka reglerventiler är anslutna till eller är nämnda reglerventiler anslutna till varje värmeväxlarsektions utlopp eller är nämnda reglerventiler anslutna till varje värmeväxlarsektions inlopp och utlopp, där varje värmeväxlarsektion är placerade i 90° vinkel i förhållande till en huvudflödesriktning för ett processflöde i åtminstone en flödesplatta eller förhållande till processflöde i nämnda sektionerade värmeväxlarplatta, ett processflöde i nämnda sektionerade flödesmodul eller i varje värmeväxlarsektions inlopp, en huvudflödesriktning för ett förhållande till en 10 15 20 25 30 EQÜ BÜQ huvudflödesriktning för ett processflöde i nämnda sektionerade plattreaktor.

Den sektionerade värmeväxlarplattan, kan staplas och förblndas med en likformig flödesplatta eller reaktorplatta varvid det bildas olika tempererade zoner hos flödeskanalen. De sektionerade värmeväxlarzonerna i flödesmodulen eller i plattreaktorn kan också dela in flödeskanalen eller reaktorkanalen i olika tempererade zoner genom att värmeväxlarplattor skiljer plattoma i flödesmodulen eller plattreaktorn så att hela plattor där flödeskanalen löper bildar en temperaturzon och en annan hel platta bildar en annan temperaturzon. För att skapa en reglering av flödet i värmeväxlarzonerna ansluts antingen inlopp eller utlopp till varje värmeväxlarzon till en ventil som reglera flödet genom varje värmeväxlarzon, detta innebär att varje zon har individuellt flöde vilket är reglerat med avseende på temperaturen och det värmeväxlarfluidum som används i respektive värmeväxlarzon.

För att styra flödet av värmeväxlar fluider eller temperaturen i zonen kan åtminstone en kontrollenhet vara ansluten till sensorenheter eller termoelement för t.ex. registrering av temperaturen i processflödet, och ventiler kan vara anslutna till kontrollenheten eller kontrollenheterna, vilka enheter styr varje ventil. Mätningen av temperaturen kan ske t.ex. med termoelement eller sensorer som t.ex. kemiska sensorer. Sensorema kan ge ett värde på temperaturen, men även andra storheter kan mätas eller registreras med hjälp av sensorer. Processen kan därmed följas och eller mätas, vilka mätvärden kan ligga till grund för stymingen av processen genom att reglera värmeväxlarfluidernas optimala påverkan. Dessa termoelement eller sensor kan vara anordnade till varje värmeväxlarsektions inlopp, varje värmeväxlarsektions utlopp, varje värmeväxlarsektions inlopp och utlopp, i en eller flera flödeskanaler i 10 15 20 25 30 536 SGE nämnda, flödesplatta, sektionerad flödesmodul eller nämnda sektionerad plattreaktor eller är termoelementen eller sensorerna anordnade på reglerventileras utloppsída, eller kombinationer därav.

Enligt en alternativ utföringsfonn av uppfinningen är ett termoelement eller en sensor anordnad vid flödeskanalens utlopp i varje platta eller sektion. lnforrnationen från termoelementet eller sensorn styr sedan den till flödeskanalen anslutna flödesventilen, som sedan reglerar flödet.

Regleringen av värmeväxlarflödet kan också ske med individuella reglerventiler, som t.ex. modulerande magnetventiler direktverkande termostatventiler eller kulsektorvridsspjällsventiler. Vid vissa reaktioner så fodras att regleringen ventiler, membranventiler, ventiler, av flödena sker snabbt, för att förhindra att en fördröjning av kylningen genom materialet påverkar reaktionsförloppet som t.ex. vid exoterma förlopp, detta för att förhindra skador etc., då kan det vara fördelaktigt att använda reglering med magnetstyrda ventiler. Wd endoterma reaktioner kan andra ventiler vara fördelaktiga då dessa reaktioner fodrar värme.

Ventilerna styrs av temperaturen som mäts antingen vid inloppet, utloppet, före ventilen, efter ventilen, eller mäts temperaturen vid flera ställen beroende på vilken typ av reaktion och vilka reaktionsbetingelser som råder vid det specifika kemiska förfarandet eller processen.

Resultatet av mätningen omvandlas till en mätsignai. Mätsignalen kan sedan registreras, moduleras, kontrolleras etc. för att styra de anslutna ventilerna. Mätsignalen kan omvandlas till en frekvenssignal som kan moduleras så att en frekvensmodulerad pulsreglering skapas. Denna frekvensmodulerade pulsreglering kan vara lämplig där termisk tröghet råder. Denna tröghet kan finnas i värmeväxlarenheten eller pà värmeväxlarmediets sida, eller både och, hos flödesmodulen eller plattreaktorn. Frekvensmodulerad pulsreglering möjliggör användning av 10 15 20 25 30 530' BÜQ ventiler av ”on-off” typ för modulerande reglering. Ventilerna kan vara reglerventiler vilka kan väljas ur gruppen av ventiler som består av modulerande ventiler, magnetventiler membranventiler, direktverkande ventiler, termostatventller och kulsektorvridsspjällsventiler.

Föreliggande uppfinning avser även ett förfarande för reglering av temperaturen i en flödesmodul eller plattreaktor, där flödesmodulen eller plattreaktorn innefattar en eller flera sektionerade värmeväxlarzoner, där förfarandet innefattar, registrering av temperaturen i processflödet med hjälp av termoelement eller sensorer som t.ex. kemiska sensorer, modulering av de registrerade signalerna från sensorerna eller termoelementen, samt styming av ventilerna anslutna till värmeväxlarfluiderna. Förfarande enligt uppfinningen kan även innefatta införsel av reaktanter till processflödet i åtminstone ett inlopp längsmed flödeskanalen, vilket processflöde löper korsströms, motströms eller medströms till värmeväxlarplattorna, registrering av temperaturen efter införseln av reaktanter. Förfarande enligt uppfinningen kan också innefatta att värmeväxlarsektionerna kan vara placerade i 90° vinkel i förhållande till en huvudflödesriktning för ett processflöde i åtminstone en flödesplatta eller förhållande till en huvudflödesriktning för ett processflöde i nämnda sektionerade flödesmodul eller i förhållande till en huvudflödesriktning för ett processflöde i nämnda sektionerade plattreaktor. Förfarande kan också innefatta registrering av temperaturen efter införseln av reaktanter. värmeväxlarfluiderna i de sektionerade Föredragna utföringsformer av föreliggande uppfinningen skall nu beskrivas närmare med hänvisning till bifogade schematiska ritningar, som endast visar de för förståelse av uppfinningen nödvändiga särdragen. 10 15 20 25 30 530 902 Kort b_eskrivninq av ritningarna.

Figur 1 visar en sektionerad värmeväxlarplatta enligt uppfinningen sedd från ovan.

Figur 2 visar en sektionerad flödesmodul eller plattreaktor sedd från sidan som visar en altemativ utföringsform enligt uppfin- ningen.

Figur 3 visar en pulserad reglering av temperaturen enligt föreliggande förfarande.

Figur 4 visar en ytterligare utföringsform av föreliggande uppfinning.

Figur 5 visar ett temperatur/tid diagram för utföringsformen visad i Figur 4.

Detaljgræ beskrivning av ritningarna. l Figur 1 visas en sektionerad värmeväxlarplatta enligt en utföringsform enligt föreliggande uppfinning. Figuren visar värmeväxlarplattan sedd från ovan och den är uppdelad i flera parallella sektioner. Strömningen i värmeväxlarplattan sker enligt denna utföringsforrn i 90° vinkel i förhållande till processflödets huvudflödet, här representerat av den stora grå pilen. I varje sektion kan vârmeväxlarfluiderna strömma korsströms, medströms eller motströms till strömmen i den flödeskanal, som finns på flödesplattan reaktorplattan, men det totala flödet eller processflödets huvudflöde strömmar korsströms. Till varje sektion 1 införs värmeväxlar fluider genom inloppen 2. Värmeväxlar fluidema har enligt denna utföringsform samma inloppstemperatur. För att differentiera inloppstemperaturen i de olika sektionerna så fordras att fluiderna tas från olika källor med olika temperatur detta framgår ej av Figur 1, men om det samlade inloppet 6 istället ersätts av de separata inloppen 2 och att dessa är separat anslutna till olika medier eller olika källor av värmeväxlar eller fluider som har olika temperatur, då kan en differentiering av inloppstemperaturen ske mellan de olika sektionema i den sektionerade 10 15 20 25 30 53Ü 902 värmeväxlarplattan. Ett annat sätt att differentiera temperaturen i de olika sektionerna är att reglera flödena i de olika sektionerna detta kan ske med hjälp av ventiler 5, vilka ventiler antingen kan placeras före inloppen 2 eller efter utloppen 3, i Figur 1 är ventilerna placerade efter utloppen 3.

Utloppen 3 kan vara anslutna till ett uppsamlingsrör 7, där värmeväxlar fluiderna samlas upp. Det är dock möjligt att låta utloppen 3 ledas till något inlopp för vidare värmeväxling t.ex. i en ytterligare värmeväxlarzon, där återstående värme kan tas tillvara.

Figur 2 visar en alternativ utföringsform enligt föreliggande uppfinning som visar en reaktor eller flödesmodul. Strömningen i värmeväxlarplattorn enligt denna utföringsform sker i 90° vinkel i förhållande till processflödets huvudflödet, här representerat av de två små svarta pilarna (in och ut) på vardera sidan av modulen eller reaktorn.

Denna figur visar en flödesmodul eller plattreaktor som mellan varje flödesplatta 8 eller reaktorplatta 8 har en eller flera värmeväxlarplattor 1, vilka antingen sektionerade eller Flödesmodulen eller plattreaktorn är sedd från sidan. Enligt denna utföringsform skiljs två värmeväxlarplattor 1 av en isolerplatta 9. Figur 2 kan var icke-sektionerade. visar också att ventilema 5 kan placeras antingen på inloppsidan eller på utloppsidan av de värmeväxlarplattoma. Enligt utföringsformen i Figur 2 så sektioneras värmeväxlarplattorna genom att till varje platta är åtminstone en ventil 5 ansluten för att reglera värmeväxlarmedlet.

Termoelement 10 kan vara anslutna antingen efter ventilen 5 efter utloppet för värmeväxlar mediet eller innan utloppet i värmeväxlaren eller kan termoelement 10 vara placerade både vid värmeväxlarens utlopp och på ventilens utlopps sida, endast placeringen av termoelementen 5 på ventilens utlopps sida visas i Figur 2. Temperaturen som registreras av terrnoelementen styr sedan ventilerna som reglerar flödet genom de enskilda värmeväxlarna varvid en i pulsreglering kan skapas, 10 15 20 25 30 530 HÜE pulsregleringen kan vara sådan att temperaturen varierar inom ett intervall eller kan pulsregleringen var sådan att en kontinuerligt jämn temperatur tillhandahålls.

Figur 3 visar ett temperatur/tid diagram för ett förfarande där temperaturen är reglerad. Regleringen av temperaturen sker genom att en måtsignal sänder information om att temperaturen vid mätstället har stigit eller sjunkigt från det förutbestämda, när en sådan signal behandlas skickas en signal till reglerventilen eller reglerventilerna varvid flödet regleras genom att ventilen antingen öppnas för ett större flöde eller stryps för ett mindre flöde. Eftersom kemiska reaktioner inte sker likformigt kommer flödet av värmeväxlarmedia att variera alltefter de mätningar som hela tiden sker för att skapa en så fördelaktig temperaturpåverkan på reaktionsflödet som möjligt.

Enligt utföringsformen i Figur 4 kan en reglercentral, betecknad RC i figuren, använda mätvärden från termoelement placerade både vid inlopp eller vid utlopp hos flödeskanalen av varje sektion S1, S2, S3 och S4, samt såväl inlopp som utlopp av värmeväxlarfluider från varje sektion. l figuren visas endast temperaturer mätta med termoelement, betecknade med T i figuren. Registreringen i reglercentralen kan även ske med hjälp av värden från sensorer, som direkt eller indirekt mäter processresultatet, d.v.s. delar av reaktionen eller sidoreaktioner som används för att styra processen. Regleringen kan enligt utförandeformen visad i Figur 4 också användas för att starta såväl som stoppa reaktioner i olika sektioner samt att styra reaktionema. Genom att kunna blanda varma och kalla värmeväxlarfluider, W respektive KV i figuren, kan man uppnå en flexibilitet i både reglerfunktion och apparatdesign. Denna flexibilitet möjliggör att man kan anpassa värmeväxlingen till olika processer, men också till den värmeväxlare, flödesmodul eller reaktor som används.

N 5352) 902 10 Figur 5 visar ett temperatur/tid diagram för ett förfarande enligt utföringsformen som visas i Figur 4, där ett flertal temperaturer är både mätta och reglerade. De mätta temperaturema kan vara processmediets in- och utloppstemperatur fràn en eller flera sektioner samt t.ex. inloppstemperatur på värmeväxlarfluiderna. Temperaturer på in- och utgående värmeväxlarfluider samt processmedia kan även regleras för att innefatta säkerhetsfunktíoner, t.ex. att förhindra att kokning sker på värmeväxlarsidan.

Claims (13)

10 15 20 25 536 902 11 Patentkrav'

1. Sektionerad värmeväxlarplatta ingående i en flödesmodul eller i en plattreaktor, innefattande inlopp och utlopp för en eller flera värmeväxlar fluider, termoelement där indelad i vänneväxlarsektioner, till varje värmeväxlarsektion är en reglerventíl ansluten till värmeväxlarsektiones utlopp för reglering av värmeväxlarfluiderna, och etl termoelement och/eller en sensor är ansluten till värrneväxlarsektiones inlopp, utlopp reglerventilen och/eller värmeväxlarplattan är SGHSOTGT, eller i processflödet, vilket tennoelement eller vilken sensor sänder signaler, vilka signaler styr reglerventilen vid värmeväxlarsektionens utlopp, och där varje värmeväxlarsektion är placerad i 90° vinkel i förhållande till en huvudflödesriktning för ett processflöde i en flödesplatta eller i en reaktorplatta, vilken flödesplatta eller vilken reaktorplatta har en serpentinformad flödeskanal.

2. Sektionerad värmeväxlarplatta enligt krav 1, där reglerventilerna väljs ur gruppen ventiler som består av modulerande ventiler, termostat- magnetventiler membranventiler, direktverkande ventiler, ventiler och kulsektorvridsspjällsventiler.

3. Sektionerad värmeväxlarplatta enligt krav 1 eller krav 2, där vafie värmeväxlarsektion är placerade så att värmeväxlarfluidema strömmar antingen korsströms, medströms, motströms, eller kombinationer av korsströms, medströms, eller motströms beroende 'av värme- växlarsektiones storlek, till ett processflöde i en serpentinformad flödeskanal, vilken flödeskanal finns pà/i en flödesplatta eller på/i en reaktorplatta. 10 15 20 25 30 EBÜ 902 12

4. Sektionerad värmeväxlarplatta enligt något av föregående krav, där reglerventiler är anslutna till ett eller flera inlopp på den sektionerade värmeväxlarplattan.

5. Sektionerad värmeväxlarplatta enligt något av föregående krav, där värmeväxlarsektionema har samma värmeväxlarfluid eller där värme- växlarsektionema har olika vänneväxlarfluider.

6. Sektionerad värmeväxlarplatta enligt något av föregående krav, där flödesmodulen eller plattreaktom även innefattar både flödesplattor och reaktorplattor.

7. Sektionerad flödesmodul eller sektionerad plattreaktor innefattande minst en sektionerad värmeväxlar platta enligt något av kraven 1 till 5, minst en flödesplatta och/eller minst en reaktorplatta, som staplas mellan sektionerade värmeväxlarplattor, eller som staplas mellan sektionerade värmeväxlarplattor och värmeväxlarplattor som inte ärsektionerade.

8. Sektionerad flödesmodul eller sektionerad plattreaktor innefattande flera värmeväxlar plattor, som har inlopp och utlopp för vârmevâklar fluider, å plattorna i termoelement och/eller sensorer, där vârmeväxlarplattorna utgör värme- växlarsektioner, till varje vàrmeväxlarsektion är en reglerventil ansluten till vidare innefattar värrneväxlar reglerventiler, värmeväxlarsektiones utlopp för reglering av värmeväxlarfluidema, och ett termoelement eller en sensor är ansluten till värmeväxlarsektiones inlopp, utlopp eller i processflödet, vilket termoelement eller vilken sensor sänder signaler, vilka signaler styr reglerventilen vid 'värmeväxlar- sektionens utlopp, och där varje värmeväxlarsektion är placerad i 90° vinkel i förhållande till en huvudflödesriktning för ett processflöde i minst en flödesplatta och/eller i förhållande till en huvudflödesriktning för ett 10 15 20 25 30 53113 902 13 processflöde i minst en reaktorplatta, vilka flödesplattor eller reaktorplattor har en serpentinformad flödeskanal för fluider.

9. Förfarande för reglering av temperaturen i en sektionerad - värmeväxlarplatta enligt något av kraven 1 till 6, där termoelement och/eller sensorer registrerar temperaturen hos värmeväxlarfluider vid värmeväxlarsektionens inlopp, utlopp- eller i processflödet varvid mätsignaler sänds från termoelementen eller sensorema, vilka mätsignaler moduleras och sedan styr flödet genom reglerventilema vid värmeväxlarsektionemas utlopp.

10. Förfarande för reglering av temperaturen i en sektionerad flödesmodul eller i en sektionerad plattreaktor enligt krav 7 eller krav 8, där termoelement och/eller sensorer registrerar temperaturen hos värmeväxlarfluider vid till värmeväxlarsektionens inlopp, utlopp eller i processflödet varvid mätsignaler sänds från termoelementen eller sensorerna, vilka mätsignaler moduleras och sedan styr flödet genom reglerventilema vid värmeväxlarsektionernas utlopp.

11. Förfarande enligt krav 9 eller krav 10, där införsel av reaktanter till '_ processflödet sker i åtminstone ett inlopp längsmed flödeskanalen, vilket processflöde löper korsströms, motströms eller värmeväxlarfluidema i de sektionerade värmeväxlarplattoma, samt registrering av temperaturen efter införseln av reaktanter. medströms till

12. Förfarande enligt något av kraven 9, 10, där värmeväxlarfluidema återcirkuleras till en annan värmeväxlarsektion för återvinning av värme från en kylande sektion eller för återvinning av kyla från en värmande sektion. eller 11, 53Ü 902 14

13. Förfarande enligt något av kraven 9, 10, 11, eller 12, där mätsignalerna omvandlas till en frekvenssignal som moduleras så att en frekvensmodulerad pulsreglering av reglerventilema sker så att ett pulserande flöde av fluider skapas. _