专利名称：连续加工反应器及其使用方法
技术领域：
本发明涉及加工反应器，特别地涉及能使被加工流体具有高的传热率、传质率、混合率和其它的高输送率的涟续加工反应器。
背景技术：
化学反应过程中常见的问题是如何在反应器中实现合适的流体力学，以高效地生产理想的产品。反应物需要被混合，使得反应组分的分子在反应中与包括催化剂在内的其它组分接触。气体反应物的存在可进一步需要增加气体和液体组分之间的交界面的表面区域，以提高反应效率。为了改善反应组分之间的混合和接触，薄膜反应器已经被设计成除了其它之外还在处理腔的内表面(即，处理表面)上包括催化剂涂层。此外，为了增强催化剂对处理腔的处理表面的粘附，可以对处理表面实施溶胶-凝胶技术或洗覆技术(washcoating)。然而， 随着时间的推移，涂层趋向于受到磨耗并且不可避免地失效。为了解决对于增加在组分之间的表面区域的需要，一些薄膜反应器已经被设计成包括旋转分配器，旋转分配器可用来将诸如流体之类的待处理的材料分配到内璧上。然而， 因为这些反应器结合有以下特性，即，高强度的热交换且待处理材料的停留时间短，所以这样的设计会导致当材料进入处理腔时，由于在处理腔和源之间的剧烈温差，材料快速地膨胀，从而引起材料不均勻地扩散在处理腔的内壁上。其它薄膜反应器已经设置有一个或更多个旋转刮擦器，所述旋转刮擦器可以被应用到处理腔的内璧，以将待处理的材料分布到内璧上(即，处理表面)。然而，刮擦器在处理表面上的直接接触会引起材料的污染以及在刮擦器和反应器内壁上的不良磨损。此外，由于必需定位刮擦器，所以沿着处理腔内壁的基本整个长度获得均勻的薄膜仍然是个问题。 在存在粘性流体的情况下，由于非均勻的流动，会导致材料的积聚。当上述情况发生并且积聚的材料接触刮擦器时，旋转系统会失去其机械平衡并且会影响旋转。薄膜反应器也已经设置有旋转盘，待加工的流体通过该旋转盘分布到处理腔的处理表面上。遗憾的是，这样的反应器未被设计成提供足够长的停留时间且不适合于高的生产量。此外，对于薄膜反应器的当前设计会使这些薄膜反应器缺乏提供高输送率的能力， 艮口，与待加工的流体有关的相对高的传热率、传质率、或混合率，或它们的组合。因此，存在对具有下述设计的薄膜反应器的需要其能够在处理表面上提供待处理的流体或材料的基本均勻的薄的分布、其能够提高反应组分之间的混合和/或接触、其能够提供足够长的停留时间、以及其能够提供相对高的输送率，同时提供高的生产量。
发明内容
根据本发明的一个实施方式，提供一种用于加工流体的反应器。反应器包括外容器，所述外容器具有内表面，被加工流体能靠着该内表面被容置。外容器的内表面在一个实施方式中可以被设计成允许被加工流体以基本均勻的薄膜形式下降，以致允许被加工流体具有相对高速率的传热、传质、混合、其它的输送率或它们的组合。外容器的内表面还可以设置有异形图案，以产生被加工流体可以在其上流过的另外的表面区域，以利于处理、力口工、分离或增加停留时间中的一个，或者它们的结合。反应器还包括内容器，该内容器位于外容器之内并具有用作用于被加工流体的热交换表面的外表面。在一个实施方式中，内容器包括内表面，热交换流体能够靠着该内表面流动。热交换流体通常具有与被加工流体不同的温度，以使得在内容器的外表面和外容器的内表面之间具有温差。反应器还包括环形空间，该环形空间限定在外容器和内容器之间，用于提供通道，可以沿着该通道实现流体的加工。环形空间在实施方式中可以被设计成保持外容器和内容器之间的温差，以使得被加工流体具有相对高的输送率。另外，环形空间可以容置第二流体，用于与被加工流体相互作用。在一个实施方式中，第二流体可以在环形空间内以相对于被加工流体的流动逆流的方式移动。在环形空间内还可以设置有填充材料的床层，以增加大量被加工流体可以接触的表面区域，以便提高被加工流体的输送率，并且提供在整个环形空间上的基本均勻的温度分布。在本发明的另一个实施方式中，提供一种用于加工流体的方法。该方法包括将被加工流体初始地引入到外容器内并使其靠着外容器的内表面。在该步骤中，被加工流体的基本均勻的薄膜流可以被设置成靠着外容器的内表面，以提高流体被处理、加工和/或分离能力，并且允许被加工流体具有相对高速率的传热、传质、混合或者它们的组合。在一个实施方式中，可以以旋转的方式来分配待加工的流体，从而产生基本上细小的微滴或纤维状部分到外容器的内表面上。该方法还包括在外容器内设置内容器，该内容器具有与被加工流体不同温度的热交换表面。在该步骤中，可以将被设置处于与被加工流体不同温度的热交换流体靠着内容器的内表面分布。可以以旋转的方式来分布热交换流体，从而产生基本上细小的微滴或纤维状部分到内容器的内表面上。该方法还包括保持外容器和内容器之间的整个通道上的温差，以使得其中的被加工流体具有相对高的输送率。该保持步骤在实施方式中包括将通道设置成在内容器的外表面和外容器的内表面之间具有相对短的距离。 另外，可以将第二流体引导到通道内并允许该第二流体与被加工流体相互作用。在一个实施方式中，可以允许第二流体以相对于被处理流体的流动逆流的方式移动。为了达到期望的程度，可以在通道内放置填充材料的床层，以增加被加工流体可以接触的表面区域，以便提高输送率。在这样的实施方式中，可以将大量的被处理流体引入到外容器内并且引入到通道内。本发明的反应器和加工方法可以用于多种应用，特别包括与有机系统有关的流体-流体或固体-流体-流体相互作用、蒸馏和蒸发、过热蒸汽去热、紫外线和/或微波引发的反应、脱盐以及去除二氧化碳。本发明的反应器还可以串联布置，以允许被加工流体多次通过反应器中的每一个反应器，以提高输送率。如果需要，系统中的每个反应器可被设计用于起不同的作用。可替代地，本发明的反应器可以包括在内容器内的第三容器，以提供在第三容器和内容器之间的另一环形空间，以致允许被处理流体多次通过这样的反应器。如果需要，可以进一步设置另外的容器，每个容器可逐次定位在前面的内容器的之内。
图1示出了根据本发明一个实施方式的具有用于提供流体-流体或固体-流体-流体反应的连续反应器的加工系统的纵向剖视图。图2示出了根据本发明一个实施方式的用于提供流体-流体或固体-流体-流体反应的另一连续反应器的纵向剖视图。图3示出了根据本发明一个实施方式的用于提供流体-流体或固体-流体-流体反应的又一连续反应器的纵向剖视图。图4示出了根据本发明一个实施方式的用于提供流体-流体或固体-流体-流体反应的另一连续反应器的纵向剖视图。图5示出了根据本发明一个实施方式的用于实现蒸发和/或蒸馏过程的连续反应器的纵向剖视图。图6示出了根据本发明一个实施方式的用于冷却过热蒸汽的连续反应器的纵向剖视图。图7示出了根据本发明一个实施方式的用于实现UV(紫外线)和/或微波引发的反应的连续反应器的纵向剖视图。图8和图9示出了本发明的反应器的另外的实施方式。
具体实施例方式根据本发明的一个实施方式，提供一种具有用于材料的连续加工的反应器的加工系统。反应器可以对被加工材料提供足够长的停留时间，以致提高反应组分之间的混合和 /或接触，并且可提供相对高的输送率，同时提供高的生产量。反应器通常包括外容器，所述外容器用于容置待加工材料(例如流体和/或固体)或与待加工材料一起使用的材料；内容器，所述内容器位于外容器之内以用作能量交换表面；以及环形空间，所述环形空间限定在内容器和外容器之间，并且沿着该环形空间可以提供温差，以产生相对高的输送率，同时提供与被加工材料有关的高的生产量。反应器现在参照图1，根据一个实施方式，本发明的加工系统除其它之外可设置有用于连续加工的反应器10。如所示出的，反应器10包括用于容置待加工流体的外容器11。在实施方式中，外容器11包括本体部分12，一或多种待加工流体可容置在该本体部分12内，并且如果需要可容纳与待加工流体一起使用的任何材料。在一个实施方式中，本体部分12可以为大致圆筒形并且可以包括顶端121和底端122。本体部分12还可以包括内表面123(即， 处理表面)和相反的外表面124，所述内表面123和外表面IM在本体部分12的顶端121 和底端122之间延伸。在实施方式中，内表面123可以被设计成使得被加工流体可以靠着内表面123或在其上安置。在一个实施方式中，可以允许被加工流体沿着内表面123的长度以基本均勻的薄膜形式在箭头125的方向上向下流动。在一个实施方式中，例如可以通过重力来帮助流体沿着内表面123基本均勻地流动。通过容许流体作为薄膜基本均勻地流动，流体可以很好地适于以相对高等级的能量效率进行处理、加工和/或分离，同时使流体具有相对高的输送率(即，传热率、传质率和/或混合率)。根据本发明的一个实施方式，提供在外容器11的内表面123上的薄膜流可以具有从大约1. 0微米至大约1. 0厘米范围内的厚度。然而，应当理解，取决于特定的应用，也可以考虑小于所提供的范围或大于所提供的范围的厚度，因为本发明的反应器10无意于以这种方式受到限制。由于外容器11可以被设计成使得被加工流体具有相对高的输送率，为了达到希望进一步提高传热率、传质率、混合率和/或其它有关的高的输送率的程度，内表面123可以被加工出轮廓以产生使被加工流体可在其上流过的另外的表面区域。特别地，通过提供流体可在其上流过的另外的表面区域，可增加能够发生传热，即，将热传递到流体或从流体传出热的时间段或停留时间。内表面123的异形图案还能有助于增加沿着内表面123流动的流体的表面张力，并且能够有助于保持液体沿着内表面123的非常薄且均勻的薄膜。用于内表面123的异形图案的示例包括沟槽。在实施方式中，该沟槽可以水平地、竖向地、以曲折图案或任何其它的设计来定位。虽然可以沿着内表面123设置沟槽，但可以设置其它的异形图案，例如凹痕、突出部、波浪形，只要该异形图案可有助于提高输送率即可。除了或代替将本体部分12的内表面123设置有异形图案之外，内表面123可包括涂层，以利于处理、加工和/或分离，同时使沿着内表面123流动的流体具有相对高的输送率。在实施方式中，涂层可具有本领域中已知的任何化学特性、物理特性、电学特性、磁化特性或其它种类的性能。应当理解，尽管已示出为圆筒形状，但取决于应用场合，外容器11的本体部分12 可设有任何形状或构型，例如三角形、正方形、六边形、八边形或处于任何理想长度和直径的任何其它几何构型。另外，本体部分12可以由任何固体材料制成，包括金属、金属合金、 塑料、玻璃、石英、陶瓷或可允许传热、保持在一定温度和/或允许根据需要改变温度的任何其它的固体材料。仍参照图1，反应器10的外容器12还可以包括底部部分13，该底部部分13除其它之外被设计成收集和移除已经经过加工并且沿着本体部分12的内表面123行进下来的流体。另外，底部部分13还可被设计用于将其它一或更多种流体引入到外容器11内，以便与被加工流体一起使用。在一个实施方式中，底部部分13可以与本体部分12形成为一体。 可替代地，底部部分13可被可释放地固定到本体部分12，以提供与其之间的基本液密的密封。为了提供基本液密的密封，本体部分12和底部部分13可以设置有互补接合的凸缘131， 所述互补接合的凸缘131可以通过使用螺钉、螺帽和螺栓或本领域中已知的任何其它机构来彼此紧固。可以在互补接合的凸缘131之间设置橡胶0形环或其它类似的密封件，以增强液密密封。当然，除以使用凸缘131以外，还可以利用其它的设计，只要可提供基本液密的密封即可。另外，为了达到理想的程度，可以将底部部分13能够枢转地紧固到本体部分 12。为了允许移除收集在底部部分13中的加工过的流体，在沿着底部部分13的位置处可以设置至少一个出口 132，使得能够充分实现所收集的流体的移除。在实施方式中，从底部部分13移除的流体可以收集在位于出口 132附近的收集盘(未示出)中或通过本领域中已知的任何其它装置收集。可替代地，为了将流体引入到外容器11内，可以在沿着底部部分13的任何位置处设置入口 133，流体可通过该入口 13被引入。在一些应用中，为了使对于可以通过底部部分13引入到反应器10内的其它流体的干扰减少到最小，可以邻近出口 132设置分隔器134，以致基本上防止沿着本体部分122的内表面123流动的流体流动通过出口 132并向下到可能存在其它流体的底部部分13内。如所示出的，底部部分13可以是抛物线形状。然而，应当理解，底部部分13可以是锥形、扁平的或设置有能够与本体部分12的底端122的几何轮廓互补的任何其它几何形状。由于底部部分13可用于容置一或更多种流体，所以底部部分13可以由与制成本体部分12的材料类似的任何固体材料制成，所述材料包括金属、金属合金、塑料、玻璃、石英、陶瓷或能够保持在一定温度和/或允许根据需要改变温度的任何其它固体材料。反应器10的外容器11还可包括顶部部分14，该顶部部分14用于将待加工流体保留在外容器11内。顶部部分14类似于底部部分13，其可以与本体部分12形成为一体。 可替代地，顶部部分14可以可释放地紧固到本体部分12，以提供与其之闻的基本液密的密封。为了提供基本液密的密封，本体部分12和顶部部分14可以设置有互补的接合凸缘141， 所述互补的接合凸缘141可以通过使用螺钉、螺帽和螺栓或本领域中已知的任何其它机构来彼此紧固。还可以在互补的接合凸缘141之间设置橡胶的0形环或其它类似的密封件， 以增强液密密封。当然，除了使用凸缘141之外还可以利用其它设计，只要可以提供基本液密的密封即可。另外，为了达到理想的程度，可以将顶部部分14能够枢转地紧固到本体部分12。在一个实施方式中，顶部部分14可设置有至少一个排出装置142，以允许移除已经与沿着本体部分12的内表面123流动的流体的加工一起使用过的任何流体，包括液体和气体。排出装置142还可用于释放在流体沿着内表面123的加工期间在加压外容器11中已经使用过的任何气体。如所示出的，顶部部分14可以是抛物线形状。然而，应当理解，顶部部分14可以是锥形、扁平的或设置有可以与本体部分12的顶端121的几何轮廓互补的任何其它几何形状。此外，因为顶部部分14可能需要承受高压，所以理想的是使用与制造本体部分12的材料类似的任何固体材料来制造顶部部分14，所述材料包括金属、金属合金、 塑料、玻璃、石英、陶瓷或可以保持在一定温度和/或允许根据需要改变温度的任何其它固体材料。应当注意，尽管被称为排出装置、入口或出口，但这些开口或孔可用于将流体引入外容器11内或从外容器11移除流体。仍参照图1，除了外容器11之外，反应器10可进一步包括位于外容器内的内容器 15，该内容器15被设计成提供用于沿外容器11的内表面(即，处理表面)123流动的流体的热交换表面。在实施方式中，内容器15可以为基本圆筒形并且可以同心地定位在外容器 11内，使得内容器15和外容器11可以彼此基本上轴向对齐。另外，内容器15可以设置有相对于外容器11的直径明显更小的直径，使得可以在内容器15和外容器11之间限定出环形空间16，以提供通道，沿着该通道可以实现流体沿着外容器11的内表面123的加工。在实施方式中，内容器15和外容器11的尺寸和直径或者一个容器相对于另一容器的相对比率可改变并且可取决于特定的应用来确定。为了将内容器15支承在外容器11内的其位置处，内容器15可以定位在支架或支腿151上。由于支腿151可定位在外容器11的可能需要始终保持流体流的底部部分13内，所以支腿151可以是多孔的，以致允许流体流动成通过孑L前进。如所示出的，内容器15可包括本体部分17，本体部分17被设计成用作反应器10 内的热交换表面。特别地，内容器本体部分17可包括外表面171和内表面172，热交换流体可以沿着该内表面172在箭头173的方向上流动。在一个实施方式中，可以将沿着内容器15的内表面172流动的热交换流体设定成相对于沿着外容器12的内表面123流动的被加工流体处于不同的温度。通过对热交换流体提供不同的温度，可以在外容器11的内表面 123和内容器15的外表面171之间的整个环形空间16内产生温差，以利于在沿着外容器 12的内表面123流动的流体的处理、加工和/或分离期间具有相对高的输送率。热交换流体的示例包括水、油、乙二醇混合物、Dow ThermTM或能够执行热交换的任何流体。在一个实施方式中，内容器15的内表面172类似于外容器的内表面123，其可被设计成使得热交换流体可被允许以基本均勻的薄膜的形式沿着内表面172的长度向下流动。 在实施方式中，可以例如通过重力来帮助热交换流体沿着内表面172的基本均勻的流动。 根据本发明的一个实施方式，提供在内容器15的内表面172上的薄膜流可具有从大约1. O 微米至大约1.0厘米的范围内的厚度。然而，应当注意，取决于特定的应用，还可以考虑小于所提供的范围或大于所提供的范围的厚度，因为本发明的内容器15无意于这种方式受到限制。为了有助于增加相对表面张力以保持沿着内容器15的内表面172的非常薄且均勻的流体薄膜，内表面172可以设置有类似于沿着外容器11的内表面123所设置的异形图案的异形图案(未示出)。用于内容器15的内表面172的异形图案的示例包括沟槽。在实施方式中，该沟槽可以水平地、竖向地、以曲折图案或任何其它的设计来定位。虽然沿内表面172可设置沟槽，但是也可设置其它异形图案，例如，凹痕、突出部、波浪形，只要该异形图案能有助于提高薄膜流的均勻性即可。应当理解，尽管所示出的为圆筒形，但取决于应用场合，内容器15的本体部分17 也可设置有任何形状或构型，例如三角形、正方形、六边形、八边形或处于任意理想长度和直径的任何其它几何构型。另外，本体部分17可以由任何固体材料制成，包括金属、金属合金、塑料、玻璃、石英、陶瓷或可允许传热、保持在一定温度的和/或允许按照需要改变温度的任何其它固体材料，以在整个外容器11的内表面123和内容器15的外表面171之间产牛ο反应器10的内容器15还可包括底端18，该底端18用于收集和移除可能已经沿本体部分17的内表面172行进下来的热交换流体。在一个实施方式中，该底端18可以与本体部分17形成为一体，以提供对本体部分17的基本液密的密封。为了允许从底端18移除收集到的流体，可以设置离开端口 181。在实施方式中，离开端口 181可与外容器11的底部部分13流体连通，使得热交换流体可离开内容器15进入外容器11的底部部分13内，在该部分，热交换流体可随后通过出口 182被移除。如所示出，底端18可以是锥形。然而，应该理解，底端18可以为抛物线形、扁平的或可设置成任何其它的几何形状，只要该形状可以将热交换流体引导到离开端口 181即可。反应器10的内容器15可进一步包括顶端19，所述顶端19用于将热交换流体保留在内容器15中。在实施方式中，该顶端19可与本体部分177形成为一体，以致提供对本体部分17的基本液密的密封。类似于底端18，内容器15的顶端19可以为锥形。然而，应当理解，顶端19可以是抛物线形、扁平的或被设置成任何其它的几何形状，只要该形状可作用成将热交换流体保留在内容器15内即可。在本发明的一个实施方式中，内容器15的顶端19和底端18可以由与提供用于内容器的本体部分17的材料类似的任何固体材料制成。这样的材料的示例包括金属、金属合金、塑料、玻璃、石英、陶瓷或可允许传热、保持在一定温度和/或允许根据需要改变温度的任何其它固体材料。如上所述，可以在外容器11的内表面123和内容器15的外表面171之间设置环形空间16，以致保持二者之间的温差，以利于处理、加工和/或分离，同时使沿内表面123流动的流体具有相对高的输送率。在本发明的一个实施方式中，由于环形空间16提供通道， 沿着该通道可以实现流体沿着外容器11的内表面123的加工，所以环形空间16可设置有允许至少一种第二流体(即，气体或液体)进入环形空间16内用于接触下降的正被加工的流体或作用在下降的正被加工的流体上的设计。在一个实施方式中，第二流体可允许在环形空间16内以相对于沿箭头125的方向下降的正被加工的流体逆流的方式沿箭头161的方向向上移动(即，上升流动)。通过在上升的第二流体和下降的正被加工的流体之间形成逆流流动，可以在相对大的表面区域上增加在第二流体和正被加工的流体之间的交界面处的接触点，以使得具有相对高的输送率。此外，可以通过将外容器11的内表面123和内容器15的外表面171中的一个或两者设置有异形图案来显著地增加环形空间16内的下降流体和上升流体之间能发生接触的停留时间或时间段。可以使用诸如内容器15的外表面171上所示的图案174之类的异形图案。可替代地，可以使用其它异形图案，如沟槽、凹痕、突出部、波浪形之类。此外，这些图案中的每一种图案可以水平地、竖向地、以曲折图案或以上述任何其它设计来定位。为了说明的目的，如图所示的异形图案174可以实现在外容器11的内表面123和内容器15的内表面172中的每一个上。通过提高在环形空间16内加工的停留时间，在实施方式中，该加工可以具有比其它情形相对高的能量和加工效率。根据本发明的一个实施方式，环形空间16可设有从大约0. 2cm到大约2cm范围内的宽度。然而，应当理解，可以使用具有任何尺寸宽度的环形空间。由于横跨环形空闻16 的距离相对短，所以在环形空间16内产生的温差或温度梯度也可导致相对高的能量效率和加工效率。此外，由于反应器10的设计，环形空间16可保持在与某些应用相关的真空状态下，用于实现反应动力学。应当理解，由于可以将第二流体引导到环形空间16内，所以邻近出口 132定位的分隔器134的尺寸和设计可允许分隔器134延伸到环形空间16内，但不与内容器15接触。以此方式，分隔器134的存在避免了对第二流体进入环形空间16内造成影响，同时还保持足够的长度以引导流体从外容器11的内表面123通过出口 132。为了进一步提高沿着外容器11的内表面123的被加工流体的输送率，可以围绕外容器11的本体部分12周向地设置诸如热泵护套111之类的能量源，以作为用于加热或冷却沿着内表面123流动的流体的源。例如，如果环形空间16内的上升的第二流体和下降的正被加工的流体之间的相互作用导致下降流体在温度方面明显的变化，则护套111可用于适当地向上或向下调节下降流体的温度，直至获得理想的温度为止。在一个实施方式中，护套111可以是任何商业上可获得的热泵，并且可以包括电感性、电阻性或传导性元件。护套132可还包括用于提高热力性能的另外的部件。可替代地，代替热泵，护套111可以被设计成容许处于相对高的温度或相对较冷的温度的流体行进通过其中，以用作用于加热或冷却沿着外容器11的内表面123流动的流体的源。为此， 护套111可包括端口 112以允许气体、液体、固体或流体进入或离开护套111。在实施方式中，护套111可以由金属、金属合金、塑料、玻璃、石英、陶瓷或可以保持并具有热或冷的温度的任何其它材料制成。
本发明的反应器10的一个优点是能够提供沿着外容器11的内表面123的基本均勻的薄膜，用于加工。为此，根据一个实施方式，反应器10使用了流体分配系统101，如在图 1中所示。在实施方式中，分配系统101可包括通道102，该通道102被设计成将被加工流体从源(未示出)引入到外容器11的内部。分配系统101还可包括第一可旋转构件103， 诸如盘，该第一可旋转构件103与通道102处于流体连通，使得需要时可以将来自通道102 的流体连续地引导到第一可旋转构件103并且随后通过该第一可旋转构件103分配到外容器11的内表面123上。应当理解，在实施方式中，构件103可被以下述方式设计，S卩，使得该构件的旋转具有离心作用，以致引起从通道102接收到的流体被向外朝向构件103的外围(即，边缘) 引导。构件103的旋转可进一步引起在构件103外围的流体连续地脱离构件103成为基本上细小的微滴或纤维状部分并且到外容器11的内表面123上。将基本上细小的微滴或纤维状部分连续地提供到内表面123上容许在被加工的流体沿内表面123下降时形成基本均勻的薄膜。在图1中所示的实施方式中，构件103可以定位在细长形的管104的顶上、位于外容器11内且相对于通道102间隔开。如所示出的，细长形的管104可延伸穿过外容器11 的底部部分13进入内容器15内并穿过内容器15的顶端19延伸出来，使得该细长形的管 104与通道102基本上轴向对齐。在实施方式中，管14可以同心地定位在出口 182内，来自内容器15的流体可以通过该出口 182离开。分配系统101还可包括第二可旋转构件105，该第二可旋转构件105与管104处于流体连通并位于内容器15内。在实施方式中，第二可旋转构件105可用于将热交换流体的基本均勻的薄膜分配到内容器15的内表面172上。如所示出的，第二构件105可以被穿孔使得沿着管104引导的流体可以从第二构件105分配。类似于第一可旋转构件103，第二可旋转构件105也可以下述方式设计，即，使得第二可旋转构件的旋转具有离心作用，以致引起从管104接收的流体被朝向构件105的外围(即，边缘)向外引导。第二构件105的旋转可进一步引起位于其外围处的流体被连续地分配通过第二构件的穿孔，成为基本上细小的微滴或纤维状部分并到内容器15的内表面172上。基本上细小的微滴或纤维状部分到内表面172上的连续提供容许在被加工流体沿着内表面172下降时形成基本均勻的薄膜。分配系统101可进一步包括马达(未示出)，该马达被设计用于致动管104例如在箭头106所示的方向上的旋转以及因此的构件103和105的旋转。在实施方式中，该马达可以被联接到管104的与构件103定位的一端相反的端部并且可被设计成以足够的速率旋转。在一个实施方式中，可以控制马达的旋转速率，使得旋转速率可根据需要而改变。例如，当流体的流动速率已经改变时可改变该旋转速率，以确保薄膜的均勻分布。尽管第一可旋转构件103被示出为相对于通道102间隔开，但如在图2中所示，第一可旋转构件103在分配系统101中的位置可以被设计成使得可旋转构件103可与通道 102充分接触并与通道102处于流体连通。在图2中所示的实施方式中，通道102可以是管104的延伸并且可保持与管104基本上轴向对齐。换言之，可以延长管104，使得其可从内容器15的顶端19继续延伸出来并穿过外容器11的顶部部分14。另一方面，第一可旋转构件103可以包括在其外围附近的开口(未示出)，使得引导到可旋转构件103内的流体可以通过开口从构件103内分配并且到外容器11的内表面123上。马达(未示出)可以被联接到管104的从外容器11的顶部部分14延伸出来的端部，并且可致动管104在箭头20 的方向上的旋转。当然，为了达到理想的程度，马达可以替代性地联接到管104的靠近外容器11的底部部分13的相反端部。如在图2中所示，第一可旋转构件103可以为中空盘、中空管或任何其它设计，只要其是可旋转的并在其外围附近能够设置有用于分配目的的开口即可。然而，应当理解，如在图3中所示，可旋转构件103还可设置有类似于第二可旋转构件105的设计。具体地，可旋转构件103可设置有多个穿孔，以使得沿管104的通道102引导的流体可进入可旋转构件103内并从该可旋转构件分配出去。现在参照图4，对于某些应用，反应器10的环形空间16不容置流体的薄膜而是可以填充有大量的被加工的流体。在这一实施方式中，本申请的连续反应器10可在环形空间 16内设有填充材料40的床层。填充材料40的床层可用于增加大量的被加工流体可接触在其上的表面区域，以提高输送率。在实施方式中，填充材料40可包括网眼状材料、珠状材料(bead)、整料或可提供被加工的流体必须行进通过的相当曲折的通道的任何其它材料， 以致增加被加工流体的停留时间或时间段。在这一实施方式中，反应可以涉及在存在被加工流体的情况下将逆流气体引入到环形空间16内。通过该引入，逆流气体可以在大量流体中产生气泡并且可以被向上引导通过填充材料40的床层。另外，填充材料40和填充材料 40的床层内的曲折通道的存在可用于将每个气泡接合或分成多个更小的气泡。以此方式， 可以在多很多的气泡上产生表面区域的增加，以便与被加工流体进行反应。在实施方式中， 在产生较小气泡的时候，填充材料40的床层可用于将气泡基本均勻地分布在环形空间16 中的大量流体内。为了达到理想的程度，填充材料40可以被涂覆一层催化剂以利于处理、加工和/ 或分离，同时进一步增强流过环形空间16的流体具有相对高的输送率。在一个实施方式中，取决于特定的应用，可以例如通过护套111经由外容器11的内表面123、和/或通过热交换流体经由内容器15的外表面171来加热或冷却填充材料40。此外，当加热或冷却时， 填充材料在环形空间16内的存在可在整个环形空间16上提供基本均勻的温度分布。操作在操作中，再次参照图1，被加工流体通常可通过通道102被连续地引入到反应器 10的外容器11内。被加工流体可接着被引导到第一可旋转构件103上或第一可旋转构件 103内，在此，作为由于构件103的旋转引起的离心力的结果，流体可被朝向构件103的外围(即，边缘)向外引导。构件103的旋转进一步引起在外围处的流体从构件103被连续地分配成基本上细小的微滴或纤维状部分并到外容器11的内表面123上。基本上细小的微滴或纤维状部分到内表面123上的连续提供容许当被加工流体沿着内表面123下降时形成基本均勻的薄膜。大约在通过通道102引入被加工流体时，可以通过管104将处于与被加工流体不同温度的热交换流体基本连续地引入内容器15。该热交换流体随后可被引导到第二可旋转构件105内，在此处同样，作为通过旋转构件105产生的离心力的结果，热交换流体变得被朝向构件105外围引导。此后，与第一可旋转构件103 —样，热交换流体可以被连续地分配成基本上细小的微滴或纤维状部分并到内容器15的内表面172上，以容许基本均勻的薄膜沿着内表面172流动。在某些应用中，例如在气体-液体反应中，逆流流体(即，气体)可以通过外容器 11的底部部分13上的入口 133引入到环形空间16内。该流体可沿着内容器15的外表面 171被向上引导到环形空间16内并且容许与沿着外容器11的内表面123移动的下降的待加工流体(即，液体)相互作用。逆流流体沿着环形空间16的存在可增加下降流体的反应、 处理、加工或分离效率。在效率方面的这一提高可以是与下降流体接触的接触点增加和/ 或在下降流体和上升的逆流流体之间的交界面处的表面区域增加的结果。在这些应用中， 基于下降流体和上升的逆流流体之间的连续相互作用所得到的反应会影响或改变每种流体的温度(例如放热反应)。为此，可以通过沿着内容器15的内表面172移动的热交换流体来控制沿着内容器15的外表面171的逆流流体的温度，同时如果需要可以通过护套111 来控制下降的被加工流体的温度。一旦当下降的已加工流体沿着外容器11的内表面123流动到达底部部分13时， 该流体就可被引导到出口 132并从反应器10中移除。类似地，下降的热交换流体一旦已到达内容器15的底端18，其就可被引导通过离开端口 181并通过出口 182从反应器10中移除。作为本发明的反应器10的设计结果，反应器10除了提供被加工流体的基本均勻的薄膜流、表面区域的增加以及停留时间或用于被加工流体和逆流流体之间相互作用的时间的增加的能力、以及使热交换流体和被加工薄膜流体之间存在温差以在整个窄的环形空间16上产生热梯度之外，本发明的反应器10还能够提高被加工流体的处理、加工和/或分离，并且同时使这一流体具有相对高的输送率，例如传热率、传质率和/或混合率。此外，由于在相当大的表面区域上连续地提供基本均勻的流体薄膜的能力，本发明的反应器10可提供所涉及的一或多种流体的非常高的生产量的加工。示例1 流体-流体或固体-流体-流体反应如在图1、2、3和5所图示的实施方式中所示，本发明的反应器10可以应用于与有机系统相关的流体-流体或固体-流体-流体反应。应当理解，此处使用的并贯穿本申请的术语“流体”包括气体和液体。因此，反应器10可以应用于例如气体-液体反应、液体-液体反应、固体-气体-液体反应或任何其它的组合。在一个实施方式中，在图1、2和3中所示出的反应器10特别应用于使用高压和高温的有机系统，例如，特别是氢化、氧化、聚合、脱烃、烷化、甲基化、羧化、脱羧和费托合成 (Fisher-Tropps)。本申请还可有益于例如由煤泥生产有机产品或使用天然气、甲醇或其它有机液体或气体混合物作为原料生产二甲醚(DME)。本申请还可应用于使用酯基转移工艺和酯化工艺生来用于柴油机的生物柴油和具有低游离脂肪酸的原料。在图1至图3中，在液体-气体反应中，待加工液体可以初始地通过通道102被连续地引入并到第一可旋转构件103上。液体可以包括水、溶剂、化学制品、消毒剂、油、盐水、 甲醇、乙醇、液态催化剂、浆状催化剂或任何其它类型的流体。一旦液体到可旋转构件103 上，来自旋转构件103的离心力就作用以将液体作为基本上细小的微滴或纤维状部分连续地分配到外容器11的内表面123上，由此以致在内表面123上产生连续的基本均勻的流体薄膜。大约在通过通道102引入待加工的液体时，可以通过外容器11上的入口 133将逆流气体引入到环形空间16内。该气体可沿着内容器15的外表面171被向上引导到环形空间16内并且被容许与沿着外容器11的内表面123移动的下降液体相互作用。这样的气体的示例可包括氢气、氧气、空气、合成气体、CO2、氮气或任何其它活性或非活性气体。在该液体-气体反应中，在某些情况下会发生放热反应。为此，可以通过护套111 来控制下降液体的温度以使下降液体保持在理想的温度。至于上升的逆流气体，为了控制其温度，可以通过管104将处于与下降流体的温度不同温度的热交换流体基本连续地引入到内容器15。该热交换流体可以随后被引导到第二可旋转构件105内，在此处作为由旋转构件105所产生的离心力的结果，热交换流体变得被连续地分散成基本上细小的微滴或纤维状部分并到内容器15的内表面172上，以沿着内表面172产生连续的基本均勻的薄膜。一旦在下降的已加工液体沿着外容器11的内表面123流动时到达底部部分13， 该液体就可被引导到出口 132并从反应器10中移除。类似地，下降的热交换流体一旦已到达内容器15的底端18，其就可被引导通过离开端口 181并通过出口 182从反应器10中移除。至于上升的逆流气体，其可通过排出装置142移除。为了达到理想的程度，可以设置冷凝器用于冷凝该移除的逆流气体，以便高效的收集。此外，如果适合，可以将沿着环形空间 16的反应保持在真空下，以便实现反应动力学。在另一个实施方式中，如图4中所示的，反应器10可以用于固体-流体-流体反应并且可以在环形空间16内包括填充材料40的床层。填充材料40的床层可以用于增加大量的下降的被加工流体能够接触到的表面区域从而进一步提高输送率。另外，填充材料 40可提供下降液体所需要通过的非常曲折的通道和/或增加下降液体能够被加工的时间段。为此，填充材料40可作用以进一步利于处理、加工和/或分离，同时使下降液体具有相对高的输送率。取决于具体应用，还可以例如通过护套11和/或通过内容器15内的热交换流体来加热或冷却填充材料40。在加热或冷却时，填充材料在环形空间16内的存在可提供在整个环形空间16上基本均勻的温度分布。示例2 蒸发和蒸傭如在图5中所图示的实施方式中所示，本发明的反应器50可以用于蒸发和蒸馏过程。蒸发和蒸馏过程包括例如将水从油、乙醇、甲醇、甘油或其它化合物中去除。另外，这样的过程可以包括从重的有机物中去除轻的有机物，例如从重油中去除轻的低硫原油、从生物柴油和甘油混合物中去除甲醇、从甘油中去除甲醇以及从重油中去除轻的有机物。此外， 这样的过程可以包括从聚合物分散体中去除诸如乙酸乙酯之类的有机溶剂，或者在解聚处理期间去除有机溶剂或单体。这样的过程还可以用于水的脱盐、果汁的浓缩、诸如汤、牛奶之类的食物材料的浓缩、从地下水中去除轻的有机物、从处理过的水(即，工业废水)中去除溶解的有机物以及从液体中去除溶解的气体，例如从热胺溶液中去除二氧化碳、从水中去除硫化氢、浆体浓缩、以及一些其它应用。在用于从重的有机物中去除轻的有机物的应用中，可以例如通过护套111来加热外容器11的内表面123，同时可以通过沿着内容器15的内表面172流动的显著冷的流体来冷却内容器15的外表面171。另外，可以将在外容器11和内容器15之间的环形空间16 保持在真空下，以便实现反应动力学。在以上提供的条件下，在一个实施方式中，包含轻的有机物或者待蒸发或待蒸馏材料的液体可以通过通道102被引入并通过第一可旋转构件103分布到外容器11的受热内表面123上，并且沿着外容器11的受热内表面123均勻。当液体的薄膜沿受热内表面123向下下降时，可沿着内表面123产生蒸汽并且之后所述蒸汽与内容器15的相对较冷的外表面171接触。在与相对较冷的外表面171接触时，蒸汽会冷凝并相变成液体。然后该冷凝的液体可沿着内容器15的外表面171向下流动，由此其可以被收集到外容器11的底部部分13中。从蒸汽形式到液体形式的该相变可以在环形空间16内相当短的距离上发生，通常为在外容器11的内表面123和内容器15的外表面171之间的距离。该配置的一个益处在于，其提供用于将较轻的组分与较重的组分分离的高能效的方法。为了进一步增强与该特定的过程有关的能效或者节约能量，待加工液体还可被用作热交换流体。特别地，可以将相对冷的待加工液体经由管104引导到内容器15内并使液体沿着内表面172流动。当该液体沿着内表面172下降时，由沿着外容器11的内表面123 下降的被加工流体所产生的蒸汽可以接触到内容器15的外表面171。之后来自蒸汽的热能可被沿着内容器15的内表面172下降的相对冷的待加工液体吸收。沿着内表面172的现在具有升高温度的液体可以收集在内容器15的底端18处，并通过通道102和第一旋转构件103引导到外容器11的内表面123上。当该液体沿着内表面123下降时，其蒸汽再一次与内容器15的相对冷的外表面171接触，以致加热沿着内容器15的内表面172的流体。 一旦已经建立了该循环，可以关闭护套111以节能，而且此处所描述的过程可以以高能效的方式进行。对于可能已经朝向外容器11的顶部部分14行进的任何未冷凝的蒸汽，可以设置冷凝器来冷凝这些剩余的蒸汽。在实施方式中，冷凝器可位于外容器11的外部并与排出装置142处于流体连通，以接收被引导通过排出装置142的未冷凝的蒸汽。可替代地，冷凝器可位于外容器104内。在一个实施方式中，冷凝器可以是定位在排出装置142内的盘管51 形式。还应当注意，并非分布到外容器11的受热的内表面123上的所有液体都可被蒸发。为此，这样的液体可被允许沿着内表面123向下流动并且通过在外容器11的底部部分 13处的出口 132引导离开。如果需要，这样的液体可以往回再循环通过通道102用于再加工。可替代地，收集盘可定位在反应器50的下方以收集被从底部部分13的出口 132 移除的液体。对于已经沿着外表面171向下行进并且已经积聚在底部部分13中的冷凝液体，可以设置单独的收集盘以通过入口 133来收集这些流体。示例3 -MMmnm^在图6中所图示的实施方式中，本发明的反应器60可以用于有关过热蒸汽的冷却或蒸汽的过热后冷却。可以将外容器11的内表面123和内容器15的外表面171保持在相对于过热蒸汽明显的低的(即，更冷)的温度。为了将外容器11的内表面123保持在相对冷的温度，可以通过通道102引入相对冷的液体，并通过第一可旋转构件103将该液体分布到外容器11的内表面123上并使液体沿着外容器11的内表面123基本均勻。另外或可替代地，可以将护套111设置在预定的温度等级以使内表面123保持在这样的相对冷的温度。为了将内容器15的外表面171保持在类似的相对冷的温度，可以通过管104将相对冷的液体引入到内容器15内。该流体可随后被引导到第二可旋转构件105内并随后分配到内容器15的内表面172上且沿着内容器 15的内表面172基本均勻。
在上述提供的条件下，可以通过在外容器11的顶部部分14上的排出装置142将过热蒸汽注入外容器11内。在实施方式中，过热蒸汽可以被提供为从例如微尺度到纳尺度的范围内的水粒子的降落。然后蒸汽可被引导到环形空间16内，在环形空间16内蒸汽在一侧遇到外容器11的相对冷的内表面123，而在另一侧遇到内容器15的相对冷的外表面 171。另外，当过热蒸汽进入相对冷的环形空间16时，其受到正从第一旋转构件103分配出来的冷的流体的冲击。过热蒸汽与正从旋转构件103分配出来的相对冷的流体的相遇的作用是将过热蒸汽冷却向下到一定的等级。然后当蒸汽沿着环形空闻16移动时，其可被进一步冷却并冷凝成液体，用于收集。特别地，在一个实施方式中，当过热蒸汽行进到环形空间16内并且通过正在分配的相对冷的液体时，蒸汽可以将其热能(即，热)的一部分传递到分配的液体，并且会被分配的液体推到外容器104的内表面123上。在实施方式中，分配的液体可以用于包覆蒸汽微粒，即，原位包覆过程，并将蒸汽推到内表面123上。当蒸汽被推到外容器11的内表面123 上时，通过正沿着内表面123保持的相对冷的温度，蒸汽可以被再次冷却。另外，无论蒸汽将其热量传递给在环形空间中的还是沿着内表面123分配的液体，温度的增加都会引起液体的蒸发。当发生在环形空间16内时，蒸汽可以通过内容器15的相对冷的外表面171冷凝。与分配的流体、外容器11的内表面123和内容器15的外表面171的这种连续的相互作用可以起到快速地冷却过热蒸汽的作用。冷却的蒸汽然后会冷凝并沿着内容器15的外表面171和外容器11的内表面123朝向外容器11的底部部分13向下流动，冷凝的蒸汽可收集在外容器11的底部部分。应当理解，尽管可以利用上述同向流动来执行过热蒸汽的冷却，但是过热蒸汽的冷却还可以以逆流流动的设计来执行。即，蒸汽可以在与从第一旋转构件103分配的相对冷的流体逆流的方向被引入。示例4 :UV(紫外线)或微波引发的反应如在图7中所图示的实施方式中所示，本发明的反应器70可用于有关紫外线(UV) 引发的反应，例如光聚合、水处理或消毒或用于临床药物生产的有机反应。另外，反应器70 还可用于有关微波引发的反应。特别地，微波能可以用作用于提供热量的源和用作用于有机反应的刺激剂，特别是用于那些涉及煤泥、液体有机物、制药的有机反应和用于将锯屑和其它木材产品转换成纤维素的有机反应。微波能还可用于水的高能效蒸发、脱盐工艺、二氧化碳捕获和分离目的。需要指出，来自于例如微波或UV波的能可用于破坏流体中的病原体和细菌。其它的能量源也可行，因而本发明无意于以此方式受到限制。为了在利用微波来对水进行脱盐和处理中使用，可以以关于图1所描述的方式基本相同的方式来设置反应器70。在实施方式中，可以通过通道102引入含盐液体并且通过第一可旋转构件103将含盐液体分布到外容器11的受热的内表面123上并且沿着该内表面123均勻。大约同时，可以通过管104将相对冷的液体引入到内容器15内。该流体随后可被引导到第二可旋转构件105内并且随后被分布到内容器15的内表面172上并且沿着该内表面172基本均勻。当基本均勻的含盐液体的薄膜沿着容器11的内表面123行进时，可以启动定位在外容器11的本体部分2附近的能量源，例如微波发生装置71以发送微波辐射，使其通过本体部分12的壁来加热沿着容器11的内表面123流动的含盐流体。其引起含盐流体的薄膜蒸发。应当理解，当使用诸如微波发生器71的能量源时，能量需要作用到在外容器11中的正被加工的流体上，但不需要作用到在内容器15中的热交换流体上，外容器11的本体部分 12可以由允许这种能量从其通过的材料制成，而内容器15可由不允许这种能量透过的材料制成。产生的蒸汽然后可朝向内容器15的相对冷的外表面171行进穿过环形空间16。 当与相对冷的外表面171接触时，蒸汽可冷凝成液体并可沿着内容器15的外表面171向下行进。随后可从外容器11的底部部分13内收集冷凝的液体。在实施方式中，可以利用处于真空状态下的环形空间16来执行该过程。可替代地，可以在大气条件下或高于大气条件执行该过程。应当理解，并非所有的流体都通过微波辐射加热。同样地，沿着外容器11的内表面123流动的受热的流体可以通过在底部部分13上的出口 132收集并且通过通道102往回再循环到外容器11内。以此方式，在已经开始加工后，将不需要这么多的来自微波源71 的能量来加热被加工的含盐流体。因此，该设计可提供用于蒸馏的非常高能效的系统。在一些情况下，除了利用微波辐射外，还可以使用紫外线(UV)辐射来破坏被加工流体中可能存在的任何病原体或细菌。示例5 去除二氧化碳为了用于捕获和分离二氧化碳的目的，可以以与上述基本相同的方式来使用上述反应器中的任何一种，包括在图1、图2和图3中示出的那些反应器。在实施方式中，使用了能够吸收气态二氧化碳的液体(例如，胺溶液)，这种液体的池可暴露于包含气态二氧化碳的环境中，以将二氧化碳吸收到液体内从而从环境中移除二氧化碳。一旦二氧化碳已经饱和，液体将通过通道102被引入并通过第一可旋转构件103 分布到外容器11的受热的内表面123上并沿着该受热的内表面123均勻。大约同时，可以将能够吸收二氧化碳的上升的逆流气流引入到环形空间16内。当饱和的液体的基本均勻的薄膜沿着容器11的内表面123行进时，可以启动定位在外容器11的本体部分12附近的诸如微波或流体管的加热装置71，以加热沿着容器11的内表面123流动的饱和的流体。另一方面，可以使逆流气流保持相对冷的温度。为此，可以将相对冷的流体通过管104引入内容器15内。该流体可随后被引导到第二可旋转构件105 内并且随后分布到内容器15的内表面172上并且沿着内容器15的内表面172基本均勻。当上升的逆流气流接触受热的饱和的液体时，逆流气体可以与饱和的液体相互作用并从该液体中吸收二氧化碳。液体然后可继续沿着内表面123向下移动并且在外容器11 的底部部分13处通过出口 132被引导离开，在底部部分处液体可被收集或往回再循环到通道102内。至于现在用二氧化碳饱和的上升的逆流气流，其可通过外容器11的顶部部分14 上的排出装置142被移除。用二氧化碳饱和的气流可随后与其它液体或材料混合，以生产碳酸产品。示例 6在实施方式中，如图8中所示，类似于图1至图7中示出的反应器中的任何一种反应器80可串联地定位并且可被设计成彼此流体连通，使得可以以串联的方式连续地执行以上描述的应用中的任何一种应用，或容许流体多次通过相同或类似的反应器设计。应当注意，可以以串联的方式建立反应器的任何可能的组合，并且该串联可不被限定到任意最大数量的反应器。在又一实施方式中，如在图9中所示，代替提供串联的反应器，本发明的反应器10 可被设计成包括至少第三容器90，该第三容器90可设置在内容器15内，以提供在第三容器 90的外表面和内容器15的内表面172之间的第二环形空间91。在该设计中，沿着外容器 11和内容器15之间的环形空间16流动的流体和/或气体一旦到达环形空间16的外侧，就可被再引导到位于内容器15与内容器15内的第三容器90之间的环形空间91内。可以通过顶端19上的开口 92和内容器15的底端18上的开口 93来实现该再引导。该设计可容许被加工流体多次通过反应器10，以增强输送率。应当注意，第三容器内还可设置第四容器以提供第三环形空间。根据需要，该设计还可重复地设置另外的第五、第六容器或任何另外的容器。当然，如果期望多次通过，则可在图1至图7中的反应器中的任何一种反应器中的环形空间16捕获内的流体和/或气体往回再循环到环形空间16内，用于如需要的一样多次通过。尽管已参照本发明的一些实施方式描述了本发明，但本领域普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的真正精神和范围的情况下可以进行多种变化以及等同替换。另外，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行多种改型以适应特定的情形、指示、材料和物质组成、加工的一或多个步骤。所有这些改型意在落入所附权利要求的范围内。
权利要求
1.一种反应器，包括外容器，所述外容器具有内表面，被加工流体能够靠着所述内表面被容置；内容器，所述内容器位于所述外容器之内，并且具有用作用于所述被加工流体的热交换表面的外表面；以及环形空间，所述环形空间限定在所述外容器和所述内容器之间，用于提供通道，所述流体的加工能够沿着所述通道实现，所述环形空间被设计成保持所述外容器和所述内容器之间的温差，以使所述被加工流体具有相对高的输送率。
2.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述外容器的所述内表面被设计成容许所述被加工流体以基本均勻的薄膜的形式下降。
3.根据权利要求2所述的反应器，其中，以所述基本均勻的薄膜的形式允许使所述被加工流体充分地适于处理、加工和/或分离。
4.根据权利要求2所述的反应器，其中，所述基本均勻的薄膜允许所述被加工流体具有相对高速率的传热、传质、混合中的一个，或者它们的组合。
5.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述外容器的所述内表面能够设置有异形图案，以产生所述被加工流体能够在其上流过的另外的表面区域，以利于处理、加工、分离、增加在所述环形空间内的停留时间中的一个，或者它们的组合。
6.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述外容器的所述内表面能够覆盖有涂层，以利于所述被加工流体的处理、加工和/或分离。
7.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述外容器还包括底部部分，所述底部部分被设计成收集和移除已经从所述内表面下降的所述被加工流体。
8.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述内容器包括内表面，热交换流体能够沿着所述内容器的所述内表面流动。
9.根据权利要求8所述的反应器，其中，所述热交换流体具有与所述被加工流体的温度不同的温度，以使得在所述内容器的所述外表面和所述外容器的所述内表面之间存在温差。
10.根据权利要求8所述的反应器，其中，所述内容器的所述内表面能够设置有异形图案以增加表面张力，以获得并保持所述热交换流体的基本上薄且均勻的薄膜。
11.根据权利要求8所述的反应器，其中，所述内容器还包括底端，所述底端被设计成收集和移除已经从所述内表面下降的所述热交换流体。
12.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述环形空间被设计成允许第二流体被引导到所述环形空间内，用于与所述被加工流体相互作用。
13.根据权利要求12所述的反应器，其中，所述第二流体能够作用以在所述环形空间内在相对大的表面区域上增加所述第二流体和所述被加工流体之间的交界面处的接触点， 从而使所述被加工流体具有相对高的输送率。
14.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述环形空间被设计成允许第二流体以相对于所述被加工流体逆流的方式被引导到所述环形空间内，以与所述被加工流体相互作用。
15.根据权利要求1所述的反应器，其中，所述环形空间具有在所述外容器的所述内表面和所述内容器的所述外表面之间的相对短的距离，以使得所述被加工流体具有相对高的输送率。
16.根据权利要求1所述的反应器，还包括流体分配系统，所述流体分配系统用于允许所述被加工流体被引入到所述外容器的所述内表面和所述内容器的所述内表面上。
17.根据权利要求16所述的反应器，其中，所述流体分配系统包括在所述外容器内的旋转构件，用于从所述被加工流体生成基本上细小的微滴或纤维状部分，使得能够将所述被加工流体的基本均勻的薄膜提供到外部件的所述内表面上。
18.根据权利要求16所述的反应器，其中，所述流体分配系统包括在所述内容器内的旋转构件，用于从所述热交换流体生成基本上细小的微滴或纤维状部分，使得能够将所述热交换流体的基本均勻的薄膜提供到内部件的所述内表面上。
19.根据权利要求1所述的反应器，还包括能量源，所述能量源设置在所述外容器附近，以用作用于对沿着所述外容器的所述内表面的所述被加工流体进行加热或冷却的源。
20.根据权利要求1所述的反应器，还包括在所述环形空间内的填充材料的床层，以增加大量的所述被加工流体能够接触的表面区域，以提高所述被加工流体的输送率。
21.根据权利要求20所述的反应器，其中，所述填充材料的所述床层能够提供在整个所述环形空间上的基本均勻的温度分布。
22.根据权利要求1所述的反应器，还包括位于所述内容器内的第三容器，以提供在所述第三容器和所述内容器之间的另一环形空间，从而允许所述被加工流体多次通过所述反应器，以提高输送率。
23.一种用于加工流体的系统，其中，多个根据权利要求1所述的反应器串联连接，以允许所述被加工流体多次通过所述反应器，以提高输送率。
24.根据权利要求23所述的系统，其中，每一个反应器被设计成以不同的方式加工所述被加工流体。
25.一种用于加工流体的方法，所述方法包括将被加工流体引入外容器内并且使所述被加工流体靠着所述外容器的内表面；在所述外容器内设置内容器，所述内容器具有热交换表面，所述热交换表面处于与所述被加工流体的温度不同的温度；以及保持在所述外容器和所述内容器之间的通道上的温差，以使位于所述通道中的所述被加工流体具有相对高的输送率。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述引入步骤包括靠着所述外容器的所述内表面产生所述被加工流体的基本均勻的薄膜流。
27.根据权利要求沈所述的方法，其中，在所述产生步骤中，所述基本均勻的薄膜流增强了处理、加工和/或分离所述流体的能力。
28.根据权利要求沈所述的方法，其中，所述产生步骤包括允许所述被加工流体具有相对高速率的传热、传质、混合或它们的组合。
29.根据权利要求沈所述的方法，其中，所述产生步骤包括在所述外容器内旋转地分配所述被加工流体的基本上细小的微滴或纤维状部分。
30.根据权利要求25所述的方法，其中，所述引入步骤包括使所述外容器的所述内表面具有异形图案，以产生所述被加工流体能够在其上流过的另外的表面区域，以利于处理、 加工、分离、增加所述被加工流体在所述通道中的停留时间中的一个，或者它们的组合。
31.根据权利要求25所述的方法，其中，所述引入步骤包括涂敷所述外容器的所述内表面，以利于所述被加工流体的处理、加工和/或分离。
32.根据权利要求25所述的方法，其中，所述设置步骤包括靠着所述内容器的内表面分布与所述被加工流体的温度不同温度的热交换流体。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，所述分布步骤包括在所述内容器的所述外表面和所述外容器的所述内表面之间产生温差。
34.根据权利要求四所述的方法，其中，所述分布步骤包括在所述内容器内旋转地分配所述热交换流体的基本上细小的微滴或纤维状部分。
35.根据权利要求25所述的方法，其中，所述设置步骤包括为所述内容器的所述内表面设置异形图案，以增加表面张力，从而获得和保特所述热交换流体的非常薄且均勻的薄膜。
36.根据权利要求25所述的方法，还包括将第二流体引导到在所述外容器和所述内容器之间的通道内，以允许与所述被加工流体的相互作用。
37.根据权利要求36所述的方法，其中，所述引导步骤包括在所述通道内在相对大的表面区域上增加所述第二流体和所述被加工流体之间的交界面处的接触点，以使得所述被加工流体具有相对高的输送率。
38.根据权利要求36所述的方法，其中，所述引导步骤包括允许所述第二流体在所述通道内以相对于所述被加工流体逆流的方式移动。
39.根据权利要求25所述的方法，其中，所述保持步骤包括使所述通道具有在所述内容器的所述外表面和所述外容器的所述内表面之间的相对短的距离，以使得所述被加工流体具有相对高的输送率。
40.根据权利要求25所述的方法，还包括加热或冷却沿着所述外容器的所述内表面的所述被加工流体。
41.根据权利要求25所述的方法，还包括在所述外容器和所述内容器之闻的所述通道内放置填充材料的床层，以增加所述被加工流体能够接触的表面区域，从而提高所述被加工流体的输送率。
42.根据权利要求41所述的方法，其中，在所述放置步骤中，大量的所述被加工流体被引入到所述外容器内。
43.根据权利要求41所述的方法，其中，所述放置的步骤包括利用所述填充材料的床层来提供在所述外容器和所述内容器之间的整个所述通道上的基本均勻的温度分布。
44.根据权利要求25所述的方法，其中，所述被加工流体用在与有机系统有关的流体-流体反应中。
45.根据权利要求25所述的方法，其中，所述被加工流体用在蒸馏或蒸发过程中。
46.根据权利要求25所述的方法，其中，所述被加工流体是被去热或被冷却的过热蒸汽。
47.根据权利要求25所述的方法，其中，所述被加工流体用在紫外线和/或微波引发的反应中。
48.根据权利要求25所述的方法，其中，所述被加工流体用在脱盐过程中。
49.根据权利要求25所述的方法，其中，所述被加工流体被用二氧化碳饱和并且用在二氧化碳去除处理中。
全文摘要
本申请提供一种具有用于连续加工流体的反应器的系统。该反应器总体上包括外容器，用于容置待加工流体或与待加工流体一起使用的流体；内容器，位于外容器内以用作能量交换表面；以及环形空间，其限定在外容器和内容器之间，可以沿着该环形空间实现流体的加工。连续薄膜反应器可用于执行例如蒸馏和蒸发、流体-流体或固体-流体-流体反应、有机反应、冷却以及脱盐。
文档编号B01J19/00GK102470336SQ201080027290
公开日2012年5月23日 申请日期2010年5月17日 优先权日2010年5月17日
发明者罗尚·J·J·扬丘克, 苏普里亚·扬丘克 申请人:R3融合公司