批处理设备

技术领域

本发明涉及批处理设备，具体地但非排他地涉及增加批处理设备的产量、能效和/或输出质量。

背景技术

目前的化学批处理技术基于间歇式反应器，此间歇式反应器通常由具有大致标准化的几何形状并且由两种主要材料之一制成的容器组成；此两种主要材料中的一种是高合金，另一种是“玻璃衬里”钢。总体上，间歇式反应器容器具有简单的构造几何形状，其通过容器的壁执行至容器内的反应物的热能传递以及从容器内的反应物的热能传递。

间歇式反应器的总传热速率由多个因素决定，此多个因素包括：传热流体的热导率和表面流体速度；反应器容器材料的热导率和尺寸；以及处理流体的热导率和表面流体速度。虽然流体的特性变化，但间歇式反应器的总热通量能力的主导因素与间歇式反应器的与处理流体接触的传热表面的大小或面积成比例。

本发明已经认识到已知设备的缺点。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种间歇式反应器，包括：

反应器容器，具有至少一个第一传热元件；

可移除顶盖，用于密封反应器容器；

挡板部件，具有至少一个第二传热元件；和

搅拌器部件，

其中，至少一个第一传热元件和至少一个第二传热元件中的每一者为独立地可控的，并且

其中，间歇式反应器包括至少6:1的传热表面-容积比。

挡板部件可以包括：

笼元件；和

安装在笼元件上的至少一个挡板，至少一个挡板具有至少一个第二传热元件中的至少一个。

挡板部件可以适配成使得至少一个挡板与反应器容器的中心轴线径向地分隔开第一距离，第一距离等于反应器容器的半径的至少80％。

第二传热元件可以包括：

至少一个管式元件；和

至少一个板部件，板部件适配成形成挡板的外侧表面。

板部件可以包括凹入部。板部件可以包括波纹部。板部件可以包括一个或多个桨叶。

板部件可以适配成形成第二传热元件的密封表面，以及

可以还包括设置在板部件内部用于在管式元件与板部件之间交换能量的传热材料。

管式元件可以由具有以下的传热系数的材料构成：至少12W/m°K、可选地至少50W/m°K、可选地至少100W/m°K、可选地至少150W/m°K、可选地至少200W/m°K、可选地至少250W/m°K。传热材料可以包括具有以下的传热系数的材料：至少12W/m°K、可选地至少15W/m°K、可选地至少50W/m°K、可选地至少100W/m°K、可选地至少150W/m°K、可选地至少200W/m°K、可选地至少250W/m°K。

挡板部件还可以包括可操作成将挡板部件可移除地安装在反应器容器中的支撑部件。支撑部件可以适配成连接反应器容器和顶盖。支撑部件可以适配成连接至可移除顶盖。

反应器容器可以具有带有至少1.8：1的长度-直径比的大致圆筒形的几何形状。

间歇式反应器可操作成可以同时：

将负热通量提供至至少一个第一传热元件或至少一个第二传热元件中的至少一个；和

将正热通量提供至至少一个第一传热元件或至少一个第二传热元件中的至少另一个。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于间歇式反应器的传热元件，包括：

板部件，适配成形成传热元件的密封表面；

管式元件；和

传热材料，设置在传热元件内部用于在管式元件与板部件之间交换能量。

管式元件可以由具有以下的传热系数的材料构成：至少12W/m°K、可选地至少15W/m°K、可选地至少50W/m°K、可选地至少100W/m°K、可选地至少150W/m°K、可选地至少200W/m°K、可选地至少250W/m°K。传热材料可以包括具有以下的传热系数的材料：至少12W/m°K、可选地至少15W/m°K、可选地至少50W/m°K、可选地至少100W/m°K、可选地至少150W/m°K、可选地至少200W/m°K、可选地至少250W/m°K。

板部件可以包括凹入部。板部件可以包括波纹部。

传热元件可以包括在用于在间歇式反应器中使用的挡板中。

附图说明

现在将参照附图通过示例描述本发明的实施例，附图中：

图1示意性地示出已知的批处理系统；

图2图示根据本发明的一方面的间歇式反应器；

图3示出根据本发明的一方面的用在间歇式反应器中的挡板部件；

图4示出根据本发明的一方面的第一示例性挡板；以及

图5示出根据本发明的一方面的第二示例性挡板。

具体实施方式

通常使用包括一个或多个间歇式反应器的合适地配置的批处理系统执行批处理。在描述本发明的示例性实施例之前，可以说明性地描述已知的示例性批处理系统。

现在将参照图1描述示例性的已知批处理系统100。当然，将理解，此示例性的批处理系统的包括替换部件或附加部件的替换处理系统可以被容易地构想。

已知的批处理系统至少包括有包括反应器容器104、传热元件106和旋转搅拌器或搅拌器部件108的第一间歇式反应器102。反应器容器可以具有任何合适的或相关的尺寸。在一些示例中，反应器容器以及任何相关的部件定尺寸为符合一组标准化尺寸中的一者(例如，DIN标准DIN28136、DIN28157或DIN28151)。在一些示例中，间歇式反应器可以包括在反应器容器内的一个或多个挡板或挡板部件110。挡板可以以任何合适的方式固定或附接至例如反应器容器的壁或反应器容器的顶部或头部。这种挡板可以与旋转搅拌器联合辅助确保全部反应物适当地混合。

将理解，为了简化说明和简洁的目的，在本示例中只示出单个间歇式反应器。然而，批处理系统原则上可以包括任何合适或有利数量的间歇式反应器。事实上，为了产量和/或处理的目的，批处理系统通常包括多个间歇式反应器。

间歇式反应器102连接至形成批处理系统100的一部分的多个部件或子系统。在本示例中，一个或多个反应物递送部件120连接至间歇式反应器的输入部122。输入部可以位于合适的位置。在一些示例中，输入部大致位于间歇式反应器的顶部处。另外，反应物移除部件124连接至间歇式反应器的输出部126。输出部可以位于合适的位置。在一些示例中，输出部大致位于间歇式反应器的底部处。这允许在处理期间使用的任何反应物在相关的时间被添加至批处理系统以及从批处理系统被移除。

间歇式反应器的传热元件106连接至传热部件128，例如换热器。传热部件可以为任何合适的类型，例如换热器。这允许根据正实施的处理的要求通过传热介质107将热能传送至间歇式反应器中的反应物或从间歇式反应器中的反应物移除。可以使用任何合适的传热介质。在一些示例中，传热介质为用于将热通量传输至反应器容器及其内容物(正热通量)或从反应器容器及其内容物传输热通量(负热通量)的流体。在一些示例中，使用多种传热介质例如以满足不同的温度要求或实现具体的温度曲线。然而，这可能引起各种传热介质的混合以及可能导致介质的交叉污染和/或批处理系统内的腐蚀。通常，传递介质可以具有多个状态阶段和/或可以为多种溶液中的一种。

典型的处理周期将涉及将反应物加热至第一温度的至少一个时刻，将温度维持在大致稳定水平的至少一个时刻，以及将反应物从第一温度冷却至第二较低温度的至少一个时刻。

只通过示例描述已知的批处理系统100。将理解，在已知的批处理系统中可以包括附加部件或替换部件。非限制地，已知的批处理系统可以包括辅助系统或次级系统130，诸如就地清洁(CIP)部件132、泵或压力部件134或过滤部件136。附加地，在一些示例中，已知的批处理系统可以包括基于间歇式反应器的类型和/或大小的附加部件。例如，一些间歇式反应器可以由于其大小或形状而包括一个以上的动力搅拌器。在其他示例中，一些间歇式反应器可以包括与待处理的反应物的类型相关的元件或部件。

发明人已经认识到已知的批处理系统具有多种缺点和劣势，现在将详述这些缺点和劣势中的一些。

首先，大部分的已知批处理系统利用具有一组标准化的反应器容器尺寸和/或反应器容器特征中的一者的间歇式反应器。反应器容器尺寸和反应器容器特征的标准化相对于反应器容器的供应链和制造而论以及对于通用处理设计是有利的。然而，考虑到标准容器尺寸通常不能将反应器容器的表面-容积比最大化或在其他情况中增加系统的热导率，符合标准化尺寸和/或标准化特征的容器一般不具有优化的传热势能。因此，在已知的系统中，总处理势能因这种优化的缺乏受限制，这可能负面地影响处理系统的运行收益率。

另外，用于在已知的批处理系统中使用的间歇式反应器的典型运行周期具有至少一个冷却时段和/或加热时段，在此冷却时段和/或加热时段期间反应物从第一温度转变至第二温度。例如，反应物可以从处理温度冷却至反应物能安全地从间歇式反应器被移除的温度。热能传递效率经受各种因素的影响，此各种因素包括但不限于：反应物的热动力学特性、反应器容器的特性、反应器内的换热元件的数量和大小、冷却介质和/或加热介质的特性以及外部换热系统的特性。由于这些原因，冷却时段和/或加热时段通常占用总处理时间的大部分，并且可能在一些情况中相对于生产速度或生产率而论是限制因素。

另外，为了增加生产量，已知的处理系统通常增加反应器容器的大小，以便允许更高的生产量。然而，增加的反应器容器容积可能减小系统的热能传递效率，特别是在使用上述的具有标准化尺寸和/或特征的间歇式反应器时。进而，这使得大多数处理系统远远在化学反应的理论操作极限和实际操作极限以下运行，这减小生产系统的生产率和收益率。此外，增加的反应器容器大小可能增大在事故或故障的情况中危险和/或灾害状况的可能性。这可能由于间歇式反应器中存在的反应物的容积或批处理系统的由于更长的处理时间引起的存储要求，或者由于上述两者。此外，较小的反应器容器固有地具有比较大的反应器容器更高的安全因数。

另外，批处理系统、如同任何其他机械系统一样、需要周期性地经历维护、修理或升级。根据系统和/或系统中的单独的间歇式反应器的构造，此过程可能要求大量的停机时段，系统在此停机时段期间不用于生产。因此，冗长的修理或维护时段负面地影响总生产率。

另外，标准化间歇式反应器系统通常设计为用于特定的容积输出要求。这可能当在低于特定容积输出下使用这种系统时而引起低效率，这在批处理系统用于实施多个处理和材料构型时是不利的。进而，这导致在处理期间建立更高水平的复制和/或变体以便满足预期的要求，这可能例如导致对产品质量的考量。

另外，已知的批处理系统中的热能的再使用通常有限。在已知的系统中，在加热阶段期间添加至反应器容器的内容物的热能以及添加至反应器容器自身的热能的大部分在冷却阶段期间被移除，没有被再使用或存储。因此，在常规的批处理系统中，添加至传热介质或反应物的热能的大部分最终被浪费，这是低效率的。

另外，在批处理系统中常见的是导引热流体穿过混合流体系统。这要求流体的连续监控和化学处理以维持系统性能，和/或要求处置这种流体和/或任何污染物。这种方法除了引起潜在的环境废弃物问题，还是昂贵的。

另外，已知本质上可能为既放热又吸热的许多化学反应借助于可用的传热速率控制。在已知的标准反应器中，通过反应物中的一种的添加速率实现此控制。这使得能够在反应器的传热能力范围内维持稳定的能量传递平衡，这例如避免失控反应。已知对反应物添加率的限制由于随时间产生不均匀的反应物成分而对某种化学过程具有不利的影响，并且可能引起不想要的瞬态反应。特别是在结晶反应的情况，其中，晶体结构的均匀性为期望的。

将理解，对于本公开的目的，术语热能传递用于指明“加热”和“冷却”过程两者，即，分别将热能传递至物体或从物体传递热能。同样地，将理解术语“热能”一般用来表示给定实体内的热能的量，所述热能的量大于或小于第二实体的热能的量。

现在将参照图2论述根据本发明的第一实施例的示例性间歇式反应器。为了方便与图1比较，图2的与图1的相应元件相近的元件以与图1中使用的附图标记相近的附图标记标识，但是以前缀“2”代替“1”。另外，为了简洁和清楚的目的，以下只详细地描述间歇式反应器的与图1中描述的元件或特征不同的元件或特征。

间歇式反应器202包括：反应器容器204，具有可移除的顶盖205用于密封反应器容器，反应器容器包括至少一个第一传热元件206；搅拌器部件208，安装在反应器容器内部；以及挡板部件210，具有至少一个第二传热元件214，其中，至少一个第一传热元件和至少一个第二传热元件中的每一者为独立地可控的，并且其中，间歇式反应器包括至少6:1的传热表面-容积比。如下面将更详细描述的，在一些示例中，可移除顶盖205可附加地操作以将挡板部件固定或夹紧在反应器容器内。传热元件中的每一者可操作成通过传热介质207在反应器容器中的一种或多种反应物和热能存储物或传热点之间传递热能。在示例中，间歇式反应器可操作成同时：将负热通量提供至至少一个第一传热元件或至少一个第二传热元件中的至少一个；并且将正热通量提供至至少一个第一传热元件或至少一个第二传热元件中的至少另一个。这允许反应物内的温度的精确控制和维持。

可以使用任何合适的传热介质207。在一些示例中，传热介质为大致均匀的并且在单个热动力学阶段中操作。在具体示例中，传热介质保持为单个液相。在示例中，传热介质包括水溶液。在另一示例中，传热介质包括油基溶液(例如，矿物油)。在一些示例中，基于间歇式反应器或待实施的处理要求的处理温度包络线选取传热介质。

例如，在一些情况中，间歇式反应器预期操作的最低温度和最高温度可以用于确定最合适的传热介质的类型。可以考虑传热介质的任何替换或附加的相关或合适的参数或特性，此参数或特性包括(但不限于)：温度范围内的粘度；温度范围内介质的传热系数；操作压力；或传热介质的成本。典型的传热介质包括：工作范围从-25℃至+160℃的水和乙二醇的混合物或水和丙二醇的混合物；或温度范围从-100℃至+200℃的硅基流体。

反应器容器可以具有任何合适的形状。在一些示例中，反应器容器具有大致圆筒形的形状。然而，反应器容器原则上可以具有任何合适的几何体形状。在一些示例中，反应器容器的确切形状取决于一个或多个外部因素，此外部因素包括但不限于：空间要求或约束；或构造或制造限制。只为了简化的目的，后面将假设反应器容器具有大致圆筒形的形状。要注意这不意在为限制性的，而是单纯地为了方便论述和说明本公开的各种概念和特征。

反应器容器以合适的方式定尺寸。在一些示例中，反应器容器在其主要尺寸中的两个尺寸(例如相对于大致圆筒形反应器容器的直径和长度而论)之间具有预定比率。在示例中，反应器容器具有预定的长度-直径比。在具体示例中，反应器容器具有至少1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1或2:1的长度-直径比。通过增加长度-直径比，每单位容积的传热表面的量增加。由于更大的传热表面，这减少了加热或冷却反应器容器内部的给定量的材料所用的时间。

反应器容器204可以具有任何合适数量的第一传热元件206。在示例中，反应器容器具有一个第一传热元件。在另一示例中，反应器容器具有多个第一传热元件。第一传热元件可以以合适的方式控制(例如，通过使用合适的热单元控制器(未示出)，此热单元控制器可操作以调整至至少一个传热元件中的每一者的传热介质207以及来自至少一个传热元件中的每一者的传热介质207的流量)。在一些示例中，每个第一传热元件为单独可控制的。这使得能够控制和维护反应器内的反应物与传热元件之间的热能传递。例如，有可能通过减小或停止至至少一个第一传热元件中的一个或多个第一传热元件的传热介质或来自至少一个第一传热元件中的一个或多个第一传热元件的传热介质的流量来减小有效传热面积。通常，这个过程可以通过停止至最顶部的第一传热元件或来自最顶部的第一传热元件的流量启动，例如，在反应器未完全充满反应物的情况中。

在另一示例中，间歇式反应器用于执行热敏处理加热和冷却。在与标准化间歇式反应器相比时，间歇式反应器的更高的表面面积以及改进的传热使得能够使用较低的传热介质温度同时维持与标准化间歇式反应器相同的能量传递。这种类型的操作在例如当在晶体形成期间遵循亚稳态曲线时的结晶反应期间特别有利。维持处理接近曲线包络线促进晶体均匀性和产额的改进。

至少一个第一传热元件可以在与反应器容器接合的任何合适的位置或构型中定位或布置。在一些示例中，至少一个第一传热元件集成至反应器容器的壁和/或底表面。在其他示例中，至少一个第一传热元件独立于反应器容器，但是适配或布置成将能量传递至反应器容器或从反应器容器传递能量。在具体的示例中，第一传热元件包括至少部分地围绕反应器容器的周边包绕的管部件。在第二具体示例中，第一传热元件包括围绕反应器容器的周边以螺旋或卷绕布置来布置的管式部件。在示例中，第一传热元件适配成维持传热介质深度小于间歇式反应器的内径的1.5％。在示例中，传热介质通过径向流处理被喷射至第一传热元件的每一者中，此径向流处理可操作成大致围绕每个第一传热元件产生湍流径向流。湍流增加传热介质与传热元件(以及通过延伸部与间歇式反应器内的反应物)之间的热能传递。

在一些示例中，第一传热元件206布置成提供覆盖反应器容器204的内表面的预定部分的传热表面。在示例中，第一传热元件提供覆盖反应器容器的内表面的25％以上的传热表面。在另一示例中，第一传热元件提供覆盖反应器容器的内表面的50％以上的传热表面。在示例中，第一传热元件提供覆盖反应器容器的内表面的75％以上的传热表面。

在示例中，其中，间歇式反应器包括多个第一传热元件，元件可以以任何合适的样式或构型布置。在示例中，多个第一传热元件布置成至少部分地围绕反应器容器的周边包绕的周向元件。所述多个第一传热元件中的每一者定尺寸为占据反应器容器的总长度的预定部分。在特定的示例中，间歇式反应器包括5个第一传热元件，每个第一传热元件在长度方向上定尺寸为占据反应器容器的总长度的10％。在另一示例中，间歇式反应器包括至少一个第一传热元件，每个第一传热元件在长度方向上定尺寸为占据反应器容器的总长度的10％以上但35％以下。在另一特定示例中，第一传热元件中的每一者围绕反应器容器周向地分布，每个第一传热元件占据反应器容器的总周长的预定百分比。

在示例中，其中，间歇式反应器包括多个第一传热元件，元件可以以任何合适的样式或构型布置。在示例中，多个第一传热元件布置成至少部分地围绕反应器容器的周边包绕的周向元件。所述多个第一传热元件中的每一者定尺寸为占据反应器容器的总长度的预定部分。在特定示例中，间歇式反应器包括5个第一传热元件，每个第一传热元件在长度方向上定尺寸为占据反应器容器的总长度的10％。在另一示例中，间歇式反应器包括至少一个第一传热元件，每个第一传热元件在长度方向上定尺寸为占据反应器容器的总长度的10％以上但35％以下。在另一特定示例中，第一传热元件中的每一者围绕反应器容器周向地分布，每个第一传热元件占据反应器容器的总周长的预定百分比。

可移除顶盖205可以以任何合适的方式形成，并且可以包括任何合适的特征。在一些示例中，顶盖由实心材料形成。在其他示例中，顶盖由多层单独的层以所谓的“夹层”构造形成。在示例中，“夹层”构造包括至少一层隔热材料层。这减小间歇式反应器内存在的较冷区，因而减少顶盖205的内表面上形成的凝结物的量。已知凝结物以及由于蒸汽在反应器的较冷表面上凝结为液体或固体累积的沉积固体产物对于间歇式反应器中的腐蚀具有不利的影响。此外，隔热物减少通过顶盖至环境的能量损失，以及改进间歇式反应器的总传热性能。位于内部的隔热物相对于外部顶盖隔热物有利，因为位于内部的隔热物避免例如由于溢出或清洁操作引起的水和产物进入隔热材料的已知问题。此外，位于内部的隔热物帮助减少顶盖205与任何外部隔热材料之间发生凝结，已知这会造成顶盖外部腐蚀和容器提前故障。

在示例中，可移除顶盖205形成为在安装在反应器容器上时大致密封反应器容器。顶盖可以以适合的方式与反应器容器形成密封，例如通过一个或多个O形圈219。在示例中，其中，使用多个O形圈，O形圈可以具有相同的直径或每个O形圈可以具有独特的直径。在示例中，其中，顶盖包括两个O形圈，顶盖包括用于控制内部O形圈与外部O形圈之间的压力的装置，例如以平衡O形圈之间的压力对于反应器容器204内部的压力。通过控制O形圈之间的压力，可以减小泄漏(反应物的流出或外部空气或液体进入反应器容器)的风险。在示例中，O形圈之间的压力被控制成高于反应器容器内部的压力并且高于反应器容器外部的环境压力。

挡板部件210可以具有任何合适的构型或形状，并且可以包括任何合适数量或构型的单独挡板212。将理解挡板部件可以包括任何合适数量的挡板。在示例中，挡板部件包括偶数个挡板。在另一示例中，挡板部件包括奇数个挡板。在具体示例中，挡板部件包括四个挡板。

挡板部件中包括的单独挡板中的每一者可以包括任何合适数量和构型的特征和/或部件。在一些示例中，挡板212中的至少一个包括第二传热元件214。在一些示例中，挡板中的至少一个包括多个第二传热元件。在一些示例中，挡板部件中包括的挡板中的每一者包括第二传热元件。在具体示例中，挡板部件包括四个挡板，所述挡板中的每一者包括第二传热元件。单纯通过示例，以下更详细地描述多个示例性挡板构型。

挡板部件210可以在合适的位置中并且以合适的方式定位在间歇式反应器203内部。在一些示例中，挡板部件包括一个或多个挡板212，每个挡板永久地或可移除地附接至顶盖205。在示例中，挡板中的每一者焊接至顶盖205。

在一些示例中，诸如现在示出的示例，挡板部件210包括笼元件216，一个或多个挡板安装在此笼元件216上。笼元件对一个或多个挡板提供支撑，以及形成或适配成将挡板定位在反应器容器204内部的期望的或有利的位置或构型中。特别地，笼元件确保单独挡板可以相对于搅拌器部件有利地定位，但不要求单独挡板附接至或安装在反应器容器204的外壁上。

笼元件可以具有任何合适的结构和任何合适的结构元件用于支撑挡板。在一些示例中，笼元件包括焊接结构。笼元件可以由以任何合适的材料制成的元件构成，或可以由以多种材料制成的元件构成。在一些示例中，笼元件216由大致管式元件和/或中空元件制成。这使得管道或管能够被导引通过笼元件以便提供材料(例如，传热介质)至第二传热元件的输入流和输出流，以下将更详细地描述。在具体的示例中，笼元件以耐腐蚀材料被全部或部分地覆盖。在一些示例中，例如通过使用固体隔热材料或通过使用真空隔热物，笼元件可以被全部或部分地隔热。将理解，尽管相对于笼元件216论述，上述输入流控制和输出流控制原则上能同样良好地在挡板212直接连接至间歇式反应器202的顶盖205的示例中应用。

挡板212可以以任何合适的方式并且使用合适的附接装置或方法安装。在一些示例中，挡板可移除地附接至笼元件。在其他示例中，挡板永久地附接至笼元件。在具体示例中，挡板焊接至笼元件。

搅拌器部件208定位在反应器容器204内部，可操作成在处理期间搅拌或搅动反应器容器内部的反应物。现在将描述搅拌器部件的示例性实施方式。然而，将理解，在本公开的范围内可以构想以下描述的搅拌器的多个实施方式或各种变化。在示例中，搅拌器包括至少一个第三传热元件218，此第三传热元件218提供间歇式反应器202内的附加传热表面。第三传热元件可以以任何合适的方式形成。在示例中，搅拌器部件包括中空轴和多个大致中空的搅拌器桨叶。这允许供应和移除传热介质以便能够通过搅拌器部件实现传热介质与反应器容器中的反应物之间的热传递。

如上文描述的，间歇式反应器202可以包括多个单独的传热元件(例如，上文论述的第一传热元件(一个或多个)、第二传热元件(一个或多个)或第三传热元件(一个或多个))。在一些示例中，间歇式反应器和/或一个或多个单独的传热元件可以定尺寸或适配成提供预定的传热表面-容积比。通常，标准化的反应器设计包括4.5:1以下的传热表面-容积比，并且在一些情况中低至1.6:1。如上文描述的，间歇式反应器202具有至少6:1的传热表面-容积比。在一些示例中，间歇式反应器具有至少7:1、8:1或9:1的传热表面-容积比。

上文描述的示例性间歇式反应器具有优于已知间歇式反应器的多个优点或益处。以下内容突显多个这些优点。

间歇式反应器的效率或生产率的重要限制为例如由于维护或修理引起的停机时间。例如，安装在反应器容器内部的挡板部件或其他部件由于其在容器内部可能难以或不方便维护或修理。然而，通过为顶盖205设置用于将顶盖205安装或附接至外部支撑结构的安装元件209，可以减少执行维护要求的时间。

另外，已知的间歇式反应器通常由耐腐蚀材料(例如，玻璃、搪瓷钢或合金)构造，因为批处理中使用的反应物溶液可能是高酸性或高碱性的。间歇式反应器202因以下原因中的至少一些减少了腐蚀效果。

1)间歇式反应器的热能传递表面-容积比的增加减少期间发生腐蚀的时间。例如，在处理期间，腐蚀与反应物溶液与间歇式反应器的内表面接触的时间直接相关。通过设置更大的相对传热表面，处理时间减少，从而将腐蚀发生可用的时间减少了至少65％。

2)腐蚀溶液的浓度越高，容器的表面上可能发生的腐蚀越多。通常，反应物溶液的浓度在反应转化期间随时间被稀释。增加反应转化速度因此增加反应物溶液中浓度降低的速率，进而减小间歇式反应器的内表面上的腐蚀速率。

3)腐蚀溶液的温度越高，容器的表面上可能发生的腐蚀越多。通过减少加热和冷却反应物溶液要求的时间，例如通过增加在加热时段和冷却时段期间的温度梯度，以及增加反应速率，间歇式反应器在高温处经受腐蚀反应物溶液影响的时间减少，从而减小腐蚀程度。

现在将参照图3论述根据本公开的示例性挡板部件310。为了方便与之前的图比较，图3的与之前的图的相应元件相近的元件以与这些图中使用的附图标记相近的附图标记标识，但是具有前缀“2”。另外，为了简洁和清楚的目的，以下只详细地描述间歇式反应器的与之前的图中描述的元件或特征不同的元件或特征。

尽管通常用作上述示例性间歇式反应器的一部分，但是，将理解，挡板部件可以同样良好地与标准化间歇式反应器结合使用。例如，标准化间歇式反应器可以用示例性挡板部件改装。这在移除和/或更换反应器容器或任何支撑部件或元件是不可能或不实际的情况中可以是有利的。

挡板部件310包括：多个挡板312(但是，原则上，挡板部件可以同样良好地只包括单个挡板)，每个挡板具有第二传热元件314；和笼元件316。笼元件由多个单独元件构成，此多个单独元件相互附接以形成多个挡板安装至其上的结构。笼元件布置成在被安装时定位在反应器容器304内，以便增加处理期间可用的传热表面。在一些示例中，笼元件适配成将挡板定位在有益或有利的位置中。在示例中，笼元件适配成使得至少一个挡板与反应器容器的中心轴线径向地分隔开第一距离。这确保反应器容器的中央部分不存在潜在地阻挡反应器容器内的反应物流动的阻挡物或其他物体。另外，这减小了由于反应物流受限制而形成热区或冷区的风险。此外，这使得清洁间歇式反应器的内部更方便。可以使用任何合适的径向间隔，并且可以以任何有利的方式限定径向间隔。在示例中，至少一个挡板与反应器容器的中心轴线径向地分隔开等于反应器容器的半径的至少50％的距离。在另一示例中，第一距离等于反应器容器的半径的至少60％。在另一示例中，第一距离等于反应器容器的半径的至少70％。在另一示例中，第一距离等于反应器容器的半径的至少80％。在另一示例中，第一距离等于反应器容器的半径的至少90％。

笼元件可以由任何合适的材料构造。在一些示例中，基于在间歇式反应器中待实施的潜在处理选择材料。材料选择包括但不限于合金或复合材料。笼元件可以包括任何合适或有利布置的单独元件，所述单独元件各自具有合适的布置或以有利的方式形成。在一些示例中，如上文描述的，单独元件形成为中空元件或管式元件。在一些示例中，中空元件或管式元件包括隔热物(例如，通过固体隔热材料或通过真空)。

在示例中，单独元件中的每一者形成为管式元件，布置成允许传热介质307被引导至挡板312中的每一者或从挡板312中的每一者被引导。在具体示例中，挡板部件310包括多个传热管道311，每个传热管道布置成提供至挡板中的一者的传热介质的输入流或者来自挡板中的一者的传热介质的输出流。例如，如果挡板部件包括四个单独挡板，则挡板部件会包括八个传热管道。管道可以以任何合适的方式连接至提供或接收传热介质的传热部件(未示出)。在一些示例中，传热管道单独地连接至传热部件。在一些示例中，管道被导引通过笼元件的一部分(例如，诸如以下描述的安装框架)。在一些示例中，传热管道中的一者或多者包括用于待安装至合适的表面(例如，传热管道的内侧表面)的静态混合器元件的特征。在一些示例中，这种静态混合器元件中的每一者可以包括破坏性的流动-引发轮廓和/或特征。在定位在相应传热管道内部时，所述静态混合器元件中的每一者可操作成在传热管道内部产生湍流。

笼元件还包括安装框架317。安装框架形成为能可移除地安装或附接至间歇式反应器的反应器容器304或可移除顶盖305中的一者或两者。以这种方式，安装框架使得笼元件(以及通过挡板部件的延伸部)能够以合适的位置和/或有利的位置安装在反应器容器内。在一些示例中，安装框架包括凸缘。在图示的示例中，安装框架包括布置成通过多个O形圈319连接至反应器容器的顶端和可移除顶盖的下表面两者的凸缘。O形圈确保间歇式反应器在处理期间保持密封。O形圈可以以合适的方式设置或布置。在本示例中，安装框架包括四个O形圈，其中两个O形圈布置成在顶盖与安装框架之间形成密封，并且其中两个O形圈布置成在安装框架与反应器容器之间形成密封。在被压缩时，相应的成对O形圈形成主密封和次级密封，成对O形圈中的每一者足以维持反应器内部的压力。在一些示例中，惰性气体被引入每对相应成对的O形圈之间的空间中。在其他示例中，真空被引入每对相应成对的O形圈之间的空间中。在一些示例中，可移除顶盖、安装框架或反应器容器中的一者或多者附加地包括锁定机构，此锁定机构允许这些元件中的一者或多者被选择性地锁定在一起。

如果要求维护或修理挡板部件，则可以移除可移除顶盖并且随后将挡板部件提升出反应器容器。替换地，在一些情况中，顶盖可以保持固定并且反应器容器和挡板部件可以被移除而不需要拆除顶盖或顶盖的任何连接件。这使得不需要在原地实施这种维护或修理，这可以减少成本并且增加这种维护的速度。另外，由于不要求技术人员或工作人员在间歇式反应器内部实施修理或维护，其对人员可能存在潜在的危险，因此降低技术人员受伤的风险。

将理解，虽然上文已经描述示例性可移除挡板部件的特定实施方式，但在本公开的范围内可以构想可移除挡板部件的多个具体实施方式。

还将理解，虽然通常作为(诸如上文参照图2描述的)示例性间歇式反应器的一部分运用或利用，但上文描述的挡板部件可以同样良好地与(诸如上文参照图1描述的)标准化间歇式反应器或处理系统接合运用或利用。

现在将参照图4A至图4C描述示例性挡板412，诸如可以用在上文参照图2或图3描述的间歇式反应器或挡板部件中的挡板。将理解，这单纯地为了示例性的目的，在本公开的范围内可以构想以下描述的实施方式的变体。为了方便与图2比较，图4的与图2的相应元件相近的元件以与图2中使用的附图标记相近的附图标记标识，但是以前缀“4”代替“2”。

在本示例中，挡板412包括第二传热元件41。第二传热元件可以以任何合适的方式布置或形成。在本示例中，第二传热元件大致形成挡板的整体，这将挡板上的传热表面最大化并且避免挡板的表面上任何不需要的温差。然而，原则上，第二传热元件能同样良好地只形成挡板的表面的某一部分或能附接至挡板。在后文中，只为了清楚和简洁的目的，将假设第二传热元件大致包括挡板的整体。因此，为了本示例的目的，术语挡板和第二传热元件可以互换使用。

第二传热元件414包括板部件440，此板部件440适配或成形为形成挡板的外侧表面。板部件可以由任何合适的材料(或多种材料)制成，并且可以以任何合适的方式形成。在一些示例中，板部件由单片材料(或多种材料)形成，此单片材料成形为形成传热元件的表面。在示例中，板部件由单片复合材料形成。在一些示例中，板部件由多片材料形成，此多片材料相互结合以形成传热元件的表面。

在示例中，板部件适配成在挡板412内产生密封内部容积。在具体示例中，密封内部容积以换热材料442全部或部分地填充。以下更详细地描述这个示例。

板部件可以包括一个或多个附加表面特征444、轮廓或表面形貌或变体(单纯地为了简洁的目的，在后文中共同称为“附加特征”)。例如，在一些示例中，板部件可以定轮廓为制造或形成过程的部分。将理解，附加特征可以包括任何数量的几何体形状、构型或布置。在一些示例中，附加特征具有的横截面几何形状包括(不限于)：圆形、椭圆形、方形、三角形或“V”形。例如，板部件可以包括凹入部。在另一示例中，板部件包括波纹部。在又一示例中，板部件包括凹入部和波纹部。在再一示例中，板部件包括叶片。

在板部件被安装了时，附加特征444可以定位成位于挡板412的外侧表面和/或内侧表面上。依据具体的实施方式，附加特征可以引起多个益处或优点。例如，位于挡板的外侧表面上的特征(例如，凹入部、波纹部或者一个或多个桨叶)可以增加挡板的表面面积，从而增加挡板的有效传热表面。这可以改进传热效率。另外，这种特征可以在挡板的外侧表面上产生湍流流体流，这进一步增加传热效率。再者，附加特征(例如，波纹部)可以增加板部件的结构刚度和/或结构强度，这可以增加挡板的总刚度和/或总强度。这可以允许挡板在更高压力处使用或其可以允许板部件的材料厚度减小，这可以增加传热效率。

传热元件414包括管式元件(例如，管道或管)446，此管式元件446可操作成将传热介质407传导至第二传热元件以及从第二传热元件传导传热介质。管式元件可以由任何合适的材料构成，并且可以具有任何合适的横截面。在示例中，管式元件为具有大致圆形横截面并且由导热材料(例如，铜或铜基合金)制成的管。管式元件可以以任何合适或有利的方式布置在挡板412之内或之外。在本示例中，管式元件以“U”型形状大致布置在挡板的内部容积内。

在一些示例中，除了上文描述的那些特征或部件，挡板可以包括附加特征或部件。在一些示例中，一个或多个这些附加特征与上文描述的特征中的一些结合布置，或作为上文描述的特征中的一些的一部分。

在示例中，挡板412包括一个或多个结构部件448。这种结构部件或“加固件”可以改进挡板的刚度和/或扭转强度，这在一些情境中可能是有利的。例如，如果构想使用间歇式反应器处理具有高密度或粘度的物质，则可能需要加强挡板以确保挡板不会在处理期间被破坏。在示例中，一个或多个加强部件安装在板部件上或与板部件联合。在另一示例中，一个或多个加强部件布置成形成管式部件446的一部分。

将理解，虽然上文被描述为独立的特征，但在一些示例中，附加特征444和结构部件448可以为相同的特征。现在将参照图4C描述这种情况的一个示例性实施例。将理解，图示单纯地用于示例性目的，并且技术人员可以在本公开的范围内构想附加或替换实施方式。在此示例中，板部件440在挡板412的相反侧上包括波纹部。波纹部定尺寸为使得板部件的相反表面的波纹部在多个点445处相接触。在具体示例中，波纹部可以例如通过熔焊、钎焊或粘结剂在点445处相互附接。波纹部有效地作为增加挡板的强度和刚度的内部结构。将理解，波纹部单纯地为了示例性目的公开，附加特征(例如，凹入部或者一个或多个桨叶)可以附加地或替换地存在。

现在将参照图5描述第二示例性挡板512，此第二示例性挡板512诸如可以用在间歇式反应器中，并且特别地与上文参照图2或图3描述的挡板部件接合。将理解，这单纯地为了示例性目的，并且可以在本公开的范围内构想以下描述的实施方式的变体。为了方便与之前的图比较，图5的与之前的图的相应元件相近的元件以与之前的图中使用的附图标记相近的附图标记标识，但具有前缀“5”。

与上文参照图4描述的示例相近，挡板512包括适配成形成挡板的外侧表面的板部件540。在本示例中，板部件适配成形成密封表面。表面可以以任何合适的方式密封，例如，通过熔焊、锡焊、使用粘合剂、或通过使用由合适的材料制成的附加密封元件(例如，橡胶密封件)密封。将理解，可以构想密封表面的多个实施方式，此多个实施方式中的一些取决于间歇式反应器中待处理的反应物中的一种或多种。

与上文描述的示例相近，管式元件546由合适的材料构成。在示例中，管式元件546由特定材料或合金(例如，铜或铜基合金)构成。在另一示例中，管式元件由具有带有预定值的一个或多个特性的一种或多种材料构成。在具体示例中，管式元件由具有特定传热系数的至少一种材料构成。在一些示例中，传热系数为至少8W/m°K，可选地至少12W/m°K，可选地至少15W/m°K(例如，如果管式元件由不锈钢构成)，可选地至少50W/m°K，可选地至少100W/m°K，可选地至少150W/m°K，可选地至少200W/m°K，可选地至少250W/m°K，可选地至少300W/m°K，可选地至少390W/m°K(例如，如果管式元件由铜构成)，可选地至少500W/m°K，可选地至少1000W/m°K，可选地至少1500W/m°K，可选地至少2000W/m°K(例如，如果管式元件由石墨构成)。

通常，管式元件由具有至少250W/m°K的传热系数的至少一种材料构成。

板部件540和管式元件546一起形成挡板512的密封内部容积。在本示例中，挡板的内部容积全部或部分地以换热材料542填充。换热材料改进挡板的热导率，从而促进管式元件546内部的传热介质507与板部件540之间的热能传递。换热材料542可以包括任何合适数量的材料、金属、非金属、合金或组合物。在一些示例中，换热材料包括具有传热系数的一种或多种材料，此传热系数具有(例如，如上文描述的)特定值。在一些示例中，换热材料包括一种或多种固体材料。在其他示例中，换热材料包括流体状态的一种或多种材料。在又一示例中，换热材料包括固体材料和流体材料的组合。在示例中，换热材料包括铜基材料或合金。在另一示例中，换热材料具有一个或多个特性，此特性具有预定值。在具体示例中，换热材料由具有特定传热系数的至少一种材料构成。在一些示例中，传热系数为至少8W/m°K，可选地至少12W/m°K，可选地至少15W/m°K(例如，如果换热材料由不锈钢构成)，可选地至少50W/m°K，可选地至少100W/m°K，可选地至少150W/m°K，可选地至少200W/m°K，可选地至少250W/m°K，可选地至少300W/m°K，可选地至少390W/m°K(例如，如果换热材料由铜构成)，可选地至少500W/m°K，可选地至少1000W/m°K，可选地至少1500W/m°K，可选地至少2000W/m°K(例如，如果换热材料由石墨构成)。

通常，换热材料由具有至少250W/m°K的传热系数的至少一种材料构成。

因多个原因，使用换热材料可能是有利的，此多个原因包括但不限于后文描述的原因。将理解，可能由于不同于上文描述的传热特性的因素选择特定换热材料。这些因素包括但不限于：材料的成本、安全考虑(例如反应物或外部环境的爆破或污染的风险)、材料的寿命或其他物理特性或化学特性。

通过增加有效换热表面改进了传热材料与反应器容器中的反应物之间的热能交换效率。此外，这种提高使得能够简化挡板的内部结构同时维持与不具有传热材料的挡板大致相近的性能。已知通过增加管式元件的表面面积增加传热部件(例如，挡板或换热器)的有效传热面积，此管式元件通常作为传热介质的导管。通常，这通过增加管式元件的长度以及将管式元件布置成复杂的样式或结构实现。

此外，换热材料542在与板部件540联合作用时增加挡板的压力阻抗，并且允许减小板部件的材料厚度，进而增加挡板的传热效率和/或速率。

另外，由于热能交换效率提高，挡板(以及通过间歇式反应器的延伸部)的热响应增大。

另外，通过使用换热材料，容器压力和热流体压力能通过附加阻隔物彼此隔离，因此增加系统内的安全性并且提供在单个阻隔物故障的情况中检测任一压力系统故障的机会。

上文的描述意在为说明性的，不是限制性的。因此，对于本领域技术人员将将显而易见的是，在不背离以下阐述的权利要求的范围的情况中可以对描述的本发明进行修改。