CN101389399B - 具有改善流量分配的导流叶片的环状分配器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环状分配器，其具有：环状狭缝层，其安装在所述环状分配器的内圆周表面上且具有至少一个用于排出或引入流体的狭缝；至少一个开口，其形成在环状分配器的外圆周表面上且与流体供应导管及流体排出导管中任意一个连接；及至少一个导流叶片，其选自安装在所述环状分配器上的三类导流叶片，并将由所述导管供应的流体的流量分开或聚集排出到导管流体的流量。本发明公开了一种具有所述环状分配器的反应器或热交换器，及一种在所述反应器内在催化气相氧化作用下利用烯烃来制造不饱和醛或不饱和酸的方法。

Description

具有改善流量分配的导流叶片的环状分配器

技术领域

本发明涉及一种具有改善其内部流量分配的导流叶片的环状分配器，以及具有所述环状分配器的反应器或热交换器。

背景技术

通常，热交换器形式的多管催化反应器用于有效地消除反应中产生的热。为得到期望的成分，这种反应器在多个反应管中填充固态催化剂，并将反应气体供应到所述反应管中，以产生化学反应。另外，热介质通过反应器壳循环，从而使所述化学反应可在最佳条件下发生。

所述多管催化反应器趋向于在所述反应管的特定区域具有热点。所述热点引起诸如使用寿命缩短以及由催化剂变质引起的目标产物的选择性下降的问题。因此，为了减少热点，已经提出了多种方式以实现向反应器内的反应管的有效的热传递。

例如，公开号为2001-0050267的韩国专利申请公开了了一种多管反应器，其包括用于热介质的循环单元和环形室(doughnut)以及安装在外壳内的盘状挡板。此方式试图维持反应器内特定区域的热介质的流量以改善热传递性能。另外，诸如狭缝的开口沿着环状分配器的狭缝层的周边间歇地布置，从而使通过一个导管而供应(或排出)的热介质的偏流(offset flow)可在圆周方向上均匀地供应(或排出)到反应器内。这样的环状分配器设计用来实现在径向均匀供应(或排出)的热介质的可控制流，用来降低反应管的热点温度。此外，多个开口成列设置并且调整数量与尺寸以使热介质的流动均匀。

然而，仅仅通过调整反应器或热交换器内的环状分配器的狭缝开口的数量与尺寸，不可能将为了提高局部热传效率提高到期望值而供应到环状分配器内的热介质有效地分布。

发明内容

发明者发现，如反应器或热交换器的导管引入到现有的环状分配器中的热介质的流体的流动，会因为与设置在环状分配器内圆周表面上的环状层壁碰撞而产生扰动并使流路分开。这种扰动造成热介质流的不均匀，这起到了妨碍在环状分配器内的热介质在导管附近均匀分布的障碍的作用，因此，通过位于环状层上的狭缝开口进入反应器或热交换器的流量变得不均匀，从而降低热传递效率。

为了克服上述问题，本发明的目的在于提供一种环状分配器，其具有能改善进入或离开导管的流体的流量分布的导流叶片，从而可改善流体流的均匀性而不需调整位于环状狭缝层上的狭缝的尺寸。

本发明的另一目的在于提供一种环状分配器，其具有用作分布诸如热介质的流体的手段的导流叶片，从而可根据反应器或热交换器的轴向位置而控制进入/离开流体的量并将流体流聚集到反应剧烈的热点处而提高热传递效率，从而抑制局部温度上升。

本发明的进一步的目的在于提供一种反应器或热交换器，其具有相同的环状分配器。

本发明的另外一个目的在于提供一种方法，其在具有环状分配器的反应器内通过催化气相氧化作用而利用烯烃来制造不饱和醛或不饱和酸。

本发明提供一种环状分配器，其包括：

环状狭缝层，其安装在所述环状分配器的内圆周表面上，且具有至少一个用于排出或引入流体的狭缝；

至少一个开口，其形成在所述环状分配器的外圆周表面上且与流体供应导管及流体排出导管中的任意一个相连；及

至少一个导流叶片，其选自安装在所述环状分配器上的三类导流叶片，且分开从导管供应的流体的流量或聚集排出到导管的流体的流量，

其中，在所述三类导流叶片中，

第一类导流叶片的数量为两个或更多，纵向安装，且包括(i)第一垂直折流板(deflection plate)，其与所述狭缝层分隔开且位于所述狭缝层与所述开口之间，及(ii)第二垂直折流板，其不与所述第一垂直折流板同轴且与所述第一垂直折流板的内端及所述狭缝层连接；

第二类导流叶片，其沿着由所述环状分配器的内圆周表面形成的圆的直径的延长线的纵向安装，且从所述狭缝层与所述开口之间一点连接到所述狭缝层；及

第三类导流叶片，其沿着所述环状分配器的内部横向安装，且与所述狭缝层及所述环状分配器的外圆周表面连接。

本发明还提供一种具有所述环状分配器的反应器或热交换器。此外，本发明还提供一种在反应器内通过催化气相氧化作用利用烯烃来制造不饱和醛或不饱和酸的方法。

附图说明

结合附图，通过下面的详细描述，本发明上述及其它目的、特征及优点将更显而易见。

图1为说明多管催化反应器或热交换器的结构的剖视图，其外圆周表面设置有具有根据本发明的第一类导流叶片或第二类导流叶片的环状分配器；

图2为说明多管催化反应器或热交换器的结构的剖视图，其外圆周表面设置有具有根据本发明的第三类导流叶片的环状分配器；

图3为沿着图1中线X-X’或线Y-Y’而截取的环状分配器的剖视图，其中根据本发明的实施例，环状狭缝层与第一类导流叶片安装在环状分配器中；

图4为沿着图1中线X-X’或线Y-Y’而截取的环状分配器的剖视图，其中根据本发明的另一个实施例，环状狭缝层、第一类导流叶片以及关断板(shutoff plate)安装在环状分配器中；

图5为沿着图1中线X-X’或线Y-Y’而截取的环状分配器的剖视图，其中根据本发明的另一个实施例，环状狭缝层、第一类导流叶片以及两个关断板安装在环状分配器中；

图6为沿着图1中线X-X’或线Y-Y’而截取的环状分配器的剖视图，其中根据本发明的另一个实施例，环状狭缝层与第一类导流叶片安装在环状分配器中；

图7为沿着图1中的线X-X’或线Y-Y’而截取的根据本发明实施例的具有狭缝层和第二类导流叶片的环状分配器的剖视图；

图8为沿着图1中的线X-X’或线Y-Y’而截取的根据本发明又一个实施例的具有狭缝层与两个第二类导流叶片的环状分配器的剖视图；

图9为沿着图2中的线X-X’或线Y-Y’而截取的根据本发明的实施例的具有狭缝层与第三类导流叶片的环状分配器的剖视图；

图10为沿着图2中的线X-X’或线Y-Y’而截取的根据本发明又一个实施例具有狭缝层与第三类导流叶片的环状分配器的剖视图；

图11为说明根据本发明的实施例的具有狭缝层与第三类导流叶片的环状分配器的不完全的立体图；

图12为说明根据本发明另一个实施例的具有狭缝层与第三类导流叶片的环状分配器的不完全的立体图；

图13为说明在发生催化气相氧化作用的反应器的反应管中的热产生分布的图表；

图14为说明多管催化反应器或热交换器的剖视图，其中具有第三类导流叶片的环状分配器设置在外圆周表面上，且环形挡板加装在反应器或热交换器内部对应于环状分配器的第三类导流叶片的位置；

图15为说明根据本发明的实施例的环状分配器的剖视图，其中示出了狭缝的位置与宽度；

图16为用于说明根据本发明的实施例的环状分配器中的狭缝的尺寸及分布的狭缝层的演变图；

图17为说明根据本发明的实施例的环状分配器中的狭缝的高度分布的例子的图表；

图18为说明在根据实施例1与对照实施例1所制造的反应器中发生的催化气相氧化作用中的热介质的流量分布的图表；

图19为说明在根据实施例2与对照实施例2所制造的环状分配器中，根据时间的流体的流量变化的图表，其中所述流在导管附近被二等分；

图20为对比说明在根据实施例3与对照实施例3所制造的反应器中发生的催化气相氧化作用中的平均热传递系数的图表；及

图21为对比说明在根据实施例3与对照实施例3所制造的反应器的反应管中发生的催化气相氧化作用中的温度的分布的图表。

具体实施方式

现详细参照本发明的范例性实施例。

具有环状分配器的反应器或热交换器

本发明的环状分配器可应用于将诸如热介质的流体供应到柱状催化反应器或热交换器，或将诸如热介质的流体从柱状催化反应器或热交换器中排出。特别地，本发明的环状分配器适于管壳式(shell-and-tube type)多管反应器或热交换器，其可用于催化气相氧化作用。

因此，根据本发明，所述反应器或热交换器包括具有至少一个狭缝层及至少一个导流叶片的环状分配器。作为使用反应器或热交换器的催化气相氧化作用的范例性的例子，其中有用烯烃制造不饱和醛或不饱和酸的过程。此过程包括无数个例子，如氧化丙烯或丙烷以制造丙烯醛与/或丙烯酸的过程，氧化异丁烯、叔丁基醇或甲基叔丁基醚以制造间丙烯醛与/或间丙烯酸的过程，氧化萘或邻二甲苯以制造邻苯二甲酸酐的过程，部分地氧化苯、丁烯或丁二烯以制造马来酸酐的过程等。

只要本发明的环状分配器应用于这样的柱状反应器，其使用不因为一种最终产物如(间)丙烯醛或(间)丙烯酸而受到限制。

在下文中，将针对用于多管催化反应器的环状分配器的特征来描述本发明，但并不限于多管催化反应器。

此处，热介质对应于流体的实施例，因此包括无数的例子，其中一个例子为具有高粘性的介质，如，熔盐。熔盐主要由硝酸钾与亚硝酸钠组成。热介质的另一个例子包括苯基醚(如，道氏热载体(Dowtherm))、聚苯(如，Therm S)、热油、萘衍生物(S.K.oil)、汞等。

图1为说明多管催化反应器的结构的剖视图，其外圆周表面设置有具有根据本发明的第一类导流叶片或第二类导流叶片的环状分配器。此外，图2为说明多管催化反应器的结构的剖视图，其外圆周表面设置有具有根据本发明的第三类导流叶片113的环状分配器。

如图1与图2所示，只要本发明的环状分配器具有柱状结构，此环状分配器的使用就不受反应器的反应气体或热介质的种类的限制。因此，本发明的环状分配器可应用于典型的热交换器，即，不直接应用于化学反应。

在图1与图2中，反应器包括固定在柱状外壳10内的多个管座30、31与32上的多个反应管40。管座30位于反应器的中心，将所述外壳分成两个外壳，并容许通过独立的热介质来调节反应温度。所述两个外壳分别设置有连接到热介质供应导管的环状分配器50和连接到热介质排出导管的环状分配器51。虽然如图1与图2所示的反应器包括四个环状分配器，但本发明不限制由外壳的分离造成的环状分配器的数量。通过该环状分配器供应的热介质60沿着由环形挡板20及盘状挡板25形成的沟槽流动。通过反应气体供应导管70供应的反应气体，经过多个反应导管40，然后再次被聚集并通过反应气体排出导管80排出。

环状分配器

本发明的环状分配器包括：

环状狭缝层，其安装在环状分配器的内圆周表面上，且具有至少一个用于排出或引入流体的狭缝；

至少一个开口，其形成于环状分配器的外圆周表面上且与流体供应导管及流体排出导管中的任意一个连接；及

至少一个导流叶片，其选自安装在环状分配器中的三类导流叶片，并分开从导管的供应来的流体的流量或聚集排出到导管的流体的流量，

此处，在所述三类导流叶片中，

第一类导流叶片的数量为两个或更多，其以纵向安装，并包括(i)第一垂直折流板，其与狭缝层分离并位于狭缝层与开口之间，及(ii)第二垂直折流板，其与第一垂直折流板不同轴且与第一垂直折流板内端及狭缝层连接；

第二类导流叶片沿着由环状分配器的内圆周表面形成的圆的直径的延伸线纵向安装，且从狭缝层与开口之间的一点连接到狭缝层；及

第三类导流叶片沿着环状分配器的内部在横向上安装，且与狭缝层及环状分配器的外圆周表面连接。

在本发明的环状分配器中，狭缝层指的是具有至少一个用于引入或排出流体的狭缝开口的环状层。此处，该环状层包括不连通的环状层，即，拱形层。一般，具有至少一个狭缝的狭缝层设置在环状分配器的内圆周表面上。

在本发明的环状分配器中，环状狭缝层包括单狭缝层和多狭缝层，在单狭缝层中具有至少一个狭缝的狭缝层的数量为一，在多狭缝层中具有至少一个狭缝的狭缝层的数量为两个或更多个。

而且，狭缝层内的狭缝的高度及宽度没有特别的限制。因此，高度及宽度可以相同，或必要时不同。每一个狭缝的形状没有特别的限制。因此，每一个狭缝的形状包括无数的例子，如四边形、圆形、卵形等。因此，狭缝可以规则或不规则地设置，即，在任意位置。

而且，在本发明的环状分配器中，流体供应导管或流体排出导管可连接到开口。

另外，构成第一类导流叶片的第一垂直折流板、第二类导流叶片和/或第三类导流叶片可以延伸超出开口，从而到达与开口连接的导管的内部。这样是为使从导管引入的流体的流量或排出到导管的流体的流量更有效地分开或聚集，以及抑制流体流的扰动从而使流体流均匀的分布在圆周方向上。

本发明的环状分配器可设置有关断板。具体来说，为防止由于在环状分配器中以相反方向流动的热介质相遇而产生的扰动，阻挡流体流的关断板可在环状分配器内纵向安装，其与环状分配器的纵截面大小相同。此时，当形成于环状分配器内的开口数量为一时，关断板在纵向上可安装在开口的中心轴的相对侧，即，从开口旋转180°的位置。而且，当形成于环状分配器内的开口的数量为两个或更多的时候，关断板可纵向安装在与由狭缝层形成的圆的圆心及两个相邻的开口的中心轴所限定的角度的一半对应的各个位置处。

在本发明的环状分配器中，导流叶片与关断板的厚度没有特别的限制，但是其优选为越薄越好。

本发明的环状分配器对材料没有特别的限制。环状分配器的材料包括无数的例子，如钢铁、SUS材料等。

同时，本发明的环状分配器可通过将至少一个具有预定尺寸的导流叶片焊接在环状分配器的内部，然后将至少一个经过机加工并弯曲成柱状的钢板所制成的狭缝层焊接在环状分配器内圆周表面来制造。如果狭缝层的数量为一，钢板不必另作要求，从而反应器或热交换器的外壳可用作环状分配器的内圆周表面。

在下文中，具有选自所述三类导流叶片中的至少一个导流叶片的环状分配器的特征将参照附图进行描述。然而，本发明的环状分配器并不局限于如下描述的具有单一类型的导流叶片的环状分配器。因此，具有这些导流叶片的组合的环状分配器落在本发明的范围之内。

具有第一类导流叶片的环状分配器

根据本发明的实施例，环状分配器被构造成使得具有至少一个用于排出或引入流体的狭缝的环状狭缝层安装在环状分配器的内圆周表面上，连接导管的开口得以形成在环状分配器的外圆周表面上，及第一类导流叶片得以纵向安装，其将从导管供应的流体的流量分开或将排出到导管的流体的流量聚集。为了描述此环状分配器，图3显示了沿着图1的线X-X’或线Y-Y’截取的的环状分配器的截面图。

在本发明的环状分配器中，第一类导流叶片111的数量为两个或更多，其以纵向安装，并包括(i)第一垂直折流板，其与狭缝层分离并位于狭缝层与开口之间，及(ii)第二垂直折流板，其不与第一垂直折流板同轴并且与第一垂直折流板内端及狭缝层连接。此时，由三项要素形成的角度是预定值的情况下，与第二垂直折流板连接的狭缝层优选为位于其上的点的位置，所述三要素包括由狭缝层形成的圆的圆心、开口的中心轴及狭缝层上的一点。

在图3中，构成第一导流叶片111的第一垂直折流板121延伸超出开口130，即，到达与开口连接的导管150的内部。因此，从导管引入的流体的流量或排放到导管的流体的流量被更加有效地分开或聚集，且流体流的扰动得以抑制，使得流体流在圆周方向可均匀地分布。

而且，从狭缝层90到第一垂直折流板121在外圆周方向上的外端的长度L越长越好，虽然长度L取决于导管如何连接，优选地，至少是环状分配器宽度520的一倍，使得流体流稳定且具有完全展开流。

在本发明的环状分配器中，为将从导管引入的流体的流量或排出到导管的流体的流量更有效地分开或聚集，以及将流体的流量均匀地分布在圆周方向上，第一类导流叶片的第一垂直折流板优选为平行于开口130的中心轴。

第一类导流叶片的第二垂直折流板可包括(a)第一基部122，其与第一垂直折流板的朝向狭缝层的一端连接且以拱形与狭缝层隔离开，及(b)第二基部123，其与第一基部的未与第一垂直折流板连接的一端连接，且与狭缝层上的一点连接。此时，第二基部123不需具有朝向由狭缝层所形成的圆的圆心的直线的形状，如图3所示，因此可以具有弯曲形状。

图3中，环状分配器50及51可通过四个纵向安装在环状分配器内的第一导流叶片111具有四个区域。在环状分配器的每个区域的流体的流量与方向可独立地调节或有机地调节。此时，环状分配器的每个区域内的流体的流量优选是均匀的，这是通过适当地调节每个第一导流叶片111的位置与长度而实现的。

在图3中，从与开口130连接的热介质供应导管150供应的热介质以恒速分布，优选地，通过纵向安装在环状分配器50内的第一类导流叶片111均匀分布，然后流入每个区域。然后，热介质经过狭缝层90内的狭缝，被引入反应器的内部100。当热介质经过狭缝层90时，其直接接触反应器的内部100处的反应管。与沿着由挡板形成的沟槽的反应管接触的热介质经过狭缝层内的狭缝，被引入另一个环状分配器51中。在没有由第一类导流叶片111产生的扰动的状态下，热介质以均匀的流量被再次聚集，然后通过排出导管150排出。

在具有根据本发明的第一类导流叶片的环状分配器中，当第一类导流叶片以每个开口的中心轴为基础分成两部分时，安装在一侧的导流叶片与安装在另一侧的导流叶片对称。这种对称性使得导流叶片易于安装从而使在被导流叶片分割的每个区域处的流体的流量是均匀的。

如图4和图5所示，本发明的环状分配器可设置有上述的关断板140。图4中，一个开口130设置在环状分配器上，且一个折流板140纵向设置在该开口的相对侧上。而且，图5中，两个开口130设置在环状分配器上，且两个关断板140纵向的安装在所述两个开口之间。

而且，在关断板安装在环状分配器内的情况下，每个第一类导流叶片安装在从开口的中心轴到关断板之间的区域中。因此，每一个第一类导流叶片都优选为防止通过关断板。

在本发明中，第一类导流叶片可以是多个导流叶片，其中2n个导流叶片独立地安装在每个开口(此处，n是1或更大的整数)。即，第一类导流叶片可以是与每个开口对应的偶数个第一类导流叶片。然而，第一类导流叶片不必要在每个开口处安装相同的数量，而优选的是安装成避免相互抵触。

而且，第一类导流叶片可是多个导流叶片，其中2n个导流叶片独立地安装在每个开口(此处，n是1或更大的整数)，因此在安装在每个开口的多个导流叶片中，位于在以每个导流叶片的第一基部形成的圆的圆心为基准的最外侧的导流叶片被称为第一导流叶片，然后其它导流叶片称为第二导流叶片、第三导流叶片，...，及第m导流叶片，其顺次位于朝向圆的圆心(此处，m是2或更大的整数)。

在这种情况下，在环状分配器的外圆周表面的半径(R_out)与由第一导流叶片的第一基部形成的圆的半径(R₁)之间的差值(R_out-R₁)，由第一导流叶片的第一基部形成的圆的半径(R₁)与由第二导流叶片的第一基部形成的圆的半径(R₂)之间的差值(R₁-R₂)，...，由第(m-1)导流叶片的第一基部形成的圆的半径(R_m-1)与第m导流叶片的第一基部形成的圆的半径(R_m)之间的差值(R_m-1-R_m)，每个差值可以在200mm与700mm之间范围内，或在环状分配器的内圆周表面的半径(R_in)的5％与20％之间的范围内。

图6中，作为例子，四个第一类导流叶片安装为与一个开口对应，并以开口的中心轴对称。此时，当位于由每一导流叶片的第一基部形成的圆的圆心为基准的外侧上的导流叶片称为第一导流叶片，而位于以此圆的圆心为基准的内侧上的其它导流叶片称为第二导流叶片时，环状分配器的外圆周表面的半径(R_out)与由第一导流叶片的第一基部形成的圆的半径(R₁)之间的差值(R_out-R₁)，及由第一导流叶片的第一基部形成的圆的半径(R₁)与由第二导流叶片的第一基部形成的圆的半径(R₂)之间的差值(R₁-R₂)，每个差值可以在200mm与700mm之间范围内，或在环状分配器的内圆周表面的半径(R_in)的5％与20％之间的范围内。

而且，为有效地分开从导管引入的流体的流量或聚集排出到导管的流体的流量，并且防止此过程中的扰动，第一类导流叶片优选为具有与环状分配器的高度510相等的高度。

具有第二类导流叶片的环状分配器

根据本发明的实施例，环状分配器被构造成使得第二类导流叶片沿着从由环状分配器的内圆周表面形成的圆的直径延伸出的直线的方向纵向安装在环状分配器内，且从狭缝层与开口之间的一点连接到狭缝层。为了描述该环状分配器，如图7图8所示为沿着图1的线X-X’或线Y-Y’而截取的的环状分配器的剖视图。

为了将从导管150引入的流体的流量或排出到导管150的流体的流量更有效地分开或聚集，及防止流体流的扰动，第二类导流叶片112可安装以便从狭缝层90与开口130之间的一点连接到狭缝层90。

第二类导流叶片112优选的是沿着由环状分配器的内圆周表面形成的圆的直径延伸出的直线的方向，且同时是连接开口130的导管的入口与出口的截面的直径轴的方向安装。例如，第二类导流叶片112可沿着图7中的180°方向纵向安装。

如果第二类导流叶片没有沿着由环状分配器的内圆周表面形成的圆的直径延伸出的直线的方向，且同时是连接开口130的导管的入口与出口的截面的直径轴的方向安装，则从导管引入的流体的流或排出到导管的流体的流不平稳从而产生扰动，这不是优选的。而且，如果第二类导流叶片沿着由环状分配器的内圆周表面形成的圆的直径延伸出的直线的方向，且同时是连接开口130的导管的入口与出口的截面的直径轴的方向安装，则从导管引入的流体的流量基于第二类导流叶片可以以相同的流量被分开，或排出到导管的流体的流量基于第二类导流叶片可以以相同的流量被聚集。

在本发明的环状分配器具有至少两个开口130，且每个开口都与导管150连接的情况下，第二类导流叶片112在导管所处的每个区域处的数量可为零或一个。然而，为了保证流体的流入或流出平稳而没有扰动，第二类导流叶片的数量优选为一个或更多。

在图7中，从连接到开口130的热介质供应导管150供应的热介质可通过图3中描述的路径被引入到环状分配器50中，且可从环状分配器51排出。

在图8中，环状分配器具有两个开口130与两个第二类导流叶片112，其中两个开口中的每一个都与导管连接。第二类导流叶片112沿着由环状分配器的内圆周表面形成的圆的直径延伸出的直线的方向，且同时是连接到开口130的导管的入口与出口的截面的直径轴的方向，即，0°与180°而安装。

每个第二类导流叶片的形状没有特别的限制。第二类导流叶片的形状包括无数的例子，如三棱柱、四角柱、椭圆柱、半椭圆柱、半圆形柱、十字棱柱、板状等。而且，为将从导管引入的流体或通过导管排放的流体更有效地分开或聚集，并且及防止此过程中的扰动，第二类导流叶片优选为具有与环状分配器的高度510相等的高度。

在第二类导流叶片中，从内圆周表面到朝向外圆周表面的一端的长度优选为至少是环状分配器的宽度520的一半。如果第二类导流叶片的从内圆周表面到朝向外圆周表面的一端的长度小于环状分配器的宽度520的一半，则因为流体会与内圆周表面碰撞从而受到扰动的流的影响，安装第二类导流叶片的效果会差。相反的，因为第二类导流叶片的最大长度取决于导管如何连接，所以无法限制。因此，通过形成尽可能长的长度，第二类导流叶片优选为位于流体流稳定且具有完全展开流的部分。

具有第三类导流叶片的环状分配器

为了说明具有根据本发明的实施例的第三类导流叶片的环状分配器，其中导流叶片沿着分配器的内部横向安装且与狭缝层及外圆周表面连接，图9和图10为沿着图2的线X-X’或线Y-Y’截取的剖视图。

参照图9，狭缝层90安装在环状分配器50、51的内圆周表面上，且环形第三类导流叶片113沿着环状分配器的内部安装。

参照图10，第三类导流叶片113沿着环状分配器的内部安装且延伸到与开口130连接的导管150的内部。第三类导流叶片插入导管的延伸长度没有特别的限制。

参照图11和12，其中每个图都说明了环状分配器的一部分，流体如从连接开口130的热介质供应导管150供应的热介质被第三类导流叶片113分成区域A与区域B的两个区域，第三类导流叶片沿着环状分配器50的内部横向安装。每个分隔区域内的热介质通过狭缝层上的狭缝200进入到反应器内部100。

上述通过狭缝层90的热介质，直接接触反应器内部100内的反应管。与反应管接触的热介质沿着由挡板限定的路径流过狭缝层90内的狭缝200然后进入到另一个环状分配器51。然后，热介质由第三类导流叶片聚集并由排出导管150排出。

根据本发明的环状分配器，环状分配器的由第三类导流叶片分隔出的至少两个区域可独立地调整狭缝层上的狭缝的尺寸及位置。例如，在图11中，在环状分配器的由第三类导流叶片分隔成的诸如区域A与区域B的两个区域中，狭缝层90上的狭缝200的尺寸及位置可独立地调整。

在本发明的环状分配器中，在由第三类导流叶片分割出的每个区域中的狭缝开口的总面积与流量的分布有关，且狭缝的尺寸与位置的调整与圆周方向上的介质的流动均匀性的改善有关。因此，如果环状分配器的由第三类导流叶片分隔出的每个区域内的狭缝的尺寸与位置都独立调整，则进入每个区域的流量可以调整且朝向反应器内部的圆周流可设定为均匀的。

另外，在环状分配器内由第三类导流叶片分隔出的至少两个区域可共用狭缝层上的狭缝。例如，如图12所示的狭缝层90上的狭缝200不能对于区域A与区域B分开调整，但可被区域A与区域B共用。

即使环状分配器内的由第三类导流叶片分隔出的区域共用狭缝，狭缝的尺寸与位置可根据导流叶片的位置相对地调整，以便控制进入到每个区域的流量并且将在圆周方向上进入反应器的流设定均匀。

此外，如图11和12所示，区域A与区域B由单个第三类导流叶片113分隔而成，每个区域与每个区域内狭缝200的总尺寸的比例可根据引入每个区域内的流量的分割方式而适当地调整。即，流量分布可根据每个区域发生的压力损失而变化。压力损失可根据每个区域内的狭缝开口的总面积而变化。例如，在尝试将来自流体供应导管的流量的70％引入区域A而将30％的流量引入区域B的情况下，优选为在区域A中的狭缝开口的总面积被设定为大于区域B中狭缝开口的总面积。特别地，区域A中狭缝开口的总面积与区域B中的狭缝开口的总面积的比例被设定为70∶30。这对于减小压力损失是优选的。

参照图2与图11(或图12)，在具有本发明的环状分配器的反应器中，与环状分配器内的由第三类导流叶片分隔出区域A相对应的反应器的位置可作为整个反应器的催化气相氧化作用的起始点，在此，反应可最剧烈且热产生量最大。此外，参照图13说明了在发生催化气相氧化作用的反应器的反应管中的热产生分布，在对应于环状分配器的区域A的反应管中热产生最大。

在这种情况下，第三类导流叶片的位置可调整使得更多的热介质得以引入由第三类导流叶片分隔出的区域A内。当更多的热介质进入区域A，可以提高高热产生区域的热传递系数从而抑制热点的积累。

此外，环状分配器内部可安装两个(2)或更多第三类导流叶片用以将环状分配器分隔成三个(3)或更多区域从而更精密地调节温度。因此，在本发明的环状分配器中，第三类导流叶片的数量没有限制。

具有根据本发明的第三类导流叶片的环状分配器设置在反应器或热交换器的外圆周表面上，从而可供应或排出流体，如热介质。

此时，在具有带第三类导流叶片的环状分配器的反应器或热交换器中，环形挡板可附加安装在反应器或热交换器的内部，其对应于环状分配器内的第三类导流叶片的安装位置。

图14为说明多管催化反应器或热交换器的剖视图，其中具有第三类导流叶片的环状分配器50与51设置在外圆周表面内，且其中环形挡板附加安装在反应器或热交换器内部对应于环状分配器内第三类导流叶片的位置。

图14中，当环形挡板21附加安装在反应器或热交换器内部，被引入到环状分配器的区域，如图11(或图12)的区域A与区域B内的热介质，得以独立地流到下一个通道。附加安装的环形挡板21的位置可取决于通道内的具有高热值的部分的定位而安装在适当的位置，且可安装为高度等于第三类导流叶片在环状分配器内安装的高度。

而且，在根据本发明的反应器中，环状分配器可安装在反应器或热交换器内热点产生的位置。此时，本发明的环状分配器优选为被安装使得在环状分配器中由第三类导流叶片分隔成的至少两个区域中，具有在流体流量被调节到最大程度处的狭缝尺寸总数的区域，对应于反应器中热点产生的位置。

狭缝

参照图15，现描述环状分配器的狭缝层上用于供应/排出诸如热介质的流体的狭缝的位置及尺寸(优选为宽度)。

在本发明的环状分配器中，狭缝层90上的狭缝层200的形状没有特别的限制。狭缝200的例子包括但不局限于矩形、圆形、卵形、椭圆形等等。

狭缝层上的狭缝优选为在两个相邻的狭缝与狭缝层的圆的圆心之间具有4°至8°的角度α，及1°至3°的宽度角β，其由每个狭缝在宽度方向上在圆的圆心周围的相对端限定。

当两个相邻的狭缝与圆心之间的角度α小于4°时，狭缝的数量过多，这将依次使狭缝层的制造变得困难或造成结构问题。当两个相邻的狭缝与圆心之间的角度α大于8°时，狭缝的数量过少，这会依次使得环状分配器难以在径向上将热介质均匀地供应到反应器内。

限定狭缝位置的角度α与限定狭缝宽度的角度β被设定为在上述的范围内的一个值，以将狭缝以同样的角度定位，但是有些狭缝可具有不同的宽度以促进均匀流动。即，狭缝位置可以以预设的角度α分布，但在热介质离开或进入的区域内的某些狭缝可具有在预设角度之外的宽度角β。

例如，在流体供应导管或流体排出导管连接到180°的点处，且0°至180°的角度范围被分成x个子区域(此处x为2或更大的整数)，其中，第一区域被设定为最靠近0°，而第二到第x区域被依次设定直到180°，第x区域的流动模式严重变化(其变化程度根据流量来确定)。因此，优选为通过将一个或两个狭缝的宽度调整为β至2β来分布流量。

参照图16，将更详细地讨论狭缝的尺寸，特别是在狭缝层上的狭缝高度。

优选地，狭缝层上的狭缝的高度220在100mm至1000mm范围内，或是环状分配器高度510的10％至70％，或在环状分配器内由第三类导流叶片分隔出的每个区域的高度530的10％至70％。

在这种情况下，狭缝层上的狭缝可调整成具有相同或不同的高度。

特别地，在本发明的环状分配器中，狭缝层上的狭缝的高度可根据下面的条件来调整。

(a)在流体供应导管或流体排出导管连接到180°的点时，且0°至180°的角度范围在狭缝高度上独立地被分成x个子区域(此处x为2或更大的整数)，其中，第一区域被设定为最靠近0°，而第二至第x区域被依次设定直到180°，整个狭缝高度从第一区域到第x-1区域增加，但每个区域内的狭缝具有一致的高度。在第x区域中，狭缝高度被调整降低到流体供应或排出导管。

(b)在180°至360°区域中的狭缝的高度被设定成对称于在0°到180°区域内的狭缝的高度。

尽管为简洁起见，图16中所示的狭缝高度220是相同的，然而圆周的0°到180°区域优选为分隔成两个或更多个区域，其中狭缝高度得以调整。

在热介质供应/排出导管被设置在180°方向出的情况下，在180°至360°区域中的狭缝优选为被设定成与0°至180°区域内的狭缝对称。这种对称性可根据热介质供应/排出导管的位置与数量而可变化地应用，且本发明不限于此。

狭缝220的高度能够根据热介质供应/排出导管的位置而被可变地分成任何区域。如，当热介质供应/排出导管设置在180°时，如果0°至180°区域被分成三个区域如0°～45°、45°～135°以及135°～180°区域，狭缝高度得以改变且180°至360°的区域被设定为对称于0°至180°区域。因此，狭缝高度在整个圆周上每90°即改变。如果0°至180°的区域被分成四个区域，即0°～30°、30°～90°、90°～150°以及150°～180°的区域，则狭缝高度得以改变。在这种情况下，狭缝高度在整个圆周上每60°即改变。一般而言，当0°至180°区域被分成x个区域且每个区域内的狭缝高度与其它区域不同时，第一与第x区域分别被0°至180°/2(x-1)以及180°-180°/2(x-1)至180°分隔，且每个区域可以以每个180°/(x-1)分隔。

然而，在本发明中，在0°至180°的区域被分成x个区域且每个区域内的狭缝的高度与其它区域不同的情况下，每个分隔出的区域不必保持一致的角度，但是可改变为任何值。

在0°至180°的区域被分成四个(4)区域且热介质供应/排出导管根据图16位于180°的位置的情况下，狭缝高度220分布如图17所示。参照图17，狭缝高度从区域a至区域c增加，且每个区域中的高度保持恒定，但在区域d中的狭缝高度降低至热介质供应/排出导管。

狭缝高度是根据下面的原因而调整的。即，由于热介质供应/排出导管所处的区域d具有聚集的流量且随着圆周位置的不同而在流量上有很大的变化，优选为连续地改变狭缝尺寸。同样优选的是，将其它区域设定为具有随着远离热介质导管逐步减小的狭缝尺寸，使得当热介质移动离开热介质导管时热介质的流量不会集中。

如图15所示，由于狭缝角度β被调整为1°至3°，狭缝层上的狭缝开口的宽度230由狭缝层的圆的直径来确定。同样，由于角度α被调整为4°至8°，所以相邻的两个狭缝的中心之间的长度210由狭缝层的圆的直径来确定。

实施例

现描述本发明的实施例。然而，应该理解下面的实施例是范例性的，而不是对本发明的限制。

实施例1

如图4所示，具有环状狭缝层与第一类导流叶片的环状分配器与具有同样环状分配器的反应器得以制造。环状分配器与反应器被设定为符合下面的尺寸。

环状分配器的宽度520：400mm

环状分配器的高度510：600mm

环状狭缝层：单一狭缝层

狭缝的数量：60

每个狭缝的宽度：72.43mm

每个狭缝的高度：300mm

第一类导流叶片的起始点(第一垂直折流板的端部在外圆周方向上)：从内圆周到外圆周1000mm

第一类导流叶片的高度：600mm(与环状分配器高度相同)

第一类导流叶片的数量：4

关断板：1，相对于开口的中心轴

反应器直径：4150mm

对照实施例1

除了第一类导流叶片与关断板外，环状分配器与反应器采取与实施例1相同的规格制造。

实验1：环状分配器中流量分布的测量

在按照实施例1与对照实施例1所制造的反应器中的催化气相氧化作用期间，根据狭缝的热介质的流量分布得以测量，且结果如图18所示。

参照图18，在配备有本发明的第一类导流叶片的环状分配器中(实施例1)，热介质的流量基本上是均匀的且不会因为狭缝位置而有明显的差别。相反，在没有第一类导流叶片的环状分配器中(对照实施例1)，邻近热介质供应导管而设置的某些狭缝(狭缝编号25至36)其流量因为内部扰动而显示出很大的变化，且设置为与热煤供应导管相对的其它的狭缝(狭缝编号0至6以及55至60)也显示出流量的很大的变化。

因此，可以看到，配备有本发明的第一类导流叶片的环状分配器(实施例1)能够在没有任何内部扰动下保持均匀流。

实施例2

如图7所示的具有狭缝层与第二类导流叶片的环状分配器及具有相同环状分配器的反应器得以制造。环状分配器与反应器被设定为符合下面的尺寸。

狭缝层的直径：4150mm

狭缝层的高度：300mm

狭缝层内狭缝的宽度：72.43mm

狭缝层内的狭缝的分布：6°(角度是由两个相邻的狭缝相对于狭缝层圆的圆心限定的)

环状分配器的导管的宽度：400mm

第二类导流叶片的形状：三棱柱

第二类导流叶片的长度：1000mm

对照实施例2

除了第二类导流叶片外，环状分配器与反应器采取与实施例2相同的规格制造。

实验2：环状分配器中流量分布的测量

在按照实施例2与对照实施例2所制造的环状分配器中，导管周围分为两半的流体的流量改变是根据时间测量的，结果如图19所示。在流体被第二类导流叶片分开后，用超音波流量计测量在图7的C点或D点处的流体的流量。

参照图19，在具有第二类导流叶片的环状分配器中(实施例2)，在导管周围的导流叶片的一个方向，即在环状分配器的一个方向160、161上流动的流体(热介质)的流量保持稳定而没有随时间发生大幅变化。另一方面，在没有第二类导流叶片的环状分配器中(对照实施例2)，导管周围分成两半的流体的流量会随着时间发生大幅变化。因此，可以看到，配备有本发明的第二类导流叶片的环状分配器(实施例2)能够保持均匀流而没有任何内部扰动。

实施例3

如图11与图14所示的具有狭缝层与第三类导流叶片的环状分配器及具有同样环状分配器的反应器得以制造。环状分配器与反应器被设定为符合下面的尺寸。

环状分配器的宽度520：400mm

环状分配器的高度510：600mm

第三类导流叶片的宽度：400mm(与环状分配器的宽度相同)

第三类导流叶片的位置：环状分配器的高度的400mm位置点(即下(区域A)狭缝层高度：400mm，上(区域B)狭缝层高度：200mm)

下(区域A)狭缝层中的狭缝的宽度230：72.43mm

下(区域A)狭缝层中的狭缝的高度220：区域a(100mm)，区域b(150mm)，区域c(200mm)，区域d(100至300mm)

上(区域B)狭缝层中的狭缝的宽度230：72.43mm

上(区域B)狭缝层中的狭缝的高度220：区域a(50mm)，区域b(100mm)，区域c(150mm)，区域d(100至200mm)

上/下(区域A与B)狭缝层中的狭缝的分布与数量：6°(角度是由两个相邻的狭缝相对于狭缝层圆的圆心限定的)及上/下区域(区域A与区域B)各60个狭缝

反应器直径：4150mm

第一环形挡板的开口的直径：1700mm

附加环形挡板的开口的直径：1800mm

第一通道(H1)的高度(从底部管板32到第一环形挡板的高度)：1200mm

从底部管板32到附加环形挡板21的高度H2：600mm

从附加环形挡板21到第一环形挡板20的高度H3：600mm

对照实施例3

不具有第三类导流叶片的环状分配器与具有同样环状分配器的反应器按照下面尺寸来制造。

环状分配器的宽度：400mm

环状分配器的高度：600mm

狭缝层内的狭缝的宽度：72.43mm

狭缝层内的狭缝的高度：区域a(100mm)，区域b(150mm)，区域c(200mm)，区域d(100～300mm)

狭缝层内的狭缝的分布与数量：6°(角度是由两个相邻的狭缝相对于狭缝层圆的圆心限定的)及60个狭缝

反应器的直径：4150mm

第一环形挡板的开口的直径：1700mm

第一通道的高度H1：1200mm

实验3：反应器内平均热传递系数的测量

在按照实施例3与对照实施例3所制造的反应器内的催化气相氧化作用期间，测量平均热传递系数，结果如图20所示。

对照实施例3具有由在第一通道中的平均值代表的热传递系数。

另一方面，在实施例3的情况下，附加环形挡板限定两个通道从而热传递系数可通过两个平均热传递系数来表示。第一平均热传递系数为在从底部管板32到附加环形挡板的高度H2处的平均热传递系数，而第二平均热传递系数是在从附加环形挡板到第一环形挡板的高度H3处的平均热传递系数。在这种情况下，可理解为，，在从底部管板32到附加环形挡板的高度H2处的平均热传递系数大于第一通道的高度H1处的平均热传递系数，而在从附加环形挡板到第一环形挡板的高度H3处的平均热传递系数相反地小于第一通道的高度H1处的平均热传递系数。

因此，从底部管板32到附加环形挡板的高度H2处的升高的热传递系数能够抑制此区域中热点的积累。从附加环形挡板到第一环形挡板的高度H3处降低的热传递系数也高于通常用在热交换器或反应器设计中最小平均热传递系数。

实验4：反应器的反应管内部温度分布的测量

在按照实施例3与对照实施例3制造的反应器内的催化气相氧化作用期间，测量反应管内部的温度分布，结果如图21所示。

在实施例3的情况下，如图20中反应器内部平均热传递系数的测量所显示，在从附加环形挡板到第一环形挡板的高度H3处的热传递系数降低至甚至比对照实施例3的热传递系数低。因此，高度H3处的温度稍微升高。然而，由于从底部管板32到附加环形挡板的高度H2处的热传递系数比对照例的热传递系数升高得更多，因此，发生在高度H2处的热点的温度显著下降。因此，实施例3中制造的反应器能够抑制具有剧烈反应发生区域内热点的积累。产业实用性

本发明的环状分配器可在环状分配器的若干圆周位置以均匀且小的流量引入或排出流体，如热介质，从而改善流量的分布。因此，这能够防止由设备(例如，多管催化反应器或热交换器)中的流体流动引起的内部扰动，同时使设备内的流体具有均匀的温度分布，所述设备通过环状分配器接收或排出流体。此外，本发明能够抑制热点在反应器中的发展。

另外，具有本发明的第三类导流叶片的环状分配器可根据轴向位置来调节进入/流出反应器或热交换器的流体的量，并根据轴向位置应用不同的流量，甚至是在由反应器中的挡板结构确定一个通道中，以便将流体流集中在反应剧烈的热点处，从而抑制局部温度的上升。

因此，通过更稳定的操作与更低的能量，具有本发明的环状分配器结构的反应器可通过包括丙烯或异丁烯的气体的催化气相氧化作用以更高的产量来生产(间)丙烯酸及/或(间)丙烯醛，从而延长催化剂的寿命。

虽然已经结合目前为止被认为是最可行的及优选的实施例对本发明进行了描述，但应理解的是，本发明并不局限于公开的实施例及附图。相反，本发明意在涵盖落在随附的权利要求的范围内的各种修改及变化。

Claims (21)

1.一种环状分配器，包括：

环状狭缝层，其安装在所述环状分配器的内圆周表面上，且具有至少一个用于排出或引入流体的狭缝；

至少一个开口，其形成在所述环状分配器的外圆周表面上且与流体供应导管及流体排出导管中的任意一个相连；及

至少一个导流叶片，其选自安装在所述环状分配器内的三类导流叶片，且分开从流体供应导管供应的流体的流量或聚集排出到流体排出导管的流体的流量，

其中，在所述三类导流叶片中，

第一类导流叶片的数量为两个或更多个，纵向安装，且包括(i)第一垂直折流板，其与所述狭缝层分隔开且位于所述狭缝层与所述开口之间，及(ii)第二垂直折流板，其不与所述第一垂直折流板同轴且与所述第一垂直折流板的内端及所述狭缝层这两者连接；

第二类导流叶片，其沿着由所述环状分配器的内圆周表面形成的圆的直径的延长线的纵向安装，且从所述狭缝层与所述开口之间的一点连接到所述狭缝层；及

第三类导流叶片，其沿着所述环状分配器的内部的横向安装，且与所述狭缝层及所述环状分配器的外圆周表面连接。

2.如权利要求1所述的环状分配器，其中所述开口与所述流体供应导管或流体排出导管连接。

3.如权利要求1所述的环状分配器，其中所述第一类导流叶片的第一垂直折流板、第二类导流叶片及第三类导流叶片中的至少一个延伸到所述开口外。

4.如权利要求1所述的环状分配器，进一步包括关断板，其纵向安装在所述环状分配器的内部，所述关断板的尺寸与所述环状分配器的纵向截面相同，以截断流体流，

其中如果所述开口包括单个开口，则所述关断板与所述开口的中心轴相对而安装，且如果所述开口包括至少两个开口，则所述关断板安装在由所述狭缝层的圆的圆心及两个相邻的开口的中心轴限定的角度的1/2位置处。

5.如权利要求1所述的环状分配器，其中在外圆周方向上从所述狭缝层到所述第一类导流叶片的第一垂直折流板的一端的长度至少是所述环状分配器的宽度的一倍。

6.如权利要求1所述的环状分配器，其中所述第一类导流叶片的第一垂直折流板平行于所述开口的中心轴。

7.如权利要求1所述的环状分配器，其中所述第一类导流叶片的第二垂直折流板包括：

(a)弧形的第一基部，其连接到所述第一垂直折流板的朝向所述狭缝层的一端且与所述狭缝层分开；及

(b)第二基部，其连接到所述第一基部的未与所述第一垂直折流板连接的一端，且连接到所述狭缝层上的一点。

8.如权利要求1所述的环状分配器，其中所述第一类导流叶片包括关于每个开口的中心轴被分成两侧的多个导流叶片，在一侧的导流叶片与在另一侧的导流叶片对称。

9.如权利要求1所述的环状分配器，其中所述第一类导流叶片包括多个导流叶片，其中2n个导流叶片独立地安装到每个开口，此处n为1或更大的整数。

10.如权利要求1所述的环状分配器，其中所述第一类导流叶片包括多个导流叶片，其中2n个导流叶片独立地安装到每个开口，此处n为1或更大的整数，从而在安装到每个开口的多个导流叶片中，位于以每个导流叶片的第一基部形成的圆的圆心为基准的最外侧的导流叶片被称为第一导流叶片，然后朝向所述圆的圆心依次布置的其它导流叶片被称为第二导流叶片、第三导流叶片、...、第m导流叶片，此处m为2或更大的整数，

所述环状分配器的外圆周表面的半径R_out与由所述第一导流叶片的第一基部形成的圆的半径R₁之间的差值，由所述第一导流叶片的第一基部形成的圆的半径R₁与由所述第二导流叶片的第一基部形成的圆的半径R₂之间的差值，...，由所述第m-1导流叶片的第一基部形成的圆的半径R_m-1与由所述第m导流叶片的第一基部形成的圆的半径R_m之间的差值，每个所述差值都在200mm与700mm之间的范围内，或在所述环状分配器的内圆周表面的半径R_in的5％与20％之间的范围内。

11.如权利要求1所述的环状分配器，其中所述第二类导流叶片沿着所述导管的入口或出口截面的直径方向安装。

12.如权利要求1所述的环状分配器，其中所述第二类导流叶片的形状选自由三棱柱形、四棱柱形、椭圆柱形、半椭圆柱形、半圆柱形、十字棱柱形及板形所组成的组。

13.如权利要求1所述的环状分配器，其中所述第二类导流叶片的从内圆周表面延伸至朝向外圆周表面的一端的长度为所述环状分配器的宽度的0.5或更大。

14.如权利要求1所述的环状分配器，其中所述第三类导流叶片将所述环状分配器分成至少两个区域，其中每个所述区域独立地调节存在于所述狭缝层上的狭缝的尺寸与位置。

15.如权利要求1所述的环状分配器，其中所述第三类导流叶片将所述环状分配器分成至少两个区域，所述区域共用存在于所述狭缝层上的狭缝。

16.如权利要求15所述的环状分配器，其中所述存在于所述狭缝层上的狭缝具有被调节为由下面高度组成的组中的高度：

100至1000mm的范围；

相对于所述环状分配器的高度的10％至70％的范围；和

相对于所述环状分配器的由所述第三类导流叶片分成的每个区域的高度的10％至70％的范围。

17.一种反应器或热交换器，其包括如权利要求1至16中任意一项所述的环状分配器。

18.如权利要求17所述的反应器或热交换器，进一步包括环形挡板，其安装在所述反应器或热交换器内部对应于环状分配器内部的安装所述第三类导流叶片的位置。

19.如权利要求17所述的反应器或热交换器，其中所述环状分配器布置在所述反应器或热交换器内部的预期产生热点的位置。

20.如权利要求19所述的反应器或热交换器，其中所述环状分配器被安装使得在环状分配器中由第三类导流叶片分隔成的至少两个区域中，具有在流体流量被调节到最大程度处的狭缝尺寸总数的区域，对应于反应器中热点产生的位置。

21.一种通过在如权利要求17所述的反应器内的催化气相氧化反应用烯烃来制造不饱和醛或不饱和酸的方法。

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