CN102688725B - 一种热板式反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于化工生产中流体催化反应和传热过程的热板式反应器。它可克服现有技术存在的点焊处应力集中，易泄漏，制造工艺复杂等缺陷。其技术方案：热板单元竖直安装在反应器壳体内的卡槽上，上连接冷却介质分配管，下连接冷却介质收集管；在壳体的上方安装有上端盖，设有气体出口，在壳体下方安装有下端盖，设有气体进口、人孔；在壳体两侧设有膨胀节，壳体上部设有催化剂装填孔，下部设有催化剂卸载孔；热板单元由金属板及扰流柱构成；热板单元下方安装有催化剂栅板；卡槽焊接固定在催化剂栅板上。本反应器降低了热板元件点焊处开裂泄露的风险；简化了生产制造工艺；提高了换热效率；充分有效的利用了反应器的内部空间。

Description

一种热板式反应器

技术领域

本发明涉及一种用于化工生产中流体催化反应和传热过程，尤其适用于气固相催化反应床内采用热板进行移热的热板式反应器。

背景技术

在化学工艺过程中，已知流体为气态、液态或气液混合的很多氧化反应，这些反应在多相颗粒催化剂的作用下进行，通常是放热的，常常是强放热。为了提高反应器的效率，需要及时把反应热移出以降低催化剂床层温度。在工业反应器中，曾广泛使用的是管壳式反应器，其化学反应热的传递是通过冷却管换热元件完成的，这种反应器的主要缺点是：（1）换热管内壁有滞留边界层，热阻大，传热系数小，换热效率低；（2）为保证换热效果，不得不增加管数，金属耗材量大；（3）管子排布致密，使催化剂装填空间过小，催化剂装卸困难；（4）反应器的材质要求高，又要大直径厚管板，制造难度大；（5）反应器装填催化剂的利用率低，直径很大，从而严重制约其单系列生产能力的大型化。

针对上述缺点，近年来发展了热板式反应器，将传统的冷却管换热元件改为热板式换热元件，热板式换热元件的结构是两块金属板周边密封焊接，金属板中间通过点焊形成网状通道，强化换热效果。热板式反应器的主要目的是解决传热系数小的问题，提高了反应器的换热效率，但与此同时又出现另一些问题：（1）热板元件的金属板通过点焊结合在一起，造成金属板的几何变形，在点焊处产生应力集中，增加了点焊处开裂的风险，易造成泄漏现象；（2）要使金属板膨胀形成中空结构，需压力流体泵送步骤，易导致金属板过分分开形成裂缝；（3）为防止金属板过分膨胀，必须使用外部限制元件或装置，使得制造工艺相当复杂；（4）热板是矩形结构，与圆筒形的反应器结合时，在热板单元周边与反应器壳体结合部会存在非等温区域无法进行等温反应，浪费了反应器的有效反应空间；（5）为防止气体在非等温区域流过，需在热板单元与反应器之间设置复杂的密封装置。

发明内容

本发明的目的是：为了克服现有热板式反应器存在的金属板几何变形，点焊处应力集中，易泄漏，制造工艺复杂等缺陷，特提供一种热板式反应器。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种热板式反应器，包括壳体、上端盖、下端盖、热板单元、扰流柱、卡槽，其特征是：热板单元竖直安装在反应器壳体内部的卡槽上，热板单元上端连接冷却介质分配管，热板单元下端连接冷却介质收集管；在壳体的上方安装有上端盖，在上端盖上设置有气体出口，在壳体下方安装有下端盖，在下端盖上设置有气体进口，在下端盖侧面设置有人孔；在壳体两侧中部设置有膨胀节，壳体上部设置有催化剂装填孔，壳体下部设置有催化剂卸载孔；在热板单元下方安装有催化剂栅板；热板单元由10～15块热板元件平行竖直放置并由橡胶减震器相互连接在一起，相邻的热板元件之间的间距相等。 

上述热板元件是由两块金属板及26～30个扰流柱构成，金属板材质为不锈钢，厚度为1mm，两块金属板之间的内侧距离为10mm；在两块平行放置的金属板之间焊接扰流柱，扰流柱将两块金属板连接起来并支撑，将金属板周边焊接形成一个密闭的长方体结构。

上述壳体与上端盖及下端盖均为长方体结构，与热板单元相匹配。

上述扰流柱为圆柱形，长度与直径比为1:1，扰流柱的长度为10mm，扰流柱的材料为不锈钢，扰流柱在金属板上以三角形交叉布置。扰流柱具有扰流子的作用，并对金属板起支撑作用，使金属板承受更大的压力，从而可减小金属板的厚度，提高换热效率。

上述卡槽焊接固定在催化剂栅板上，相邻卡槽之间保持平行，相邻的卡槽之间的间距长度与相邻的热板元件之间的间距长度相等；卡槽的宽度与热板元件的宽度相等，卡槽与热板元件之间采用间隙配合以方便热板元件的安装及更换。

本发明的有益效果是：（1）热板单元的金属板通过扰流柱点焊结合在一起，既保留了强化传热效果，又不使金属板变形，不会在点焊处产生应力集中，大大降低了点焊处开裂泄露的风险；（2）无需压力流体的泵送步骤及复杂的外部限制元件或装置，大大简化了生产制造工艺；（3）扰流柱除了具有扰流子的作用，还对金属板起支撑作用，使金属板承受更大的压力，从而可减小金属板的厚度，提高换热效率；（4）壳体与上下端盖为长方体结构，与热板单元相匹配，在热板单元周边与反应器壳体结合部不会出现非等温区域，充分有效的利用了反应器的内部空间。

附图说明

图1为本发明热板式反应器的纵向截面结构示意图。

图2为本反应器根据图1沿A-A平面的横截面示意图。

图3为本反应器热板元件7的结构示意图。

图4为本反应器根据图3沿B-B平面的剖面图。

图5为本反应器卡槽10的结构示意图。

图中：1.壳体；2. 上端盖；3. 热板单元；4. 冷却介质分配管；5. 冷却介质收集管；6.催化剂栅板；7. 热板元件；8. 金属板；9. 扰流柱；10. 卡槽；11. 人孔；12. 催化剂装填孔；13. 催化剂卸载孔；14. 气体进口；15. 气体出口；16. 膨胀节；17.下端盖。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：一种热板式反应器，包括壳体1、上端盖2、下端盖17、热板单元3、扰流柱9、卡槽10。热板单元3竖直安装在反应器壳体1内部的卡槽10上，热板单元3上端连接冷却介质分配管4，热板单元3下端连接冷却介质收集管5。在壳体1的上方安装有上端盖2，在上端盖2上设置有气体出口15，在壳体下方安装有下端盖17，在下端盖17上设置有气体进口14，在下端盖17侧面设置有人孔11，在壳体两侧中部设置有膨胀节16，壳体1上部设置有催化剂装填孔12，壳体1下部设置有催化剂卸载孔13，在热板单元3下方安装有催化剂栅板6。热板单元3由10～15块热板元件7平行竖直放置并由橡胶减震器相互连接在一起，相邻的热板元件7之间的间距相等。热板元件7是由两块金属板8及26～30个扰流柱9构成；金属板8材质为不锈钢，厚度为1mm；两块金属板8之间的内侧距离为10mm；在两块平行放置的金属板8之间焊接扰流柱9，扰流柱9将两块金属板8连接起来并支撑，将金属板8周边焊接形成一个密闭的长方体结构。壳体1与上端盖2及下端盖17均为长方体结构，与热板单元3相匹配。扰流柱9为圆柱形，长度与直径比为1:1，扰流柱9的长度为10mm，扰流柱9的材料为不锈钢，扰流柱9在金属板8上以三角形交叉布置。扰流柱9具有扰流子的作用，并对金属板8起支撑作用，使金属板8承受更大的压力，从而可减小金属板8的厚度，提高换热效率。卡槽10焊接固定在催化剂栅板6上，相邻卡槽10之间保持平行，相邻的卡槽10之间的间距长度与相邻的热板元件7之间的间距长度相等，卡槽10的宽度与热板元件7的宽度相等，卡槽10与热板元件7之间采用间隙配合以方便热板元件7的安装及更换。

Claims (2)

1.一种热板式反应器，包括壳体（1）、上端盖（2）、下端盖（17）、热板单元（3）、扰流柱（9）、卡槽（10），其特征在于：热板单元（3）竖直安装在反应器壳体（1）内部的卡槽（10）上，热板单元（3）上端连接冷却介质分配管（4），热板单元（3）下端连接冷却介质收集管（5）；在壳体（1）的上方安装有上端盖（2），在上端盖（2）上设置有气体出口（15），在壳体下方安装有下端盖（17），在下端盖（17）上设置有气体进口（14），在下端盖（17）侧面设置有人孔（11）；壳体（1）与上端盖（2）及下端盖（17）均为长方体结构，与热板单元（3）相匹配；在壳体两侧中部设置有膨胀节（16），壳体（1）上部设置有催化剂装填孔（12），壳体（1）下部设置有催化剂卸载孔（13），在热板单元（3）下方安装有催化剂栅板（6）；热板单元（3）由10～15块热板元件（7）平行竖直放置并由橡胶减震器相互连接在一起，相邻的热板元件（7）之间的间距相等；热板元件（7）是由两块金属板（8）及26～30个扰流柱（9）构成，金属板（8）材质为不锈钢，厚度为1mm，两块金属板（8）之间的内侧距离为10mm，在两块平行放置的金属板（8）之间焊接扰流柱（9），扰流柱（9）将两块金属板（8）连接起来并支撑，将金属板（8）周边焊接形成一个密闭的长方体结构；扰流柱（9）为圆柱形，长度与直径比为1:1，扰流柱（9）的长度为10mm，扰流柱（9）的材料为不锈钢，扰流柱（9）在金属板（8）上以三角形交叉布置。

2.根据权利要求1所述热板式反应器，其特征是：所述的卡槽（10）焊接固定在催化剂栅板（6）上，相邻卡槽（10）之间保持平行，相邻的卡槽（10）之间的间距长度与相邻的热板元件（7）之间的间距长度相等，卡槽（10）的宽度与热板元件（7）的宽度相等，卡槽（10）与热板元件（7）之间采用间隙配合。

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