CN107442061A - 一种连续流反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及化工制药设备技术领域，尤其是一种连续流反应器。其包括：壳体，所述壳体上设置有与其内腔相连通的壳程入口和壳程出口，所述壳体的上下两端均连接有管板和连通装置，所述壳体的内部设置有反应管组，所述反应管组包括多根反应管，每根反应管的上下两端均穿过并固定连接于管板上，所有反应管通过连通装置依次一一串联连通。它一方面相比传统的反应器相同体积的情况下反应流程大大提升，一方面使反应物在低流速情况下获得高雷诺数，大大提高湍流效果，在不断流动反应中仍能不间断混合，一方面可实时检测各个反应阶段的状态，再一方面使安装装配简化。

Description

一种连续流反应器
技术领域
本发明涉及化工制药设备技术领域，尤其是一种连续流反应器。
背景技术
化工制药技术领域常用的反应器设备包括管式反应器和釜式反应器等，其中釜式反应器常在反应釜中装入搅拌装置，用于液相反应物混合，其合成物纯度、反应转化率较低，能耗和污染较为严重。由于化工制药领域对产品的纯度等要求较高，因此常使用的反应器设备为连续流管式反应器。
管式反应器内的化学反应物浓度与反应速率随管长变化，因此管式反应器需要满足化学反应所需要的管长，现有的直管反应器或U形管反应器要做到较长的管长，则反应器体积太大。另外，反应管内反应物的流动状态会直接影响反应的传热速率和不间断混合效果，传统直管反应器反应物料湍流效果差，雷诺系数低，不利于传热及不间断混合效果。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供了一种连续流反应器，它一方面相比传统的反应器相同体积的情况下反应流程大大提升，一方面使反应物在低流速情况下获得高雷诺数，大大提高湍流效果，在不断流动反应中仍能不间断混合，一方面可实时检测各个反应阶段的状态，再一方面使安装装配简化，其采用的技术方案如下：
一种连续流反应器，其特征在于，包括：壳体，所述壳体上设置有与其内腔相连通的壳程入口和壳程出口，所述壳体的上下两端均连接有管板和连通装置，所述壳体的内部设置有反应管组，所述反应管组包括多根反应管，每根反应管的上下两端均穿过并固定连接于管板上，所有反应管通过连通装置依次一一串联连通。
在上述技术方案基础上，所述连通装置为折流管箱，所述折流管箱上开设有若干条相分离的折流槽，所述管板与折流管箱的折流槽共同组成若干个相分离的折流通道，在介质流动顺序上相邻的反应管通过与它们相对应的折流通道依次一一串联连通，所述折流管箱上设置有反应物入口和反应物出口。
在上述技术方案基础上，所述反应管组由从内向外依次设置的多层反应管组成，所述反应管为具备一定螺旋升角的螺旋缠绕管。
在上述技术方案基础上，所述折流管箱上可拆卸设置有一个或多个在线检测仪表，所述在线检测仪表与折流槽相连通。
在上述技术方案基础上，所述管板包括胀接管板和焊接管板，所述胀接管板固定连接在壳体上下两端处，所述反应管穿过胀接管板并与胀接管板相固接，所述焊接管板通过法兰和螺栓与折流管箱紧密贴合，所述反应管穿过焊接管板并与胀接管板相固接。
在上述技术方案基础上，每条反应管上均形成有径向向外扩张的胀接部，所述反应管通过胀接部与胀接管板胀接于一起，所述反应管的末端通过焊接点与焊接管板焊接于一起。
在上述技术方案基础上，上下折流管箱上折流槽的布设及上下管板上穿装孔的布设使得各层反应管的顶端及底端按下述方式排列：
由外至内：所有第一层反应管即最外层反应管的顶端排列构成第一上圆形，所有第二层反应管的顶端排列构成第二上圆形，第二上圆形与第一上圆形及同心且第二上圆形直径小于第一上圆形，以此类推直至最后一层反应管即最内层反应管；由外至内：所有第一层反应管即最外层反应管的底端排列构成第一下圆形，所有第二层反应管的底端排列构成第二下圆形，第二下圆形与第一下圆形同心且第二下圆形直径小于第一下圆形，以此类推直至最后一层反应管即最内层反应管；上圆形圆心和下圆形圆心均位于壳体轴线上，同属一层的每条反应管的顶端至壳体轴线的垂直连线与其底端至壳体轴线的垂直连线所呈夹角均相等。
在上述技术方案基础上，当反应管为偶数根时，设其为N条，则反应物入口和反应物出口位于同一折流管箱上，则具有反应物入口的折流管箱上的折流槽为(N/2)-1条，另一折流管箱上的折流槽为N/2条；当反应管为奇数根时，设其为N条，则反应物入口和反应物出口位于不同折流管箱上，且上下折流管箱上的折流槽均为(N-1)/2条。
在上述技术方案基础上，所有反应管顶端至其底端的直线连线均与壳体的轴线相平行。
在上述技术方案基础上，沿反应管的外壁上压制有2条旋向相反、旋转升角一致的螺旋线，使得反应管的内壁上向内凸出形成有两螺旋线相应的螺旋凸起。
本发明具有如下优点：一方面相比传统的反应器相同体积的情况下反应流程大大提升，一方面使反应物在低流速情况下获得高雷诺数，大大提高湍流效果，在不断流动反应中仍能不间断混合，一方面可实时检测各个反应阶段的状态，再一方面使安装装配简化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
图1：为本发明的带局部剖面的结构示意图；
图2：为本发明所述反应管组的结构示意图；
图3：为本发明所述反应管组局部剖切后的结构示意图；
图4：为本发明所述上折流管箱的一种示例的仰视图；
图5：为本发明所述下折流管箱的一种示例的俯视图；
图6：为本发明所述下密封垫的结构示意图；
图7：本发明所述管板的局部剖面结构示意图；
图8：本发明所述反应管的局部剖面结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
如图1至图5所示，本实施例的一种连续流反应器，其特征在于，包括：壳体1，所述壳体1上设置有与其内腔相连通的壳程入口10和壳程出口11，壳体1的壳程用于流通传热介质，使反应管20管程内的反应物保持适宜的反应温度，所述壳体1的上下两端均连接有管板3和连通装置，所述壳体的内部设置有反应管组2，所述反应管组2包括多根反应管20，每根反应管的上下两端均穿过并固定连接于管板3上，所有反应管20通过连通装置依次一一串联连通。
如图4和图5所示，优选的，所述连通装置为折流管箱4，所述折流管箱4上开设有若干条相分离的折流槽40，所述管板3与折流管箱的折流槽40共同组成若干个相分离的折流通道，在介质流动顺序上相邻的反应管20通过与它们相对应的折流通道依次一一串联连通，所述折流管箱4上设置有反应物入口41和反应物出口42。即当反应物入口41设置于下折流管箱4上时，反应物在反应管组2内的流动顺序是由折流管箱4上的反应物入口41进入第一条反应管的底端，经过第一条反应管由第一条反应管的顶端进入上折流管箱4的一条折流槽40(该折流槽与第一条反应管的顶端及第二条反应管的顶端相对应并将它们相连通)中然后由第二条反应管的顶端进入，流经第二条反应管后由第二条反应管的底端进入下折流管箱4的一条折流槽40(该折流槽与第二条反应管的底端及第三条反应管的底端相对应并将它们相连通)中然后由第三条反应管的底端进入，流经第三条反应管后由第三条反应管的顶端进入上折流管箱4的一条折流槽40(该折流槽与第三条反应管的顶端及第四条反应管的顶端相对应并将它们相连通)中然后由第四条反应管的顶端进入，以类此推，直到反应物由反应物出口42流出。需要说明的是本段文字中第一、第二...与反应物的流动顺序是相对应的，第一反应管即反应物最先流过的第一条反应管。本发明的连续流反应器用折流管箱在使用时，在介质的传输方向上相邻的反应管通过折流槽相连通，相邻的反应管不需要通过弯头或U形管连接，也不必受到弯管半径的限制，反应管间距较小，反应器体积较小，反应流程长。
优选的，所述反应管组2由从内向外依次设置的多层反应管20组成，所述反应管20为具备一定螺旋升角的螺旋缠绕管，进而可以在相同的体积情况下进一步提高反应行程。
如图1所示，优选的，所述折流管箱上可拆卸设置有一个或多个在线检测仪表43，所述在线检测仪表43与折流槽40相连通。其中在线检测仪表根据需要可选用温度检测仪表、压力检测仪表、酸碱度检测仪表等从而用于检测反应器内反应物的实时温度、压力和酸碱度情况，另外优选的，折流管箱上可设置有多个在线检测仪表接口，在线检测仪表通过接不同的接口进而与不同的折流槽40相连通从而可以检测不同流程长度(经过不同数目根反应管后)反应物反应的状态。
如图7所示，优选的，所述管板3包括胀接管板30和焊接管板31，所述胀接管板30固定连接在壳体1上下两端处，所述反应管20穿过胀接管板30并与胀接管板30相固接，所述焊接管板31通过法兰和螺栓与折流管箱4紧密贴合，所述反应管20穿过焊接管板31并与胀接管板30相固接。进一步，每条反应管20上均形成有径向向外扩张的胀接部200，所述反应管20通过胀接部200与胀接管板30胀接于一起，如此一是工艺简单，二是可保证反应管20与胀接管板30结合的紧密性，所述反应管20的末端通过焊接点201与焊接管板31焊接于一起，如此可避免焊接时造成反应管20被焊穿并可保证焊接的牢固和紧密性。反应管通过两个胀接部200与胀接管板胀接，连接方式更为紧密稳定，可以有效防止反应管内介质进入壳程，胀接管板与壳体1紧密连接可以防止壳程内介质的泄露。优选的以胀接管板30和焊接管板31分开一定距离为宜。
进一步，为了保证焊接管板31与折流管箱4连接的紧密性，防止折流槽内的介质的泄漏，同时不阻碍介质进入、流出折流槽，所述折流管箱与焊接管板之间设置有片式密封垫6，所述片式密封垫上设置有与各折流槽的两末端相对应的折流孔60，保证反应物在流动过程中的密封。
由于反应管有很多同时是螺旋缠绕管，在安装时，其要与胀接管板30和焊接管板31结合并与折流管箱4的折流槽40相对应，若无一定的排列规则，则安装时会很难甚至无法实现，还容易造成安装人员的错乱，增加了安装工时、安装出错率，故为了便于安装螺旋缠绕管，优选的，上下折流管箱4上折流槽40的布设及上下管板3上穿装孔的布设使得各层反应管20的顶端及底端按下述方式排列：
由外至内：所有第一层反应管20即最外层反应管20的顶端排列构成第一上圆形，所有第二层反应管20的顶端排列构成第二上圆形，第二上圆形与第一上圆形及同心且第二上圆形直径小于第一上圆形，以此类推直至最后一层反应管即最内层反应管；由外至内：所有第一层反应管20即最外层反应管20的底端排列构成第一下圆形，所有第二层反应管20的底端排列构成第二下圆形，第二下圆形与第一下圆形同心且第二下圆形直径小于第一下圆形，以此类推直至最后一层反应管即最内层反应管；上圆形圆心和下圆形圆心均位于壳体1轴线上，同属一层的每条反应管的顶端至壳体1轴线的垂直连线与其(同一条反应管)底端至壳体1轴线的垂直连线所呈夹角均相等。进一步，所有反应管顶端至其底端的直线连线(是指同属一条反应管的顶端、底端的连线)均与壳体1的轴线相平行。
当反应管20为偶数根时，设其为N条，则反应物入口41和反应物出口42位于同一折流管箱上，则具有反应物入口41的折流管箱上的折流槽40为(N/2)-1条，另一折流管箱上的折流槽40为N/2条；当反应管20为奇数根时，设其为N条，则反应物入口41和反应物出口42位于不同折流管箱上，且上下折流管箱上的折流槽40均为(N-1)/2条。
如图8所示，优选的，沿反应管20的外壁上压制有2条旋向相反、旋转升角一致的螺旋线20a，使得反应管的内壁上向内凸出形成有两螺旋线相应的螺旋凸起。如此反应物料在其中流动时，可以形成较大的扰流，反应物沿着螺旋凸起形成螺旋状切线运动，进一步提高反应物料流动的雷诺数，大大提高湍流效果，提高反应物料的传热及混合效果。
上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种连续流反应器，其特征在于，包括：壳体(1)，所述壳体(1)上设置有与其内腔相连通的壳程入口(10)和壳程出口(11)，所述壳体(1)的上下两端均连接有管板(3)和连通装置，所述壳体的内部设置有反应管组(2)，所述反应管组(2)包括多根反应管(20)，每根反应管的上下两端均穿过并固定连接于管板(3)上，所有反应管(20)通过连通装置依次一一串联连通。
2.根据权利要求1所述的一种连续流反应器，其特征在于：所述连通装置为折流管箱(4)，所述折流管箱(4)上开设有若干条相分离的折流槽(40)，所述管板(3)与折流管箱的折流槽(40)共同组成若干个相分离的折流通道，在介质流动顺序上相邻的反应管(20)通过与它们相对应的折流通道依次一一串联连通，所述折流管箱(4)上设置有反应物入口(41)和反应物出口(42)。
3.根据权利要求1或2所述的一种连续流反应器，其特征在于：所述反应管组(2)由从内向外依次设置的多层反应管(20)组成，所述反应管(20)为具备一定螺旋升角的螺旋缠绕管。
4.根据权利要求2所述的一种连续流反应器，其特征在于：所述折流管箱上可拆卸设置有一个或多个在线检测仪表(43)，所述在线检测仪表(43)与折流槽(40)相连通，优选的，折流管箱上设置有多个与不同折流槽(40)相连通的在线检测仪表接口。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的一种连续流反应器，其特征在于：所述管板(3)包括胀接管板(30)和焊接管板(31)，所述胀接管板(30)固定连接在壳体(1)上下两端处，所述反应管(20)穿过胀接管板(30)并与胀接管板(30)相固接，所述焊接管板(31)通过法兰和螺栓与折流管箱(4)紧密贴合，所述反应管(20)穿过焊接管板(31)并与胀接管板(30)相固接。
6.根据权利要求5所述的一种连续流反应器，其特征在于：每条反应管(20)上均形成有径向向外扩张的胀接部(200)，所述反应管(20)通过胀接部(200)与胀接管板(30)胀接于一起，所述反应管(20)的末端通过焊接点(201)与焊接管板(31)焊接于一起。
7.根据权利要求2或3所述的一种连续流反应器，其特征在于：上下折流管箱(4)上折流槽(40)的布设及上下管板(3)上穿装孔的布设使得各层反应管(20)的顶端及底端按下述方式排列：
由外至内：所有第一层反应管(20)即最外层反应管(20)的顶端排列构成第一上圆形，所有第二层反应管(20)的顶端排列构成第二上圆形，第二上圆形与第一上圆形及同心且第二上圆形直径小于第一上圆形，以此类推直至最后一层反应管即最内层反应管；由外至内：所有第一层反应管(20)即最外层反应管(20)的底端排列构成第一下圆形，所有第二层反应管(20)的底端排列构成第二下圆形，第二下圆形与第一下圆形同心且第二下圆形直径小于第一下圆形，以此类推直至最后一层反应管即最内层反应管；上圆形圆心和下圆形圆心均位于壳体(1)轴线上，同属一层的每条反应管的顶端至壳体(1)轴线的垂直连线与其底端至壳体(1)轴线的垂直连线所呈夹角均相等。
8.根据权利要求3所述的一种连续流反应器，其特征在于：当反应管(20)为偶数根时，设其为N条，则反应物入口(41)和反应物出口(42)位于同一折流管箱上，则具有反应物入口(41)的折流管箱上的折流槽(40)为(N/2)-1条，另一折流管箱上的折流槽(40)为N/2条；当反应管(20)为奇数根时，设其为N条，则反应物入口(41)和反应物出口(42)位于不同折流管箱上，且上下折流管箱上的折流槽(40)均为(N-1)/2条。
9.根据权利要求7所述的一种连续流反应器，其特征在于：所有反应管顶端至其底端的直线连线均与壳体(1)的轴线相平行。
10.根据权利要求3所述的一种连续流反应器，其特征在于：沿反应管(20)的外壁上压制有2条旋向相反、旋转升角一致的螺旋线(20a)，使得反应管的内壁上向内凸出形成有两螺旋线相应的螺旋凸起。
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