CN108355601A - 顺-反螺纹管道与压凸管道交替的连续流反应器 - Google Patents

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Abstract

顺‑反螺纹管道与压凸管道交替的连续流反应器，具有原有管式反应器的壳体、反应管道、原料进口和反应产物出口，其特征在于，它的反应管道由顺式螺纹管、反式螺纹管、压凸管不断交替连接而成，反应管的两端分别与原料进口、反应产物出口相连接；反应管通过盘旋排布或曲折排布的方式放置于反应器壳体之内，壳体上设置热/冷媒体的进出口，为反应管加热或制冷，并保持反应管温度恒定。本反应器优点是：①有更大换热面积和形成强湍流的条件，使反应物的传热、传质更充分、更精准；②螺纹管较内置静态混合器的反应管更易加工，成本更低；③有压力降小、不阻塞的优点，这使反应管可串联成长管，获得更长反应时间，扩展适用范围。适用于单相或多相反应。

Description

顺-反螺纹管道与压凸管道交替的连续流反应器
技术领域
本发明涉及化学反应装置，具体来说，涉及连续流管道化学反应器。
背景技术
反应器 (reactor)是实现反应过程的设备，广泛应用于化工、炼油、冶金、轻工等工业部门。管道化学反应器，简称管式反应器，是指一种呈管状、长径比很大的连续操作反 应器。管式反应器返混小，因而容积效率（单位容积生产能力）高，对要求转化率较高或有串联副反应的场合尤为适用。上世纪70-80年代就出现了用于化学过程的管式反应器，随着工艺技术的不断提高，人们不断追求反应速度和效率的提高，这就需要更好的化学反应器。
科技人员不断研制出各种各样的管式反应器，近年来申请中国专利的有：2010800351281号《多级多管壳管式反应器》、2011100620119号《内置弹簧的管式反应器》、201210116520X号《具有射流冲击热传递的管式反应器》、2013101874751号《透明管式反应器》、2014100126438号《一种新型管式反应器》、2016103884874号《一种高效螺旋管式反应器》、2017206694782号《一种双向螺纹反应管及具有双向螺纹反应管的反应器》、2017104432826号《一种超声高振荡气流管式反应器》、201810101554.9号《快速拆装的连续流通道管道化学反应器》等。这些技术虽然都将化学反应控制在管式反应器内进行，但许多管式反应器都有反应物料流动的雷诺数不高、湍流效果差的缺陷，造成物料混合的传质与传热效率低，反应速度不理想。
发明内容
本发明旨在提供一种顺-反螺纹管道与压凸管道交替的连续流反应器，以提高反应物料流动的雷诺数，增强湍流效果，从而提高传质传热效率，实现化工过程高质量、高速度的生产。
发明人提供的顺-反交替的螺纹管道连续流反应器，具有原有管式反应器的壳体、反应管道、原料进口和反应产物出口，其特点是，它的反应管道由顺式螺纹管、反式螺纹管、压凸管不断交替连接而成，反应管的两端分别与原料进口、反应产物出口相连接；反应管通过盘旋排布或曲折排布的方式放置于反应器壳体之内，壳体上设置热/冷媒体的进口和出口，为反应管加热或制冷，并保持反应管温度恒定。
上述反应管的螺旋管用无缝的不锈钢管、合金钢管、工业陶瓷管、玻璃管、工程塑料管、聚四氟塑料中的一种制成，管壁能够承受的温度范围是-100℃～400℃;能够承受的最大压力为50MPa。
上述顺式螺纹管和反式螺纹管是将直管通过旋扭的正向或反向扭曲或压制成的；上述压凸管是在直管上压出若干向内凸突制成的。
上述原料进口为一个或多个；每个进口前端安装有流量计、单向控制阀、压力表，以控制物料流量。
上述反应产物出口为一个，其上安装有背压阀门，用以控制反应管内的压力。
上述反应器壳体是圆柱体或立方体。
上述热/冷媒体的进口和出口均有控制阀控制热/冷媒流体流量；热/冷媒流体通常是油。
上述壳体上安装有温度计和压力计，以方便观察温度和压力变化。
发明人指出：顺式螺纹管、反式螺纹管和压凸管可以任意组合交替使用，也可以选用其中的一种或任意两种；每种管型的长度可以任意选定，任意加长和缩短其中的每一段。
发明人又指出：反应管的总长度根据反应时间的需要来决定；考虑到有的反应温度很高，可在反应器出口和背压阀间安装降温装置。
使用原理是：在本发明的顺-反螺纹管道与压凸管道交替的连续流反应器按照反应需求安装完毕之后，从热/冷媒流体进口注入热/冷媒流体，达到反应温度的要求之后，开启反应原料的进口、出口，通过控制阀控制反应物流量。反应物料通过进料口用泵输入顺～反螺纹管内，让物料在一定的压力下流过而形成交替的顺旋流、反旋流并在经过压凸管时被切割，使物料在流动过程中产生强湍流充分混合，随着物料的前进，反应物料不断混合、接触反应，反应产物由反应产物出口。
本发明相对于一般内部结构复杂的管道反应器的优点是：①本反应器有更大换热面积和形成强湍流的条件，使反应物的传热、传质更充分、更精准；②螺纹管较内置静态混合器的反应管易加工，成本低；③有压力降小、不易阻塞的优点，这使反应管可以串联成长管，以获得更长的化学反应时间，扩展管道反应器的适用范围。适用于单相或多相反应。
附图说明
图1为顺-反交替的螺纹管道示意图，图2为顺-反交替的螺纹管道连续流反应器（圆柱体形）结构示意图，图3为顺-反交替的螺纹管道连续流反应器（立方体形）结构示意图。
图中，1为壳体，2为原料进口，3为反应产物出口，4为顺式螺纹管，5为反式螺纹管，6为压凸管，7为热/冷媒体进口，8为热/冷媒体出口。
具体实施方式
实施例 1 圆柱体壳体的顺-反螺纹管道与压凸管道交替的连续流反应器，如附图2所示，具有壳体1、反应管道、原料进口2和反应产物出口3，它的反应管道由顺式螺纹管4、反式螺纹管5、压凸管6不断交替连接而成，反应管的两端分别与原料进口2、反应产物出口3相连接；反应管通过盘旋排布的方式放置于反应器壳体1之内，壳体1上设置热/冷媒体进口7和热/冷媒体出口8，为反应管加热或制冷，并保持反应管温度恒定。
反应管的螺旋管用无缝合金钢管制成，管壁能够承受的温度范围是-100℃～400℃;能够承受的最大压力为50MPa。顺式螺纹管和反式螺纹管是将直管通过旋扭的正向或反向扭曲制成的，压凸管是在直管上压出若干向内凸突制成的。反应管盘旋排布为8排回形盘管。
原料进口2为2个，每个原料进口2前端安装有流量计9、单向控制阀10、压力表11，以控制物料流量；热/冷媒体的进口7和热/冷媒体出口8均有控制阀13控制热/冷媒流体流量；热/冷媒流体是油。
壳体1上安装有温度计14和压力计15，以方便观察温度和压力变化。
壳体1直径2m、高度2.5m；螺纹反应管4和5外径约12mm，内径8 mm，反应管的总长度为1200mm。
实施例 2 立方体壳体的顺-反螺纹管道与压凸管道交替的连续流反应器，如附图3所示，其结构同实施例1。反应管通过曲折排布的方式放置于反应器壳体之内。
壳体1长度2m、高度2.5m；反应管曲折排布为8排弓字形盘管。

Claims (7)

1.一种顺-反螺纹管道与压凸管道交替的连续流反应器，具有原有管式反应器的壳体、反应管道、原料进口和反应产物出口，其特征在于，它的反应管道由顺式螺纹管、反式螺纹管、压凸管不断交替连接而成，反应管的两端分别与原料进口、反应产物出口相连接；反应管通过盘旋排布或曲折排布的方式放置于反应器壳体之内，壳体上设置热/冷媒体的进口和出口，为反应管加热或制冷，并保持反应管温度恒定。
2.如权利要求1所述的反应器，其特征在于所述反应管的螺旋管用无缝的不锈钢管、合金钢管、工业陶瓷管、玻璃管中的一种制成，管壁能够承受的温度范围是-100℃～400℃;能够承受的最大压力为50MPa。
3.如权利要求1所述反应器，其特征在于所述顺式螺纹管和反式螺纹管是将直管通过旋扭的正向或反向扭曲制成的；所述压凸管是在直管上压出若干向内凸突制成的。
4.如权利要求1所述的反应器，其特征在于所述原料进口为一个或多个；每个进口前端安装有流量计、单向控制阀、压力表，以控制物料流量。
5.如权利要求1所述的反应器，其特征在于所述反应产物出口为一个，其上安装有背压阀门，用以控制反应管内的压力。
6.如权利要求1所述的反应器，其特征在于所述热/冷媒体的进口和出口均有控制阀控制热/冷媒流体流量；热/冷媒流体通常是油。
7.如权利要求1所述的反应器，其特征在于所述壳体上安装有温度计和压力计，以测定温度和压力。
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