CN108465454A - 一种管式反应器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种管式反应器，其包括：反应管(2)，能够容纳反应流体从中通过并在其中进行反应，所述反应管(2)包括多个螺旋管(21)，且多个所述螺旋管(21)以螺旋的方式缠绕、或者多个所述螺旋管(21)以螺旋阵列的方式布置，且多个所述螺旋管(21)顺次串联而形成所述反应管。通过本发明能够使得反应流体在其中停留时间大大加长，有效解决了现有技术中反应速率很低时管道需要加工得过长、工业上不易实现的问题，有效地减小了占地面积、能够很好地实现，且换热效果有所提高，增加了流体的流动长度，保证了反应停留时间，适合较大停留时间的反应。

Description

一种管式反应器

技术领域

本发明属于化工、医药机械技术领域，具体涉及一种管式反应器。

背景技术

管式反应器一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器。这种反应器可以很长，如丙烯二聚的反应器管长以公里计。反应器的结构可以是单管，也可以是多管并联；可以是空管，如管式裂解炉，也可以是在管内填充颗粒状催化剂的填充管，以进行多相催化反应。

传统的管式反应器有以下缺点：

1)占地面积较大，通过支架进行固定；

2)反应速率很低时所需管道过长，工业上不易实现；

3)加热和冷却需要设置套管或夹套换热，换热效率不高，换热效果不佳。

由于现有技术中的管式反应器存在占地面积大，管道过长工业上不易实现及换热效果不佳等技术问题，因此本发明研究设计出一种管式反应器。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的管式反应器存在占地面积大，管道过长工业上不易实现及换热效果不佳的缺陷，从而提供一种管式反应器。

本发明提供一种管式反应器，其包括：

反应管，能够容纳反应流体从中通过并在其中进行反应，所述反应管包括多个螺旋管，且多个所述螺旋管以螺旋的方式缠绕、或者多个所述螺旋管以螺旋阵列的方式布置，且多个所述螺旋管顺次串联而形成所述反应管。

优选地，

当多个所述螺旋管以螺旋的方式缠绕时，还包括芯轴，且多个所述螺旋管缠绕在所述芯轴的外周，且在所述芯轴的外周沿径向方向从内至外地排布成两层以上的结构形式。

优选地，

在每一层内也包括多个所述螺旋管；和/或，在相邻的层之间的螺旋管的缠绕方向相反；和/或，在垂直于流体流动方向的截面内、所述螺旋管被截为圆形、椭圆形或多边形；和/或，所述螺旋管的材料是钢材、哈氏合金、钛材中的至少一种；和/或，所述螺旋管的内壁和/或外壁上设置有沟槽。

优选地，

当所述螺旋管为圆管时：

相邻的两层螺旋管之间的最小间隙小于或等于所述螺旋管的直径的5倍，和/或，同层的两螺旋管之间的最小间隙也小于等于所述螺旋管的直径的5倍；和/或，相邻两层螺旋管之间还设置有隔板；

和/或，所述螺旋管的管径在φ3mm-φ32mm之间，所述螺旋管的厚度在 0.6mm～1mm之间。

优选地，

所述反应管还包括弯头，所述弯头设置于所述螺旋管的轴线方向的一侧或两侧，且将两个所述螺旋管进行连通。

优选地，

所述反应器还包括壳体，所述反应管设置于所述壳体中，还包括设置在所述壳体内的位于所述螺旋管轴向一侧的第一多孔板和位于所述螺旋管轴向另一侧的第二多孔板，所述第一多孔板、所述第二多孔板均固定于所述壳体的内壁上，使得所述第一多孔板、所述第二多孔板和所述壳体之间形成供换热流体流动且能与所述螺旋管之间换热的换热通道，所述第一多孔板和所述第二多孔板上均设置有多个贯穿区域、所述多个贯穿区域中的部分能够允许所述螺旋管从中穿过；优选另外部分贯穿区域能够允许换热流体从中流过，所述贯穿区域优选为孔。

优选地，

所述壳体上连接设置有至少一个反应流体进口接管和一个反应流体出口接管，且所述螺旋管能与所述反应流体进口接管接通、且所述螺旋管能与所述反应流体出口接管接通；和/或，

所述壳体上连接设置有一个换热流体进口接管和一个换热流体出口接管，通过所述换热流体进口接管能够将换热流体通入所述壳体中，通过所述换热流体出口接管能够将所述壳体中的换热流体导出。

优选地，

当包括芯轴时：

所述第一多孔板上的用于供换热流体通过的贯穿区域在第一多孔板上均匀分布，且供换热流体通过的贯穿区域位于所述芯轴的径向外侧、且位于所述第一多孔板径向外边缘的径向内侧；

和/或，所述第二多孔板上的用于供换热流体通过的贯穿区域在第二多孔板上均匀分布，且供换热流体通过的贯穿区域位于所述芯轴的径向外侧、且位于所述第二多孔板径向外边缘的径向内侧；

和/或，所述第一多孔板上用于供换热流体通过的贯穿区域的总面积大于或等于换热流体进口接管的截面积；和/或，所述第二多孔板上用于供换热流体通过的贯穿区域的总面积大于或等于换热流体进口接管的截面积。

优选地，

还包括设置在所述壳体内且将所述反应流体进口接管和所述换热流体进口接管进行分隔的第一管板、和设置在所述壳体内且将所述反应流体出口接管和所述换热流体出口接管进行分隔的第二管板，

所述第一管板上设置有贯穿的第一通孔、能够允许所述螺旋管从中穿过而与所述反应流体进口接管之间连通，所述第二管板上设置有贯穿的第二通孔、能够允许所述螺旋管从中穿过而与所述反应流体出口接管之间连通，

所述第一管板与所述第一多孔板之间具有第一管箱，所述换热流体进口接管与所述第一管箱内部相连通；所述第二管板与所述第二多孔板之间形成第二管箱，所述换热流体出口接管与所述第二管箱内部相连通。

且所述第一管板和所述第二管板分别固定连接在所述壳体内壁上。

优选地，

所述芯轴包括圆管、封盖和圆柱，所述封盖设置于所述圆管的一端处，且所述圆柱的一端设置在所述封盖上、所述圆柱的另一端朝背离所述封盖(12) 的一侧凸出，且所述封盖上还设置有圆孔、能够允许换热流体穿过所述封盖而进入所述圆管内部；

和/或，

当同时包括弯头、多孔板和管板时：

所述螺旋管和弯头之间的连接为涨接、焊接、涨焊和卡套接头连接中的至少一种；和/或，所述螺旋管和多孔板之间的连接为涨接、焊接、涨焊和卡套接头连接中的至少一种；和/或，所述螺旋管与所述管板之间的连接为涨接、焊接和涨焊中的至少一种。

本发明提供的一种管式反应器具有如下有益效果：

1.本发明的管式反应器，通过采用螺旋管在芯体上螺旋缠绕的结构、且多个螺旋管顺次串联成一整管，能够使得反应流体在其中停留时间大大加长，有效解决了现有技术中反应速率很低时管道需要加工得过长、工业上不易实现的问题，有效地减小了占地面积、能够很好地实现，且换热效果有所提高，增加了流体的流动长度，保证了反应停留时间，适合较大停留时间的反应；当工业上需要较长的管路时，也能保证有较小的体积，便于工业化的实现；

2.本发明的管式反应器，换热介质穿过螺旋管之间以及螺旋管与壳体之间的间隙进行换热，对流传热系数高，换热效果好，克服了夹套或者套管换热效果不佳的缺点；多孔板上的孔不仅起到固定螺旋缠绕管的作用，更有一部分供换热流体通过的孔，保证反应器的换热效果；螺旋缠绕管层和层之间的间隙及同层的间隙保证了换热流体的通过，同时又保证了换热系数，提高了换热效果。

附图说明

图1是本发明的管式反应器的第一种实施方式的内部剖视截面图；

图2是本发明的管式反应器的第二种实施方式的内部剖视截面图；

图3是本发明的管式反应器的第三种实施方式的内部剖视截面图；

图4是本发明的管式反应器的多个螺旋管螺旋缠绕的第一种实施方式的立体结构示意图；

图5是图4中的正面结构示意图；

图6是本发明的管式反应器的多个螺旋管螺旋缠绕的第二种实施方式的正面结构示意图；

图7是图6中的单根螺旋管的立体结构示意图；

图8是本发明的管式反应器的芯轴的内部剖视结构示意图；

图9是本发明的管式反应器的多孔板的侧视结构示意图。

图中附图标记表示为：

1、芯轴；11、圆管；12、封盖；13、圆柱；14、圆孔；2、反应管；21、螺旋管；22、弯头；3、壳体；41、第一多孔板；42、第二多孔板；43、固定螺旋管的孔；44、供换热流体通过的孔；51、反应流体进口接管；52、反应流体出口接管；61、换热流体进口接管；62、换热流体出口接管；71、第一管板；72、第二管板；81、第一管箱；82、第二管箱；9、封头。

具体实施方式

如图1-9所示，本发明提供一种管式反应器，其包括：

反应管2，能够容纳反应流体从中通过并在其中进行反应，所述反应管2 包括多个螺旋管21，且多个所述螺旋管21以螺旋的方式缠绕(图4-5)、或者多个所述螺旋管21以螺旋阵列的方式布置(图6-7)，且多个所述螺旋管 21顺次串联而形成所述反应管、使得所述反应管2在反应流体流动方向上为一段整管(即一整段串联流路)。

本发明的螺旋缠绕管式反应器，通过采用螺旋管在芯体上螺旋缠绕的结构、且多个螺旋管顺次串联成一整管(即从芯轴一端螺旋缠绕至另一端后通过弯头连通再朝芯轴的所述一端螺旋缠绕，就这样的来回缠绕)，能够使得反应流体在其中停留时间大大加长，有效解决了现有技术中反应速率很低时管道需要加工得过长、工业上不易实现的问题，有效地减小了占地面积、能够很好地实现，且换热效果有所提高，增加了流体的流动长度，保证了反应停留时间，适合较大停留时间的反应；当工业上需要较长的管路时，也能保证有较小的体积，便于工业化的实现。

本发明涉及化工、医药、农药行业反应器设计技术领域，特别是用于进行化工中间体的合成、生物医学材料制备的反应器，尤其涉及一种新型螺旋缠绕管式反应器，适合于需要较长停留时间、气液、液液、无固体生成或有少量固体生成，流体流动性较好的加压或者不加压反应。

本发明公开了一种新型的管式反应器，螺旋缠绕管式反应器，与传统的管式反应器相比，这种管式反应器的优势是：停留时间长，占地面积小，结构紧凑，且根据反应需要，可以对反应停留时间进行控制，且设置有换热通道对反应物料进行加热或者冷却，保证反应所需要的温度，适合于需要较长停留时间、气液、液液、无固体生成或有少量固体生成，流体流动性较好的加压或者不加压反应。

本发明的管式反应器能解决传统管式反应器占地面积大，管道过长工业上不易实现及换热效果不佳的缺点，适合于需要较长停留时间、气液、液液、无固体生成或有少量固体生成，流体流动性较好的加压或者不加压反应。

优选地，

当多个所述螺旋管21以螺旋的方式缠绕时，还包括芯轴1，且芯轴1优选为具有中心轴线的柱状结构，进一步优选为圆柱体；

多个所述螺旋管21缠绕在所述芯轴1的外周，且在所述芯轴1的外周沿径向方向从内至外地排布成两层以上的结构形式(多个螺旋管在芯轴外周缠绕、第一层缠绕在芯轴外周壁上，第二层缠绕在第一层的外周壁上，以此类推)，或者，多个所述螺旋管21呈螺旋阵列式的方式布置。如图1-5所示，本发明的螺旋管在芯轴上从径向内侧向径向外侧缠绕成两层以上，能够使得螺旋管中反应流体的流动路径得到进一步的增加，有效地延长了反应流体在其中的停留时间，提高了反应效率，并且无需将反应器做的很大，减小了结构空间，使得结构紧凑，如图1-3所示，其为优选的3层布置结构；

并且将多个螺旋管呈螺旋阵列式的方式布置，也是螺旋管缠绕的另一种布置方式，这样也能使得在芯轴的外周缠绕的螺旋管能够布置得更多，使得串联的多个螺旋管之间形成更长的流体流通路径，提高了反应效率，并且无需将反应器做的很大，减小了结构空间，使得结构紧凑，如图6-7所示。

优选地，

在每一层内也包括多个所述螺旋管21；和/或，在相邻的层之间的螺旋管 21的缠绕方向相反；和/或，在垂直于流体流动方向的截面内、所述螺旋管被截为圆形、椭圆形或多边形(包括三角形、四边形(矩形、正方形、梯形、菱形)、五边形、六边形、七边型、N边型等))；和/或，所述螺旋管的材料是钢材、哈氏合金、钛材中的至少一种；和/或，所述螺旋管的内壁和/或外壁上设置有沟槽，以增强换热，促进管内流体的湍流，促进反应。

通过在每层内也设置多个的螺旋管，也能够使得在芯轴的外周缠绕的螺旋管能够被布置得更多，使得串联的多个螺旋管之间形成更长的流体流通路径，提高了反应效率，并且无需将反应器做的很大，减小了结构空间，使得结构紧凑；相邻的层之间的螺旋管21的缠绕方向相反，能够增强螺旋管的扰流效果，提高换热效果，并且提高反应流体的扰流作用，提高反应效率；且螺旋管为圆管、椭圆管或多边形管(即螺旋管的横截面为圆形、椭圆形或多边形(包括三角形、四边形(矩形、正方形、梯形、菱形)、五边形、六边形、七边型、N 边型等，为螺旋管的优选结构形式；选择螺旋管为上述材料能够防止与反应流体起反应的同上，还能够提高换热效率，在螺旋管内外壁上设置沟槽能够增强反应效率，增强换热效率。

优选地，

当所述螺旋管21为圆管时：

相邻的两层螺旋管21之间的最小间隙小于或等于所述螺旋管的直径的5 倍，和/或，同层的两螺旋管21之间的最小间隙也小于等于所述螺旋管的直径的5倍；和/或，相邻两层螺旋管21之间还设置有隔板，来确保螺旋缠绕管层与层之间的距离保持固定，保证螺旋管的稳定性；

和/或，所述螺旋管为圆管，且所述螺旋管的管径在φ3mm-φ32mm之间，所述螺旋管的厚度在0.6mm～1mm之间。

将相邻的两层螺旋管21之间的最小间隙小于或等于所述螺旋管的直径的 5倍，和同层的两螺旋管21之间的最小间隙也小于等于所述螺旋管的直径的5 倍，均是能够使得螺旋管之间的间距不至于过大而导致换热流体无法与其发生足够的换热，并且不至于过小而对换热流体产生强烈的阻碍作用而无法保证通畅的流通，通过设置隔板能够保证层与层之间的稳定固定作用，且螺旋管的管径和厚度为优选数值，能够保证其具有良好的反应充分程度和换热效果。

优选地，

如图1-3，所述反应管2还包括弯头22，所述弯头22设置于所述螺旋管 21的轴线方向的一侧或两侧，且将两个所述螺旋管21(尤其是相邻两个螺旋管)进行连通(弯头为空心结构)。通过设置的弯头能够对缠绕在芯轴上的螺旋管或螺旋阵列的螺旋管的一端与另一根与之相邻的螺旋管的一端进行连通，从而最终将多个螺旋管串联形成一根完整的通道结构，形成一条流体流通通道。

优选地，

所述反应器还包括壳体3，所述反应管2设置于所述壳体3中，优选所述芯轴1和所述反应管2均设置于所述壳体3中；还包括设置在所述壳体3内的位于所述螺旋管21轴向一侧的第一多孔板41和位于所述螺旋管轴向另一侧的第二多孔板42，所述第一多孔板41、所述第二多孔板42均固定于所述壳体3 的内壁上，使得所述第一多孔板41、所述第二多孔板42和所述壳体3之间形成供换热流体流动且能与所述螺旋管21之间换热的换热通道，所述换热流体与所述螺旋管之间进行换热，所述第一多孔板41和所述第二多孔板42上均设置有多个贯穿区域、所述多个贯穿区域中的部分能够允许所述螺旋管21从中穿过；优选另外部分贯穿区域能够允许换热流体从中流过，所述贯穿区域优选为孔。

通过设置壳体和第一、第二多孔板的结构形式，能够组成换热通道，使得换热流体被通入换热通道中，且第一和第二多孔板上设置多个贯穿区域、能够部分对螺旋管进行固定作用(固定螺旋管的孔43)，另外部分允许换热流体通过(供换热流体通过的孔44)、以形成换热，参见图1-3和9。

优选地，

所述壳体3上连接设置有至少一个反应流体进口接管51和至少一个反应流体出口接管52，且所述螺旋管21能与所述反应流体进口接管51接通、且所述螺旋管21能与所述反应流体出口接管52接通；和/或，

所述壳体3上连接设置有至少一个换热流体进口接管61和至少一个换热流体出口接管62，通过所述换热流体进口接管61能够将换热流体通入所述壳体3中，通过所述换热流体出口接管62能够将所述壳体3中的换热流体导出。

第一实施方式、第二实施方式和第三实施方式

本发明的第一和第二种实施方式中的反应流体进口接管51为两个，反应流体出口接管52为一个，换热流体进口接管61为一个、换热流体出口接管62 为一个，参见图1和2所示；而本发明的第三种实施方式中的反应流体进口接管51为两个，反应流体出口接管52为一个，换热流体进口接管61为两个(其中一个设置于第一管板71和第一多孔板41之间、另一个设置于第一多孔板41 和芯轴1之间)、换热流体出口接管62为两个(其中一个设置于第二管板72 和第二多孔板42之间、另一个设置于第二多孔板42和芯轴1之间)，参见图 3所示。

通过反应流体进口接管能够通入反应流体，尤其是应该通入两个以上的反应流体，本申请优选为两个反应流体进口接管、即通入两种反应流体；而换热流体进口接管和换热流体出口接管分别为一个，即通入一种换热流体、以对螺旋管进行换热；换热介质穿过螺旋缠绕管之间的间隙或螺旋管与壳体之间的间隙进行换热，对流传热系数高，换热效果好，克服了夹套或者套管换热效果不佳的缺点；多孔板上的孔不仅起到固定螺旋缠绕管的作用，更有一部分供换热流体通过的孔，保证反应器的换热效果；螺旋缠绕管层和层之间的间隙及同层的间隙保证了换热流体的通过，同时又保证了换热系数，提高了换热效果。

优选地，

所述第一多孔板41上的用于供换热流体通过的贯穿区域在第一多孔板上均匀分布，且供换热流体通过的贯穿区域位于所述芯轴1的径向外侧、且位于所述第一多孔板径向外边缘的径向内侧；

和/或，所述第二多孔板42上的用于供换热流体通过的贯穿区域在第二多孔板上均匀分布，且供换热流体通过的贯穿区域位于所述芯轴1的径向外侧、且位于所述第二多孔板41径向外边缘的径向内侧；

和/或，第一多孔板上用于供换热流体通过的贯穿区域的总面积大于或等于换热流体进口接管的截面积，第二多孔板上用于供换热流体通过的贯穿区域的总面积根据换热流体的流量确定，其总面积不能小于换热流体进口接管的截面积，保证流动畅通。

多孔板上用于供换热流体通过的孔在圆周上均匀分布，且分布的半径大于等于芯轴的半径小于管板的外径，这样可以防止流体直接从多孔板中间通过，出现短路(而无法流经螺旋管部分而起不到换热作用)。多孔板上用于供换热流体通过的孔的总面积根据换热介质的流量确定，其总面积不能小于换热介质入口接管的截面积，否则的话会形成节流作用、造成流体能量损失，且压力增加、不利于换热，保证流动畅通。

优选地，

还包括设置在所述壳体3内且将所述反应流体进口接管51和所述换热流体进口接管61进行分隔的第一管板71、和设置在所述壳体3内且将所述反应流体出口接管52和所述换热流体出口接管62进行分隔的第二管板72，

所述第一管板71上设置有贯穿的第一通孔、能够允许所述螺旋管21从中穿过而与所述反应流体进口接管51之间连通，所述第二管板72上设置有贯穿的第二通孔、能够允许所述螺旋管21从中穿过而与所述反应流体出口接管52 之间连通，

所述第一管板71与所述第一多孔板41之间具有第一管箱81，所述换热流体进口接管61与所述第一管箱81内部相连通；所述第二管板72与所述第二多孔板42之间形成第二管箱82，所述换热流体出口接管62与所述第二管箱 82内部相连通。

且所述第一管板71和所述第二管板72分别固定连接在所述壳体3内壁上。

通过设置管板的结构、能够在管板和多孔板之间形成容纳换热流体的存储空间，且反应流体被阻隔在管板外侧，形成密封作用。

第一实施方式、第二实施方式和第三实施方式

本发明的第一和第三种实施方式中均设置有第一管板71和第二管板72，如图1和3，第二实施方式中省去了两个管板，螺旋管直接与反应流体进口接管和反应流体出口接管连通，如图2，当反应器上下游的设备接管较细时候，可以采用这种结构，反应物料入口接管直接与上游设备采用卡套连接即可。

优选地，

所述芯轴1包括圆管11、封盖12和圆柱13，所述封盖12设置于所述圆管11的一端处，且所述圆柱13的一端设置在所述封盖12上、所述圆柱13的另一端朝背离所述封盖12的一侧凸出，且所述封盖12上还设置有圆孔14、能够允许换热流体穿过所述封盖12而进入所述圆管11内部。

这是本发明的芯轴的优选结构形式，一端是由圆管、封盖和圆柱构成的，封头上开有一个圆孔，保证换热流体可以穿过封头，进入圆管内部流动，从而增强换热效果。封盖可以是平盖，也可以是椭圆封头或者蝶形封头；芯轴的圆柱一端与多孔板固定连接在一起，可以焊接或螺纹连接。

和/或，

当同时包括弯头、多孔板和管板时：

所述螺旋管和弯头之间的连接为涨接、焊接、涨焊和卡套接头连接中的至少一种；和/或，所述螺旋管和多孔板之间的连接为涨接、焊接、涨焊和卡套接头连接中的至少一种；和/或，所述螺旋管与所述管板之间的连接为涨接、焊接和涨焊中的至少一种。

本发明的整个反应器由壳体、管箱、封头、换热介质入口接管、换热介质出口接管、芯轴、螺旋缠绕管、弯头、多孔板、管板、反应物料A入口接管、反应物料B入口接管和反应生成物出口接管构成(如图1所示)。

结构描述如下：整个设备分为反应通道和换热通道。反应通道主要是螺旋管内部形成的空间，换热通道主要是螺旋管外壁和壳体内壁之间形成的空间。

换热通道：包括壳体、管箱、封头、换热介质入口及换热介质出口接管。换热介质从入口进入壳体内部，经过螺旋缠绕管之间的间隙及螺旋管和壳体之间的间隙流动，将螺旋管内流体反应产生的热量带走，然后从换热介质出口接管流出。

换热介质入口接管和出口接管，可以各有一个如图1所示，位于两个管板之间的管箱区域。也可以根据需要设置两个入口接管和两个出口接管，分别位于管箱区域和壳体区域，如图3所示。

反应通道：包括反应物料A入口接管、反应物料B入口接管、封头、管箱、管板、反应生成物出口接管、螺旋管和弯头构成。反应物料从入口接管进入封头及管箱内，然后流进螺旋缠绕管内，在螺旋缠绕管内部往复流动，最终从反应生成物出口接管流出，完成反应。反应物料入口接管个数可以根据反应物的个数进行增加。

封头的结构可以为平盖、椭圆封头、蝶形封头、球冠封头等，包括但不限于以上形式。

管板与封头、管箱之间的连接，多孔板与管箱及壳体之间的连接，可以为焊接，这样是不可拆的，可以为螺栓法兰连接形式，这样是可拆的，优选螺栓法兰连接，方便维修清理。

根据实际需要，可以在换热介质入口接管附近设置挡流板，减少流体对于管束的冲击。

所有的接管，包括换热介质入口接管、换热介质出口接管、反应物入口接管、反应生成物出口接管，和其他上下游设备的连接，可以为螺栓法兰连接、螺纹连接或卡套连接，连接方式包括但不限于这些方式。接管的规格、连接方式根据工艺系统的要求确定。

当反应器上下游的设备接管较细的时候，可以采用图2剖面图的结构形式，这种形式与图1相比，少了管板结构，管束出口直接穿过封头，结构更为简单，制造更为方便快捷。

管束：包括螺旋管、芯轴、多孔板、弯头、反应介质入口及出口接管构成。反应物料从入口进入，经过在管内反应后，从出口流出。

螺旋缠绕管紧紧缠绕在芯轴上，且分层缠绕，内部的流体在螺旋缠绕管内流动并发生反应。

流体经过螺旋缠绕管之后，又经过两端的弯头进行回流，流体又流到下一根螺旋缠绕管中，如此往复在缠绕管内流动，直至从反应生成物出口接管流出。

螺旋缠绕管串联使用，流体在螺旋缠绕管内的停留时间等于单根螺旋缠绕管内的停留时间乘以螺旋缠绕管的根数，大大增加了流体的停留时间。与釜式反应器相比，螺旋缠绕管内的流体是平推流流动，流体的停留时间能保持一致，能有效地保证停留时间，提高反应效率。

螺旋缠绕管的根数及长度根据反应所需要的停留时间确定。

螺旋缠绕管层间隙小于等于5倍螺旋缠绕管直径，同层螺旋缠绕管之间的间隙也小于等于5倍螺旋缠绕管直径.

螺旋缠绕管层与层之间的缠绕方向是相反的。

相邻两层螺旋管之间可以设置隔板，来确保螺旋缠绕管层与层之间的距离保持固定，保证螺旋管的稳定性。

螺旋缠绕管的缠绕方式，可以消除管板和管子之间的拉脱力的影响。

管子和多孔板及管板之间的连接可以是涨接、焊接或者涨焊并用。

每段螺旋缠绕管与两侧的弯头之间进行焊接连接或者卡套接头连接，两者之间的连接形式不仅限于举例的情况。卡套接头连接在出现阻塞的时候方便进行处理，优选卡套连接，方便维修。

弯头段在多孔板上伸出的长度不同(见下图)，防止发生干涉。

螺旋缠绕管与弯头之间连接的顺序可以从外层向内层连接，先连接外层，然后逐渐向内层连接，剩余的开孔作为换热物料流入口或生成物流出孔。螺旋缠绕管和弯头之间的连接根据多孔板上开孔的具体情况确定，下图只是一种举例说明，包括但不限于这种形式。

多孔板的结构如图4所示，立体图如下图所示。多孔板上除了开有焊接螺旋缠绕管的管孔外，另外在圆周方向开了一些用于换热流体的通过的孔。固定螺旋缠绕管的管孔的位置与螺旋缠绕管最终缠绕的位置相对应。多孔板左右两侧与壳体和管箱相焊接，保证管束的位置不会发生滑动。

多孔板上用于供换热流体通过的孔在圆周上均匀分布，且分布的半径大于等于芯轴的半径小于管板的外径，这样可以防止流体直接从多孔板中间通过，出现短路。

多孔板上用于供换热流体通过的孔的总面积根据换热介质的流量确定，其总面积不能小于换热介质入口接管的截面积，保证流动畅通。

螺旋缠绕管的截面可以为圆形、椭圆形、三角形、四边形(矩形、正方形、梯形、菱形)、五边形、六边形、七边型、N边型等等，圆形是优选。

螺旋缠绕管的规格在φ3-φ32之间，厚度在0.6mm～1mm之间。

管子的材料可以是钢材、哈氏合金、钛材等。反应管壁上优选设置有沟槽，以增强换热，促进管内流体的湍流，促进反应。

螺旋缠绕管的层数至少有两层，根据反应所需要的流量及所需要的停留时间来决定。图2所示的有三层，是示例。

芯轴一端是由圆管、封盖和圆柱构成的，封头上开有一个圆孔，保证换热流体可以穿过封头，进入圆管内部流动，从而增强换热效果。封盖可以是平盖，也可以是椭圆封头或者蝶形封头，包括但不限于这些形式，如图5所示。

芯轴的圆柱一端与多孔板固定连接在一起，可以焊接或螺纹连接，包括但不限于这两种形式。

也可以采用如图6、7所示的螺旋阵列式结构。这种结构的螺旋管之间的间隙更大，能够更加有利于换热。

螺旋阵列式结构有单根管和多根管形式，如图7所示。

本反应器适用于加压或者不加压反应；

本反应器适用于气液反应、液液反应、无固体生成或有少量固体生成，流体流动性较好的反应。

本发明的有益效果

1)螺旋缠绕管紧密缠绕在芯轴上以及螺旋管以螺旋的阵列方式布置，大大减少了管式反应器的占地面积，避免了使用支架固定管子的需要；

2)由于螺旋缠绕管的结构，当工业上需要较长的管路时，也能保证有较小的体积，便于工业化的实现；

3)芯轴位于螺旋管的中间，螺旋管缠在芯轴周围，不仅起到固定缠绕管的作用，也起到防止换热流体短路的作用(防止换热流体从中间通过螺旋管而无法与螺旋管之间进行换热)；

4)螺旋缠绕管串联使用，增加了流体的流动长度，保证了反应停留时间，适合较大停留时间的反应；

5)多孔板上的孔不仅起到固定螺旋缠绕管的作用，更有一部分供换热流体通过的孔，保证反应器的换热效果；

6)换热介质穿过螺旋缠绕管束的间隙进行换热，对流传热系数高，换热效果好，克服了夹套或者套管换热效果不佳的缺点；

7)由于管路较长，适合于需要较长停留时间、气液、液液、无固体生成或有少量固体生成，流体流动性较好的反应；

8)螺旋缠绕管层和层之间的间隙及同层的间隙保证了换热流体的通过，同时又保证了换热系数，提高了换热效果；

9)弯头和螺旋管之间可以焊接，优选卡套连接，方便维修清理；

10)管板和封头、管箱之间的连接，优选螺栓法兰连接，可拆，方便维修清理；

11)所有的接管，包括换热介质入口接管、换热介质出口接管、反应物入口接管、反应生成物出口接管，和其他上下游设备的连接，可以为螺栓法兰连接、螺纹连接或卡套连接。对外连接灵活自如。且对于卡套连接的这种形式，可以采用图3剖面图的结构，结构更为简单，制造更加方便快捷。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种管式反应器，其特征在于：包括：

反应管(2)，能够容纳反应流体从中通过并在其中进行反应，所述反应管(2)包括多个螺旋管(21)，且多个所述螺旋管(21)以螺旋的方式缠绕、或者多个所述螺旋管(21)以螺旋阵列的方式布置，且多个所述螺旋管(21)顺次串联而形成所述反应管(2)。

2.根据权利要求1所述的管式反应器，其特征在于：

当多个所述螺旋管(21)以螺旋的方式缠绕时，还包括芯轴(1)，且多个所述螺旋管(21)缠绕在所述芯轴(1)的外周，且在所述芯轴(1)的外周沿径向方向从内至外地排布成两层以上的结构形式。

3.根据权利要求2所述的管式反应器，其特征在于：

在每一层内也包括多个所述螺旋管(21)；和/或，在相邻的层之间的螺旋管(21)的缠绕方向相反；和/或，在垂直于流体流动方向的截面内、所述螺旋管被截为圆形、椭圆形或多边形；和/或，所述螺旋管的材料是钢材、哈氏合金、钛材中的至少一种；和/或，所述螺旋管的内壁和/或外壁上设置有沟槽。

4.根据权利要求3所述的管式反应器，其特征在于：

当在垂直于流体流动方向的截面内、所述螺旋管被截为圆形时：

相邻的两层螺旋管(21)之间的最小间隙小于或等于所述螺旋管的直径的5倍，和/或，同层的两螺旋管(21)之间的最小间隙也小于等于所述螺旋管的直径的5倍；和/或，相邻两层螺旋管(21)之间还设置有隔板；

和/或，所述螺旋管为圆管，且所述螺旋管的管径在φ3mm-φ32mm之间，所述螺旋管的厚度在0.6mm～1mm之间。

5.根据权利要求1所述的管式反应器，其特征在于：

所述反应管(2)还包括弯头(22)，所述弯头(22)设置于所述螺旋管(21)的轴线方向的一侧或两侧，且将两个所述螺旋管(21)进行连通。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的管式反应器，其特征在于：

所述反应器还包括壳体(3)，所述反应管(2)设置于所述壳体(3)中，还包括设置在所述壳体(3)内的位于所述螺旋管(21)轴向一侧的第一多孔板(41)和位于所述螺旋管轴向另一侧的第二多孔板(42)，所述第一多孔板(41)、所述第二多孔板(42)均固定于所述壳体(3)的内壁上，使得所述第一多孔板(41)、所述第二多孔板(42)和所述壳体(3)之间形成供换热流体流动且能与所述螺旋管(21)之间换热的换热通道，所述第一多孔板(41)和所述第二多孔板(42)上均设置有多个贯穿区域、所述多个贯穿区域中的部分能够允许所述螺旋管(21)从中穿过；优选的另外部分贯穿区域能够允许换热流体从中流过，所述贯穿区域优选为孔。

7.根据权利要求6所述的管式反应器，其特征在于：

所述壳体(3)上连接设置有至少一个反应流体进口接管(51)和一个反应流体出口接管(52)，且所述螺旋管(21)能与所述反应流体进口接管(51)接通、且所述螺旋管(21)能与所述反应流体出口接管(52)接通；和/或，

所述壳体(3)上连接设置有一个换热流体进口接管(61)和一个换热流体出口接管(62)，通过所述换热流体进口接管(61)能够将换热流体通入所述壳体(3)中，通过所述换热流体出口接管(62)能够将所述壳体(3)中的换热流体导出。

8.根据权利要求7所述的管式反应器，其特征在于：

当包括芯轴(1)时：

所述第一多孔板(41)上的用于供换热流体通过的贯穿区域在第一多孔板上均匀分布，且供换热流体通过的贯穿区域位于所述芯轴(1)的径向外侧、且位于所述第一多孔板(41)径向外边缘的径向内侧；

和/或，所述第二多孔板(42)上的用于供换热流体通过的贯穿区域在第二多孔板上均匀分布，且供换热流体通过的贯穿区域位于所述芯轴(1)的径向外侧、且位于所述第二多孔板(41)径向外边缘的径向内侧；

和/或，所述第一多孔板(41)上用于供换热流体通过的贯穿区域的总面积大于或等于换热流体进口接管的截面积；和/或，所述第二多孔板(42)上用于供换热流体通过的贯穿区域的总面积大于或等于换热流体进口接管的截面积。

9.根据权利要求7所述的管式反应器，其特征在于：

还包括设置在所述壳体(3)内且将所述反应流体进口接管(51)和所述换热流体进口接管(61)进行分隔的第一管板(71)、和设置在所述壳体(3)内且将所述反应流体出口接管(52)和所述换热流体出口接管(62)进行分隔的第二管板(72)，

所述第一管板(71)上设置有贯穿的第一通孔、能够允许所述螺旋管(21)从中穿过而与所述反应流体进口接管(51)之间连通，所述第二管板(72)上设置有贯穿的第二通孔、能够允许所述螺旋管(21)从中穿过而与所述反应流体出口接管(52)之间连通，

所述第一管板(71)与所述第一多孔板(41)之间具有第一管箱(81)，所述换热流体进口接管(61)与所述第一管箱(81)内部相连通；所述第二管板(72)与所述第二多孔板(42)之间形成第二管箱(82)，所述换热流体出口接管(62)与所述第二管箱(82)内部相连通。

且所述第一管板(71)和所述第二管板(72)分别固定连接在所述壳体(3)内壁上。

10.根据权利要求6所述的管式反应器，其特征在于：

所述芯轴(1)包括圆管(11)、封盖(12)和圆柱(13)，所述封盖(12)设置于所述圆管(11)的一端处，且所述圆柱(13)的一端设置在所述封盖(12)上、所述圆柱(13)的另一端朝背离所述封盖(12)的一侧凸出，且所述封盖(12)上还设置有圆孔、能够允许换热流体穿过所述封盖(12)而进入所述圆管(11)内部。

和/或，

当同时包括弯头、多孔板和管板时：

所述螺旋管和弯头之间的连接为涨接、焊接、涨焊和卡套接头连接中的至少一种；和/或，所述螺旋管和多孔板之间的连接为涨接、焊接、涨焊和卡套接头连接中的至少一种；和/或，所述螺旋管与所述管板之间的连接为涨接、焊接和涨焊中的至少一种。