CN108671865B - 采用夹套排气的双盘管节能高效反应釜 - Google Patents

采用夹套排气的双盘管节能高效反应釜 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种采用夹套排气的双盘管节能高效反应釜，属于节能技术领域。包括釜体、上部盘管、下部盘管、夹套、搅拌桨、挡板等。上部盘管出口直接与夹套连通，利用夹套兼做汽液分离装置；盘管采用多个圆形盘管，将传统的螺旋形盘管的串联方式改为并联方式，减少了蒸汽压降；上部盘管和下部盘管之间在尺寸结构上进行了优化匹配，配合搅拌桨的结构和挡板设计，使釜体内的物料形成良好的轴向和径向流动，并在盘管附近形成紊流，有效地提高了物料受热的均匀度。提高了系统的集成度，降低了总体成本，大大提高了换热效率。有利于对废蒸汽进行充分的回收利用，有显著的节能效果，同时大大减少废蒸汽排放，有显著的环保效果。

Description

采用夹套排气的双盘管节能高效反应釜
技术领域
本发明涉及一种反应釜，特别是一种采用夹套排气的、双盘管的节能、高效反应釜。属于节能技术领域。
背景技术
反应釜通常采用夹套或盘管方式换热，且内部设置搅拌装置来实现物料的充分混合，并在混合过程中通过换热装置实现高温反应或者是低温反应。
一般反应釜中的盘管只有一组，在反应釜内物料数量较少时也需盘管全部启动进行加热或者降温，相对能耗较大，在需要缓慢升温或降温时也不方便进行调节，容易出现升温或降温过快的现象；蒸发浓缩时容易产生糊管现象。此外，单组盘管的管程较长，盘管进口与出口两端的温差较大，容易出现反应釜内物料温度不均的情况，对温敏性物料的反应就很不利，进而影响到产品质量和反应时间，变相地提高生产成本。
目前采用双盘管的反应釜相关技术较少，但国内已经开始了这方面的研究。如中国专利“一种反应釜”（申请号：CN20132039252.0）提出在釜体内设置第一加热盘管和第二加热盘管，根据反应釜中的物料量选择加热盘管，可以方便的控制升温过程，有效地降低能耗，且在不同的温度条件下采用不同的加热媒质，回收溶剂中各类沸点的原料。
中国专利“一种双盘管反应釜”（申请号：CN20121012977.3）提出一种可根据需要选择使用的盘管的数量，降低能耗，并可以方便控制升温或降温速度的双盘管反应釜。当反应釜内反应物较少，或者反应釜需要缓慢升温或降温时，可以选择仅开启第一盘管和第二盘管其中之一，以降低能耗，同时还能达到预期的升温或降温目的。当反应釜内反应物较多时，可同时开启第一盘管和第二盘管，以适应反应需要。
中国专利“一种双层盘管的反应釜（申请号：CN201420305772）提出一种能够满足常规大批量生产，同时还适用于小量的生产、研究的双层盘管的反应釜；由于盘管分为上、下两组盘管，相当于把单盘管换热器中的一段很长的管道分成两段，且分别设有入口以及出口，分别向两组盘管内同时热交换，能有效防止盘管功能效果变差的现象，从而提高对反应釜的升温或降温效果。
上述专利虽然都提出了双盘管的结构，也考虑了双盘管开通和关闭的组合关系可以起到一定的节能的效果，但是并未考虑到双盘管、夹套、搅拌器之间的空间结构的合理匹配，以及物料的循环流动方式和流态，对物料循环蒸发过程的影响；此外，都没考虑到如何利用双盘管结构实现对废蒸汽的回收利用，以及在该种情况下两组盘管之间的数量配合关系和位置配合关系，以极大地提高节能效果，同时大大减少废蒸汽的排放，实现环保效果。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种采用夹套排气的双盘管节能高效反应釜，通过双盘管、夹套、搅拌桨、挡板的结构和空间位置的合理匹配布局，改善物料的循环流动方式和流态，实现物料的均匀换热蒸发，将传统的螺旋形盘管的串联方式改为并联方式，减少了蒸汽压降，显著提高物料的蒸发效果；同时，采用上部盘管出口直接与夹套连通的方式，利用夹套兼做汽液分离装置，有效提高了废蒸汽的利用效率，为蒸发浓缩系统减少了汽液分离装置，提高了系统的集成度，降低了总体成本，极大地提高节能效果，同时大大减少废蒸汽的排放，实现环保效果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
所述的采用夹套排气的双盘管节能高效反应釜，包括釜体（1）、上部盘管入口（2）、上部盘管（3）、连通口（4）、下部盘管入口（5）、下部盘管（6）、下部盘管出口（7）、夹套排气口（8）、夹套（9）、夹套出口（10）、电机（11）、搅拌轴（12）、搅拌桨（13）、挡板（14）。
上部盘管入口（2）、下部盘管入口（5）、下部盘管出口（7）、夹套排气口（8）、夹套出口（10）安装在釜体（1）上，上部盘管（3）和下部盘管（6）位于釜体（1）内，夹套（9）位于釜体（1）的外壁，连通口（4）位于上部盘管（3）末段和夹套（9）之间。
上部盘管入口（2）、上部盘管（3）、连通口（4）、夹套（9）、夹套出口（10）、夹套排气口（8）相连通，下部盘管入口（5）、下部盘管（6）、下部盘管出口（7）相连通；从而构成了2条换热通道，也就是说，可以分别通以2种不同的加热介质。
电机（11）安装在釜体（1）的上部，搅拌轴（12）上安装有搅拌桨（13），在电机（11）的带动下旋转搅拌物料；使反应釜内的物料同时具有轴向和径向流动，从而加速并促进蒸发过程，而且使物料的各部分温度保持均匀。
挡板（14）为多个，沿上部盘管（3）的圆周均匀分布固定。使反应釜内的物料形成局部紊流，有助于物料的温度分布均匀，以及充分的换热。
进一步地，反应釜工作时，上部盘管（3）和夹套（9）通废蒸汽、下部盘管（6）通生蒸汽。废蒸汽进入上部盘管（3）与釜体（1）内的物料换热，部分饱和废蒸汽变为废冷凝水，然后共同经连通口（4）进入夹套（9），继续与釜体（1）内的物料换热，最后得到的废冷凝水经夹套出口（10）排出、废气经夹套排气口（8）排出。
进一步地，所述的上部盘管（3）的圆周直径大于下部盘管（6），上部盘管（3）与釜体（1）的内壁之间保持一定的间距，上部盘管（3）与下部盘管（6）之间保持一定的间距，下部盘管（6）与釜体（1）的底部保持一定的间距。采用上述的空间结构布局方式，使得物料能够在上部盘管（3）的圆周内外构成轴向循环流动、在下部盘管（6）的圆周内外构成轴向的并行流动，从而显著提高换热效果。
进一步地，所述的搅拌桨（13）的叶片具有垂直方向的倾斜角度，或者为涡轮式结构；搅拌桨（13）至少有2组，1组位于上部盘管（3）中间、1组位于下部盘管（6）中间。使物液形成轴径向循环，并在盘管处形成紊流，便于料液的混合和蒸发。最好是构成从中部上行、外圈下行的主循环。
优选地，所述的上部盘管（3）为多个圆形盘管，一侧分别通过上部盘管入口（2）的管道并联，另一侧分别经多个对应的连通口（4）与夹套（9）连通。
进一步地，包括温度表（15）和温度探头（16），温度表（15）具有现场显示功能和温度数据传输功能，温度探头（16）通过密封接口探入到上部盘管（3）和下部盘管（6）之间的位置，水平方向位于上部盘管（3）和搅拌桨（13）外圆周中间位置附近。该位置的物料流速较大，且温度接近于反应釜内物料温度的最高点。有助于实现人工控制以及精确的自动控制。
进一步地，包括压力表（17），具有现场显示功能和温度数据传输功能，测量反应釜内的压力。物料加热，以及蒸发或浓缩过程中，需要控制压力，可能是正压，以获得超过100℃的加热温度；也可能是负压，以控制蒸发的效果和物料的质量等，无论是人工控制还是自动控制，都需要准确掌握反应釜内的蒸汽压力。
进一步地，包括保温层（18），包裹在釜体（1）的外壁上。以减少能量损失，在节能的同时，还便于进行物料反应的恒温控制。
与现有技术相比较，本发明具有如下优点：
1、采用上部盘管出口直接与夹套连通的方式，利用夹套兼做汽液分离装置，有效提高了废蒸汽的利用效率，为蒸发浓缩系统减少了汽液分离装置，提高了系统的集成度，降低了总体成本。
2、盘管采用多个圆形盘管，将传统的螺旋形盘管的串联方式改为并联方式，减少了蒸汽压降，在反应釜整体蒸发面积不变的情况下，有效提高了蒸发速度和换热效率。
3、采用上部盘管和下部盘管的双盘管结构，在物液少或者浓缩的后期，可以仅用下部盘管工作，减少蒸汽的用量，避免产生过热蒸汽，从而实现了节能效果，且可有效减少糊管或糊锅的情况，提高了产品的品质；相对于传统的反应釜，仅将原有的单盘管结构拆分成双盘管结构，加工制造简单、成本增加很少。
4、上部盘管和下部盘管之间在尺寸结构上进行了优化匹配，配合搅拌桨的结构和挡板设计，使釜体内的物料形成良好的轴向和径向流动，并在盘管附近形成紊流，有效地提高了物料受热的均匀度，大大提高了换热和蒸发速度。
5、采用上部盘管、下部盘管和夹套的混合加热方式，可有效利用废蒸汽进行物料的保温、加热及蒸发过程，工作方式灵活，对废蒸汽进行了充分的回收利用，有显著的节能效果，同时大大减少废蒸汽排放，有显著的环保效果。
附图说明
图1：采用夹套排气的双盘管节能高效反应釜结构示意图。
图中：1-釜体、2-上部盘管入口、3-上部盘管、4-连通口、5-下部盘管入口、6-下部盘管、7-下部盘管出口、8-夹套排气口、9-夹套、10-夹套出口、11-电机、12-搅拌轴、13-搅拌桨、14-挡板、15-温度表、16-温度探头、17-压力表、18-保温层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：
如图1所示为采用夹套排气的双盘管节能高效反应釜结构示意图，图1中，所述的采用夹套排气的双盘管节能高效反应釜包括釜体（1）、上部盘管入口（2）、上部盘管（3）、连通口（4）、下部盘管入口（5）、下部盘管（6）、下部盘管出口（7）、夹套排气口（8）、夹套（9）、夹套出口（10）、电机（11）、搅拌轴（12）、搅拌桨（13）、挡板（14）、温度表（15）、温度探头（16）、压力表（17）、保温层（18）。
由上部盘管入口（2）、上部盘管（3）、连通口（4）、夹套排气口（8）、夹套（9）、夹套出口（10）构成第一条加热介质通道，采用废蒸汽。废蒸汽进入上部盘管（3）与釜体（1）内的物料换热，部分饱和废蒸汽变为废冷凝水，然后共同经连通口（4）进入夹套（9），继续与釜体（1）内的物料换热，最后得到的废冷凝水经夹套出口（10）排出、废气经夹套排气口（8）排出。一般废蒸汽中含有空气等不凝气，会严重影响换热效率；采用上述的结构，将夹套（9）既作为换热设备使用、又作为汽液分离设备使用，换热后产生的不凝气能够及时排出，不会在上部盘管（3）和夹套（9）内积聚，有效提高了换热效率，同时还节省了汽液分离设备的投资。此外，由于废蒸汽与物料之间的温差小，采用蒸汽压缩机进行废蒸汽回收利用时，一般提升温度为20℃左右，因此需要保证足够的换热面积；采用上部盘管（3）和夹套（9）同时对废蒸汽进行回收利用，使得废蒸汽的换热面积较大，可有效提高废蒸汽的利用率。优选地，上部盘管（3）的各个盘管还可以为多个圆形盘管，采用并联方式，即上部盘管入口（2）与上部盘管（3）的每一根盘管都直接连通、同时每一根盘管都与夹套（9）有一个连通口（4），使得废蒸汽流经上部盘管（3）的管程大大缩短、管径大大增加，显著提高废蒸汽的换热效率。
由下部盘管入口（5）、下部盘管（6）、下部盘管出口（7）构成第二条加热介质通道，采用生蒸汽。全部采用废蒸汽的话，由于温差小，蒸发浓缩效率会较低，尤其在物料的浓缩后期一般料位较低，因此在下部盘管（6）采用生蒸汽，一方面保证了整体的蒸发浓缩效率，另一方面有助于提高蒸发浓缩后期的生产效率。
采用上述的蒸汽配置方式，在物料多的时候，以废蒸汽蒸发为主，从而充分利用废蒸汽；在物料少的时候，以生蒸汽蒸发为主，废蒸汽主要起到辅助作用，而且由于废蒸汽的温度低，此时还能避免产生过热蒸汽，有效环减少糊管或糊锅的情况，且提高了产品的品质。
为了提升蒸发效率和蒸发速度，如图1所示，上部盘管（3）的圆周直径大于下部盘管（6），且二者的圆周直径的间距要大于盘管本身的直径；上部盘管（3）与釜体（1）的内壁之间保持一定的间距，上部盘管（3）与下部盘管（6）之间保持一定的间距，下部盘管（6）与釜体（1）的底部保持一定的间距。此外，无论是上部盘管（3）还是下部盘管（6），其相邻的两根螺旋盘管之间的螺距也不能过小。采用上述的空间结构布局方式，使得物料能够在上部盘管（3）的圆周内外构成轴向循环流动、在下部盘管（6）的圆周内外构成轴向的并行流动，从而显著提高换热效果。
图1中，电机（11）安装在釜体（1）的上部，搅拌轴（12）上安装有搅拌桨（13），没入釜体（1）内部的物料中，通过电机（11）的带动旋转搅拌物料，使反应釜内的物料同时具有轴向和径向流动，从而加速并促进蒸发过程。
图1中，搅拌桨（13）的叶片具有垂直方向的倾斜角度，或者为涡轮式结构；搅拌桨（13）至少有2组，1组位于上部盘管（3）中间、1组位于下部盘管（4）中间。电机（11）通过搅拌轴（12）带动搅拌桨（13），使物液形成上下循环，并在盘管处形成紊流，便于料液的混合和蒸发。最好是构成从中部上行、外圈下行的主循环。
图1中，挡板（14）沿上部盘管（3）的圆周均匀分布固定，当物料在搅拌桨（13）的作用下进行周向流动时，会被挡板（14）所破坏，从而使反应釜内的物料形成局部紊流，局部紊流有助于物料的温度分布均匀，以及与盘管之间的充分换热。同时，挡板（14）也起到固定上部盘管（3）的作用。
图1中，所述的采用夹套排气的双盘管节能高效反应釜还包括温度表（15）和温度探头（16），温度表（15）具有现场显示功能和温度数据传输功能，温度探头（16）通过密封接口探入到上部盘管（3）和下部盘管（6）之间的位置，水平方向位于上部盘管（3）和搅拌桨（13）外圆周中间位置附近。该部分的物料流速较大，且温度接近于反应釜内物料温度的最高点。有助于实现人工控制以及精确的自动控制。
图1中，所述的采用夹套排气的双盘管节能高效反应釜还包括压力表（17），具有现场显示功能和温度数据传输功能，测量反应釜内的压力。物料加热，以及蒸发或浓缩过程中，需要控制压力，可能是正压，以获得超过100℃的加热温度；也可能是负压，以控制蒸发的效果和物料的质量等，无论是人工控制还是自动控制，都需要准确掌握反应釜内的蒸汽压力。
以上所述仅为本发明的较佳实施实例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.采用夹套排气的双盘管节能高效反应釜，其特征在于：包括釜体(1)、上部盘管入口(2)、上部盘管(3)、连通口(4)、下部盘管入口(5)、下部盘管(6)、下部盘管出口(7)、夹套排气口(8)、夹套(9)、夹套出口(10)、电机(11)、搅拌轴(12)、搅拌桨(13)、挡板(14)；
上部盘管入口(2)、下部盘管入口(5)、下部盘管出口(7)、夹套排气口(8)、夹套出口(10)安装在釜体(1)上，上部盘管(3)和下部盘管(6)位于釜体(1)内，夹套(9)位于釜体(1)的外壁，连通口(4)位于上部盘管(3)末段和夹套(9)之间；
上部盘管入口(2)、上部盘管(3)、连通口(4)、夹套(9)、夹套出口(10)、夹套排气口(8)相连通，下部盘管入口(5)、下部盘管(6)、下部盘管出口(7)相连通；
电机(11)安装在釜体(1)的上部，搅拌轴(12)上安装有搅拌桨(13)，在电机(11)的带动下旋转搅拌物料；
挡板(14)为多个，沿上部盘管(3)的圆周均匀分布固定；
反应釜工作时，上部盘管(3)和夹套(9)通废蒸汽、下部盘管(6)通生蒸汽。
2.根据权利要求1所述的采用夹套排气的双盘管节能高效反应釜，其特征在于：所述的上部盘管(3)的圆周直径大于下部盘管(6)，上部盘管(3)与釜体(1)的内壁之间保持一定的间距，上部盘管(3)与下部盘管(6)之间保持一定的间距，下部盘管(6)与釜体(1)的底部保持一定的间距。
3.根据权利要求1所述的采用夹套排气的双盘管节能高效反应釜，其特征在于：所述的搅拌桨(13)的叶片具有垂直方向的倾斜角度，或者为涡轮式结构；搅拌桨(13)至少有2组，1组位于上部盘管(3)中间、1组位于下部盘管(6)中间。
4.根据权利要求1所述的采用夹套排气的双盘管节能高效反应釜，其特征在于：上部盘管(3)为多个圆形盘管，一侧分别通过上部盘管入口(2)的管道并联，另一侧分别经多个对应的连通口(4)与夹套(9)连通。
5.根据权利要求1所述的采用夹套排气的双盘管节能高效反应釜，其特征在于：包括温度表(15)和温度探头(16)，温度表(15)具有现场显示功能和温度数据传输功能，温度探头(16)通过密封接口探入到上部盘管(3)和下部盘管(6)之间的位置，水平方向位于上部盘管(3)和搅拌桨(13)外圆周中间位置附近。
6.根据权利要求1所述的采用夹套排气的双盘管节能高效反应釜，其特征在于：包括压力表(17)，具有现场显示功能和温度数据传输功能，测量反应釜内的压力。
7.根据权利要求1所述的采用夹套排气的双盘管节能高效反应釜，其特征在于：包括保温层(18)，包裹在釜体(1)的外壁上。
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