CN110201625A - 一种用于合成反应的连续分段进料螺旋管式反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于合成反应的连续分段进料螺旋管式反应器，包括反应器外壳、中心管以及围绕中心管设置得多根螺旋缠绕管；螺旋缠绕管为换热介质通道，换热介质从换热介质入口进入螺旋缠绕管，在螺旋缠绕管内流动并通过管壁与外侧的反应物料进行换热，换热完成后由换热介质出口离开反应器；反应物料A经计量后由反应物料A进料口连续进入螺旋缠绕管与反应器外壳形成的壳程通道内与从中心管加入的反应物B进行反应，发生反应同时与缠绕管内换热介质进行热量交换以维持反应温度的恒定。本发明可以实现反应物料的连续加入，实现了反应的连续化，提高了产量，容积利用率大，强化了传热效果，避免了由于局部温差较大带来的副反应产生的问题。
Description
技术领域
本发明涉及化学反应设备技术领域，特别是涉及一种用于合成反应的连续分段进料螺旋管式反应器。
背景技术
目前，在制药、精细化工生产过程中涉及到许多化学反应，某些化学反应有多股物料参与，反应过程中会吸入或放出大量反应热，且反应过程的选择性、转化率受温度条件影响较大，因此反应过程中的换热与温度控制对提高反应选择性及转化率至关重要。
制药、精细化工生产过程中的化学合成反应通常在釜式反应器内进行，通过在合成釜上设置夹套进行换热，但由于换热面积较小，传质、传热效率低，为避免由于传质传热不及时导致副反应发生影响产品收率，只能采取间歇进料的方式，导致加料时间过长，并影响产量。
CN201420196752.5公开一种三层玻璃反应釜属于化学反应设备技术领域，包括机架、反应釜本体、恒压漏斗、冷凝器和伸入反应釜本体的搅拌装置，恒压漏斗和冷凝器分别连接反应釜本体，所述反应釜本体为三层玻璃反应釜本体，所述机架上设有能升降的定位盘和托釜盘，反应釜本体通过定位盘与机架连接，托釜盘设在反应釜本体下部。该实用新型在原双层玻璃的基础上增加第三层玻璃作为真空隔热层，使隔热效率提高25％，缩减釜体面积1㎡，降低能源消耗15％；采用高硼硅玻璃(GG17)制成反应釜本体，使反应釜耐温达-120℃—+250℃。本装置隔热效率高、耐腐蚀耐磨。CN201320353141.2公开了一种提高保温套强度的反应釜，包括带有换热夹套的釜体和包裹于所述换热夹套的保温套，所述保温套包括覆盖于所述换热夹套的保温材料层，紧贴于所述保温材料层的防松网以及位于所述防松网外部的保护壳。该保温套包括三层结构，中间一层的防松网可以使三层材料紧密连接，同时，还能够明显提高该保温套的强度，防止保温套的磨损和破裂，延长保温套的使用寿命。CN201410327700.1公开了后掠式高效热板导流整流多相反应釜，包括圆筒形的釜体，釜体直立设置，釜体的侧壁从上到下依次设置有出料口、液体进料口和气体进料口，釜体内纵向设置有与外部的电机连接的中心转轴，特点是中心转轴上设置有三层纵向排列的后掠半管涡轮式搅拌器，后掠半管涡轮式搅拌器的外端与釜体的内壁之间水平均布有6-10个高效换热导流整流装置，釜体的内壁均布有4-6片边壁导流全挡板，釜体的底部设置有与液体进料口连接的液体喷射分布器以及与气体进料口连接的气体喷射分布器，釜体内设置有溢流区，反应产物通过溢流区由出料口采出，优点是可以实现多相体系混合效果好、换热面积大、温度控制精确的后掠式高效热板导流整流多相反应釜。但现有技术中都为间歇进料的方式，效率一般，产量不高。
因此，为增强物料的混合速率及产品收率，提高产品产量，需强化传热，亟需一种既能大大增强传质传热速率，又可实现反应物流的连续加入的连续生产系统及新型反应器，从而实现生产过程的连续化并大大提高装置的生产能力。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种用于合成反应的连续分段进料螺旋管式反应器，以解决以上技术问题；
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现：
一种用于合成反应的连续分段进料螺旋管式反应器，包括管箱，所述管箱外部开有换热介质入口、换热介质出口、反应物料A进料口、反应物料B进料口、反应产物出口；
进一步的，法兰分布器水平穿过管箱，并与管箱固定连接；所述法兰分布器上布有孔；
进一步的，容器法兰水平穿过管箱，并通过螺钉与管箱固定连接；容器法兰在壳程通道内与螺旋缠绕管竖直相连，所述螺旋缠绕管下端为竖直中空管，穿过容器法兰并与换热介质出口相连通；所述螺旋缠绕管上端为竖直中空管，在壳程通道内与法兰分布器相连，穿过法兰分布器并与换热介质入口相连通；
进一步的，所述法兰分布器，容器法兰把管箱分为上、中、下三个区域；上区域、中区域又由中心管分为中心管区域和外层区域；
进一步的，所述中心管包括上下两部分，中心管上部分半径大于最外侧的反应物料B分布管的边缘；
进一步的，反应器中间设有中心管，围绕中心管设有多根螺旋缠绕管，螺旋缠绕管外侧为反应器外壳；螺旋缠绕管作为换热介质通道，换热介质在螺旋缠绕管内流动并通过管壁进行换热，换热完成后由换热介质出口离开反应器，反应物料A经计量后由反应物料A进料口连续进入螺旋缠绕管与反应器外壳形成的壳程通道内；
优选的，所述法兰分布器中心在中心管半径范围内开有通孔，反应物料B经计量后由反应物料B进料口进入中心管，在中心管上分段开孔与壳程通道相连；这样可以使反应物料B 分段连续加入到反应物料A内进行反应；
优选的，所述法兰分布器中心在中心管半径范围内开有能穿过反应物料B分布管的通孔，所述反应物料B分布管为“L”形弯管，所述反应物料B分布管上部穿过该孔，下方穿过在中心管上分段的孔与壳程通道相连；
进一步的，所述中心管上分段开的孔沿中心管周向排列；
优选的，所述反应物料B分布管从右到左沿竖直方向管的长度依次递增；
进一步的，所述反应物料B进料口与中心管相连通，所述换热介质入口与管箱的上区域的外层区域相连通；换热介质出口置于管箱的下部，与下区域相连通；
利用法兰分布器将物料分散至多个反应物料B分布管，然后分段加入到反应物料A内；同时，由于螺旋缠绕管的螺旋排列方式使得壳程通道内的反应物料湍动剧烈，更容易混合均匀，促进反应及传质传热的进行；由于反应物料B分段连续加入，在上一段反应热传递完成后再加入反应物料，更容易控制反应器温度，避免由于物料从单一进料口连续加入造成换热不及时带来的副反应增加的弊端；在反应器另一端，反应完成，反应产物从出口排出。
优选的，所述反应物料B分布管与所述中心管上分段开的孔可拆卸安装。
本发明所述的一种用于合成反应的连续分段进料螺旋管式反应器，包括反应器外壳、中心管以及围绕中心管设置得多根螺旋缠绕管；螺旋缠绕管为换热介质通道，换热介质从换热介质入口进入螺旋缠绕管，在螺旋缠绕管内流动并通过管壁与外侧的反应物料进行换热，换热完成后由换热介质出口离开反应器。反应物料A经计量后由反应物料A进料口连续进入螺旋缠绕管与反应器外壳形成的壳程通道内与从中心管加入的反应物B进行反应，发生反应同时与缠绕管内换热介质进行热量交换以维持反应温度的恒定。最内层中心管为反应物料B进料管，反应物料B经计量后由反应物料B进料口进入最内层中心管，在最内层中心管上分段开孔与壳程通道相连，这样可以使反应物料B分段连续加入到反应物料A内进行反应，或利用法兰分布器将物料分散至多个反应物料B分布管7然后分段加入到反应物料A内；由于反应物料B分段连续加入，在上一段反应热传递完成后再加入反应物料，更容易维持反应温度恒定，避免由于物料从单一进料口连续加入造成换热不及时从而导致副反应增加的弊端。同时，由于缠绕管的螺旋排列方式使得壳程通道内的反应物料湍动剧烈，更容易混合均匀，促进反应及传质传热的进行。在反应器另一端，反应物AB反应完成，产物从出口排出。
本发明的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
1)本发明可以实现反应物料的连续加入，实现了反应的连续化，提高了产量，降低了操作费用；
2)本发明显著增大换热系数，强化了传热效果，避免了由于局部温差较大带来的副反应产生问题；
3)本发明可灵活控制传热距离与传热面积，有利于反应温度的控制；
4)本发明容积利用率大，单套设备产能高，占地面积与投资显著降低；
5)本发明通过螺旋管及换热介质增加了换热面积，能快速将反应过程的热量传出，实现反应物料的连续性加料。
附图说明
图1为本发明提供的反应物料B采用分布管分段进料型式的反应器全剖结构图。
图2为本发明提供的反应物料B采用分布孔进料型式的反应器全剖结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“背面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系。这类术语仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-2所示，本发明提供一种用于合成反应的连续分段进料螺旋管式反应器，包括管箱4，所述管箱4外部开有换热介质入口2、换热介质出口12、反应物料A进料口6、反应物料B进料口3、反应产物出口10；
进一步的，法兰分布器5水平穿过管箱4，并与管箱4固定连接；所述法兰分布器5上布有孔；
进一步的，容器法兰11水平穿过管箱4，并通过螺钉与管箱4固定连接；容器法兰11在壳程通道内与螺旋缠绕管1竖直相连，所述螺旋缠绕管1下端为竖直中空管，穿过容器法兰11并与换热介质出口12相连通；所述螺旋缠绕管1上端为竖直中空管，在壳程通道内与法兰分布器5相连，穿过法兰分布器5并与换热介质入口2相连通；
进一步的，所述法兰分布器5，容器法兰11把管箱4分为上、中、下三个区域；上区域、中区域又由中心管9分为中心管区域和外层区域；
进一步的，所述中心管9包括上下两部分，中心管9上部分半径大于最外侧的反应物料 B分布管7的边缘；
进一步的，反应器中间设有中心管9，围绕中心管9设有多根螺旋缠绕管1，螺旋缠绕管 1外侧为反应器外壳8；螺旋缠绕管1作为换热介质通道，换热介质在螺旋缠绕管1内流动并通过管壁进行换热，换热完成后由换热介质出口12离开反应器，反应物料A经计量后由反应物料A进料口6连续进入螺旋缠绕管1与反应器外壳8形成的壳程通道内；
作为本发明一个优选的实施例，所述法兰分布器5中心在中心管9半径范围内开有通孔，反应物料B经计量后由反应物料B进料口3进入中心管9，在中心管9上分段开孔与壳程通道相连；这样可以使反应物料B分段连续加入到反应物料A内进行反应；
作为本发明另一个优选的实施例，所述法兰分布器5中心在中心管9半径范围内开有能穿过反应物料B分布管7的通孔，所述反应物料B分布管7为“L”形弯管，所述反应物料B分布管7上部穿过该孔，下方穿过在中心管9上分段的孔与壳程通道相连；
进一步的，所述中心管9上分段开的孔沿中心管9周向排列；
作为本发明一个优选的实施例，所述反应物料B分布管7从右到左沿竖直方向管的长度依次递增；
进一步的，所述反应物料B进料口3与中心管9相连通，所述换热介质入口2与管箱4的上区域的外层区域相连通；换热介质出口12置于管箱4的下部，与下区域相连通；
利用法兰分布器5将物料分散至多个反应物料B分布管7，然后分段加入到反应物料A 内；同时，由于螺旋缠绕管1的螺旋排列方式使得壳程通道内的反应物料湍动剧烈，更容易混合均匀，促进反应及传质传热的进行；由于反应物料B分段连续加入，在上一段反应热传递完成后再加入反应物料，更容易控制反应器温度，避免由于物料从单一进料口连续加入造成换热不及时带来的副反应增加的弊端；在反应器另一端，反应完成，反应产物从出口排出。
作为本发明一个优选的实施例，所述反应物料B分布管7与所述中心管9上分段开的孔可拆卸安装。
如图1-2所示，一种用于合成反应的连续分段进料螺旋管式反应处理方法，具体实施步骤如下：
1)将反应物料A和反应物料B进行计量；
2)将经计量后的反应物料A由反应物料A进料口6连续进入壳程通道，将经计量后的反应物料B由反应物料B进料口3进入中心管9，反应物料B通过所述中心管9上分段开的孔连续加入到反应物料A内进行反应；
3)在反应器另一端，反应完成，反应产物从反应产物出口10排出。
作为本发明一个优选的实施例，在步骤2)中,所述反应物料B利用法兰分布器5将物料分散至多个反应物料B分布管7然后分段加入到反应物料A内。
以上实施方案仅用于说明而非限制本发明的技术方案。不脱离本发明精神的任何修改或局部替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种用于合成反应的连续分段进料螺旋管式反应器，其特征在于：
包括管箱(4)，所述管箱(4)外部开有换热介质入口(2)、换热介质出口(12)、反应物料A进料口(6)、反应物料B进料口(3)、反应产物出口(10)；
法兰分布器(5)水平穿过管箱(4)，并与管箱(4)固定连接；所述法兰分布器(5)上布有孔；
容器法兰(11)水平穿过管箱(4)，并通过螺钉与管箱(4)固定连接；容器法兰(11)在壳程通道内与螺旋缠绕管(1)竖直相连，所述螺旋缠绕管(1)下端为竖直中空管，穿过容器法兰(11)并与换热介质出口(12)相连通；所述螺旋缠绕管(1)上端为竖直中空管，在壳程通道内与法兰分布器(5)相连，穿过法兰分布器(5)并与换热介质入口(2)相连通；
所述法兰分布器(5)，容器法兰(11)把管箱(4)分为上、中、下三个区域；上区域、中区域又由中心管(9)分为中心管区域和外层区域；
所述中心管(9)包括上下两部分，中心管(9)上部分半径大于最外侧的反应物料B分布管(7)的边缘。
2.根据权利要求1所述的一种用于合成反应的连续分段进料螺旋管式反应器，其特征在于：反应器中间设有中心管(9)，围绕中心管(9)设有多根螺旋缠绕管(1)，螺旋缠绕管(1)外侧为反应器外壳(8)；螺旋缠绕管(1)作为换热介质通道，换热介质在螺旋缠绕管(1)内流动并通过管壁进行换热，换热完成后由换热介质出口(12)离开反应器，反应物料A经计量后由反应物料A进料口(6)连续进入螺旋缠绕管(1)与反应器外壳(8)形成的壳程通道内。
3.根据权利要求2所述的一种用于合成反应的连续分段进料螺旋管式反应器，其特征在于：所述法兰分布器(5)中心在中心管(9)半径范围内开有通孔，反应物料B经计量后由反应物料B进料口(3)进入中心管(9)，在中心管(9)上分段开孔与壳程通道相连；这样可以使反应物料B分段连续加入到反应物料A内进行反应。
4.根据权利要求3所述的一种用于合成反应的连续分段进料螺旋管式反应器，其特征在于：所述法兰分布器(5)中心在中心管(9)半径范围内开有能穿过反应物料B分布管(7)的通孔，所述反应物料B分布管(7)为“L”形弯管，所述反应物料B分布管(7)上部穿过该孔，下方穿过在中心管(9)上分段的孔与壳程通道相连。
5.根据权利要求4所述的一种用于合成反应的连续分段进料螺旋管式反应器，其特征在于：所述中心管(9)上分段开的孔沿中心管(9)周向排列；
所述反应物料B分布管(7)从右到左沿竖直方向管的长度依次递增。
6.根据权利要求5所述的一种用于合成反应的连续分段进料螺旋管式反应器，其特征在于：所述反应物料B进料口(3)与中心管(9)相连通，所述换热介质入口(2)与管箱(4)的上区域的外层区域相连通；换热介质出口(12)置于管箱(4)的下部，与下区域相连通。
7.一种用于合成反应的连续分段进料螺旋管式反应处理方法，其特征在于，具体实施步骤如下：
1)将反应物料A和反应物料B进行计量；
2)将经计量后的反应物料A由反应物料A进料口(6)连续进入壳程通道，将经计量后的反应物料B由反应物料B进料口(3)进入中心管(9)，反应物料B通过所述中心管(9)上分段开的孔连续加入到反应物料A内进行反应；
3)在反应器另一端，反应完成，反应产物从反应产物出口(10)排出。
8.根据权利要求7所述的一种用于合成反应的连续分段进料螺旋管式反应处理方法，其特征在于：
在步骤2)中，所述反应物料B利用法兰分布器(5)将物料分散至多个反应物料B分布管(7)然后分段加入到反应物料A内。
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2019
- 2019-07-09 CN CN201910615690.4A patent/CN110201625A/zh active Pending
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