CN110773090B - 一种反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反应器，包括从下至上依次设置的进料单元、反应单元、出料单元、设于反应单元和出料单元之间的第一管板，反应单元包括两端分别与进料单元和出料单元相连通的用于通入通出反应物的反应通道，第一管板的板面向下凹陷形成曲面状，反应器还包括一端插设于第一管板凹陷的中心并与出料单元相连通、另一端穿出反应器的排液管。本发明的一种反应器，通过设置曲面状的第一管板，该第一管板的板面向下凹陷，并在凹陷的中心处连通排液管，使得掉落在第一管板上的冷凝积液能够顺着曲面流至凹陷的中心，并通过排液管排至反应器外部，有效的避免了管板积液导致管板和换热管之间的焊缝被腐蚀，延长了设备的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种反应器。
背景技术
反应器是化工行业关键的过程装备。无论是基础化工还是精细化工，其工艺过程中大多都有合成反应这一步骤，而合成反应的核心就是反应器。
在工业化生产后，产能增加，装置放大，反应器的直径很大，而由于化学合成的主反应过程复杂、化学反应物质众多，在开车初期或停车时，部分反应物质会发生副反应，产生一些具有腐蚀性的反应产物，这些反应产物在出料时会冷凝并掉落在管板上形成积液。如图1所示，现有的反应器，其管板（100）为平板状，平板状的管板（100）使得积液难以排出，存留在反应器出口尤其是管板的管桥处无法排净，形成电化学腐蚀，不断的腐蚀换热管（101）和管板（100）之间的焊缝，严重影响了设备的使用寿命，致使反应器的更替周期很短，恶劣工况时甚至是一年一换，投资成本加大，不利于企业的生产经营。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种反应器，该反应器能够有效的将管板上的积液排出，避免管板积液导致腐蚀管板和换热管之间的焊缝，有效的延长了设备的使用寿命。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种反应器，包括从下至上依次设置的进料单元、反应单元、出料单元、设于所述反应单元和所述出料单元之间的第一管板，所述反应单元包括两端分别与所述进料单元和所述出料单元相连通的用于通入通出反应物的反应通道，所述第一管板的板面向下凹陷形成曲面状，所述反应器还包括一端插设于所述第一管板凹陷的中心并与所述出料单元相连通、另一端穿出所述反应器的排液管。
优选地，所述反应器还包括悬设于所述第一管板上方的用于向所述第一管板吹气的吹气组件，所述吹气组件连通外部气源。
优选地，所述反应单元包括设于所述进料单元和所述出料单元之间的壳体、开设于所述壳体上的热媒进口和热媒出口、沿着竖直方向依次设于所述壳体内的多块折流板，所述反应通道能够依次穿过所述的多块折流板。
进一步优选地，所述折流板上开设有多个安装孔，所述反应通道有多个，所述的多个反应通道能够一一对应的穿设于所述的多个安装孔中。
更进一步优选地，所述反应单元还包括沿着所述折流板的径向设置的供热媒流动的多条热媒通道，所述的多条热媒通道相交于所述折流板的中心。
更进一步优选地，所述的多条热媒通道将所述折流板分隔为多个扇形的反应区，每个所述的反应区内分别均匀的排布有多个所述的安装孔。
进一步优选地，所述反应单元还包括沿着所述折流板的径向延伸且相互交错的设置于所述折流板上的多条隔筋。
进一步优选地，所述反应单元还包括至少两个沿着竖直方向依次排布的围设于所述壳体外周侧部的导流筒、沿着所述壳体的周向依次开设于所述导流筒和所述壳体之间的用于所述热媒在所述导流筒和所述壳体之间流动的多个流通口，所述热媒进口和所述热媒出口分别开设于所述的两个导流筒上。
更进一步优选地，所述流通口的口径沿着远离所述热媒进口或所述热媒出口的方向逐渐变大。
更进一步优选地，每两个所述的流通口之间的距离沿着远离所述热媒进口或所述热媒出口的方向逐渐减小。
由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：本实用新型的一种反应器，通过设置曲面状的第一管板，该第一管板的板面向下凹陷，并在凹陷的中心处连通排液管，使得掉落在第一管板上的冷凝积液能够顺着曲面流至凹陷的中心，并通过排液管排至反应器外部，有效的避免了管板积液导致管板和换热管之间的焊缝被腐蚀，延长了设备的使用寿命。
附图说明
附图1为现有技术中的反应器的内部结构示意图；
附图2为本实用新型的具体实施例中的反应器的内部结构示意图；
附图3为本实用新型的具体实施例中的折流板的表面结构示意图；
附图4为本实用新型的具体实施例中的反应区的表面结构示意图；
附图5为本实用新型的具体实施例中的导流筒自热媒进出口处展开的展开面示意图；
附图6为本实用新型的具体实施例中的反应器中热媒流动原理示意图。
其中：1、第一管板；2、反应通道；3、排液管；4、吹气组件；5、壳体；6、热媒进口；7、热媒出口；8、折流板；81、安装孔；9、热媒通道；10、反应区；11、隔筋；12、导流筒；13、流通口；14、第二管板；15、下管箱；16、反应物进口；17、上管箱；18、反应物出口；19、压力计口；
100、管板；101、换热管。
实施方式
下面结合附图来对本实用新型的技术方案作进一步的阐述。
本实用新型公开了一种反应器，如图2所示，其包括从下至上依次设置的进料单元、反应单元、出料单元、设于反应单元和出料单元之间的第一管板1、设于进料单元和反应单元之间的第二管板14；进料单元包括下管箱15、开设于下管箱15上的反应物进口16，出料单元包括上管箱17、开设于上管箱17上的反应物出口18；反应单元包括两端分别与进料单元和出料单元相连通的用于通入通出反应物的反应通道2、设于进料单元和出料单元之间的壳体5、开设于壳体5上的热媒进口6和热媒出口7、沿着竖直方向依次设于壳体5内的多块折流板8，反应通道2能够依次穿过多块折流板8，且反应通道2两端分别焊设于第一管板1和第二管板14上。其中，上管箱17和下管箱15上均设置有压力计口19，用于插入压力仪器测量反应器内部的压力；折流板8上开设有多个安装孔81，反应通道2有多个，多个反应通道2能够一一对应的穿设于多个安装孔81中。
在这里，反应通道2为换热管，为上述反应器的管程，其与上管箱17和下管箱15相连通，且换热管内充满了用于反应的催化剂，催化剂的种类根据不同反应灵活选择；壳体5为上述反应器的壳程；热媒进口6位于热媒出口7上方，热媒进口6和热媒出口7中输入输出的热媒为用于换热的导热介质，包括导热油、熔岩等，具体根据反应物种类及反应温度等因素灵活选择。
运行时，自反应物进口16输入反应物，反应物进入换热管并向上流动；同时自热媒进口6输入热媒，热媒在壳程内向下流动，流动的过程中热媒在折流板8的作用下不断的冲刷换热管，随后自热媒出口7流出；在反应物向上流动的过程中与冲刷换热管的热媒不断的进行换热，并与催化剂发生反应，反应后得到的反应物气体自反应物出口18输出，完成整个反应过程。
作为优选的方案，参见图2所示，上述的第一管板1的板面向下凹陷形成曲面状，同时上述的反应器还包括一端插设于第一管板1凹陷的中心并与出料单元相连通、另一端穿出反应器的排液管3。这里的排液管3连通反应器外部的分离装置，该分离装置为现有技术中常规的闪蒸罐，具体结构不赘述。
通过设置曲面状的第一管板1，该第一管板1的板面向下凹陷，并在凹陷的中心处连通排液管3，使得掉落在第一管板1上的冷凝积液能够顺着曲面流至凹陷的中心，并通过排液管3排至反应器外部，随后进入分离装置分离利用，有效的避免了管板积液导致管板和换热管之间的焊缝腐蚀，延长了设备的使用寿命，使反应器的寿命延长2-3倍。同时曲面状的第一管板1，能够在反应器壳程压力较低时利用自身的曲面吸收一定的温差应力，减轻管板和换热管焊缝的轴向应力，减少管头的应力，从而大大的缓解应力腐蚀。在这里，上述的曲面状的第一管板1，其凹陷的程度根据不同的反应物产生积液的流动性灵活选择。具体地，第一管板1可采用旋压、冷冲压或热压成型，四周采用等离子切割或火焰切割后机加工完成，管板直径范围为300-5000mm，厚度范围为4mm-200mm。管板可以为板材也可以为锻件。管板材料可以为碳钢，低合金钢、奥氏体不锈钢、钛材、铜铁合金等。
在本实施例中，如图2所示，更为优选的是，上述的反应器还包括悬设于第一管板1上方的用于向第一管板1吹气的吹气组件4，吹气组件4连通外部气源。吹气组件4有多个，且沿着反应器的周向设置，其包括管体和设置在管体上的多个喷头，这里的外部气源为现有技术中的能够通入压缩空气的设备，具体结构不赘述。通过向吹气组件4中通入压缩空气并向第一管板1上吹出，能够进一步的促进第一管板1上的冷凝积液的流动和排出，更好的避免了管板积液。
在本实施例中，如图3-4所示，上述的反应单元还包括沿着折流板8的径向设置的供热媒流动的多条热媒通道9，多条热媒通道9相交于折流板8的中心。且多条热媒通道9将折流板8分隔为多个扇形的反应区10，每个反应区10内分别均匀的排布有多个安装孔81。这里，通过设置多条热媒通道9，开辟了热媒向折流板8中心流动的路径，使得热媒在折流板8上流动时，能够同时对折流板8周侧和中心的换热管进行冲刷，消除了换热死区，提高换热面积约10-20%，改善了反应器内流场的均一性，从而保证了反应器内的温度场均匀，提高了主反应率。这里的折流板8可以使用板材进行数控加工，或采用激光切割加工而成，厚度范围为4-30mm，直径范围为300-5000mm，材料可以为碳钢，低合金钢、奥氏体不锈钢、钛材、铜铁合金等。
作为优选的方案，如图3-4所示，上述的反应单元还包括沿着折流板8的径向延伸且相互交错的设置于折流板8上的多条隔筋11。通过设置多条隔筋11，热媒在折流板8上流动时，能够在经过隔筋11时，在隔筋11的阻隔作用下翻转，不断的改变流体的流动状态，减薄了换热管表面的层流层的厚度，从而减少了换热管外表的热阻，强化了传热，提高了传热系数。
如图2所示，上述的反应单元还包括至少两个沿着竖直方向依次排布的围设于壳体5外周侧部的导流筒12、沿着壳体5的周向依次开设于导流筒12和壳体5之间的用于热媒在导流筒12和壳体5之间流动的多个流通口13，热媒进口6和热媒出口7分别开设于两个导流筒12上。
在本实施例中，如图5所示，流通口13的口径沿着远离热媒进口6或热媒出口7的方向逐渐变大。同时，每两个流通口13之间的距离沿着远离热媒进口6或热媒出口7的方向逐渐减小。这里，根据阻力相同流量均分的原理，通过确定热媒进口6或热媒出口7与流通口13的距离，设计计算该段距离产生的阻力，并根据阻力大小确定流通口13的尺寸和数量，以确保流体通过流通口13进入壳体5后的流量及输出壳体5时的流量相同，保证了热媒流动的均匀性，从而控制反应器内温度场保持均匀。这里的流通口13可以根据环形导流筒12的长度、形状，结合反应器的直径采用阻力计算模拟，从进口算到出口，涵盖中间的换热管和折流板的形状阻力系数，对反应器的流场进行分析，决定开口的尺寸，确保流动的液体和温度场结合起来，保证反应器的条件。上述设置将反应器内的温度场控制在±2.5℃范围内，温度场的均匀性提高，能够使主反应效率提高15-20%。
在本实施例中，如图6所示，通过设计好尺寸和数量的流通口13和具有热媒通道9的折流板8的设置，使得热媒能够均匀流动，有效的保证了换热的均匀性，保证了反应的进行。
以下具体阐述下本实施例的工作过程：运行时，自反应物进口16输入反应物，反应物进入换热管并向上流动；同时自热媒进口6输入热媒，热媒进入导流筒12并自流通口13进入壳体5，随后热媒在壳程内向下流动，在流动的过程中热媒在折流板8的作用下经热媒通道9均匀的冲刷换热管，随后自热媒出口7输出；在反应物向上流动的过程中与冲刷换热管的热媒不断的进行换热，并与催化剂发生反应，反应后得到的反应物气体自反应物出口18输出，完成整个反应过程；
在反应物气体输出的同时，掉落在第一管板1上的冷凝积液流动至曲面的中心并自排液管3排出；同时定期开启吹气组件4辅助积液的排出。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种反应器，包括从下至上依次设置的进料单元、反应单元、出料单元、设于所述反应单元和所述出料单元之间的第一管板（1），所述反应单元包括两端分别与所述进料单元和所述出料单元相连通的用于通入通出反应物的反应通道（2），其特征在于：所述第一管板（1）的板面向下凹陷形成曲面状，所述反应器还包括一端插设于所述第一管板（1）凹陷的中心并与所述出料单元相连通、另一端穿出所述反应器的排液管（3）；
所述反应器还包括悬设于所述第一管板（1）上方的用于向所述第一管板（1）吹气的吹气组件（4），所述吹气组件（4）连通外部气源；
所述反应单元包括设于所述进料单元和所述出料单元之间的壳体（5）、开设于所述壳体（5）上的热媒进口（6）和热媒出口（7）、沿着竖直方向依次设于所述壳体（5）内的多块折流板（8），所述反应通道（2）能够依次穿过所述的多块折流板（8）；
所述折流板（8）上开设有多个安装孔（81），所述反应通道（2）有多个，所述的多个反应通道（2）能够一一对应的穿设于所述的多个安装孔（81）中；
所述反应单元还包括沿着所述折流板（8）的径向设置的供热媒流动的多条热媒通道（9），所述的多条热媒通道（9）相交于所述折流板（8）的中心。
2.根据权利要求1所述的一种反应器，其特征在于：所述的多条热媒通道（9）将所述折流板（8）分隔为多个扇形的反应区（10），每个所述的反应区（10）内分别均匀的排布有多个所述的安装孔（81）。
3.根据权利要求1所述的一种反应器，其特征在于：所述反应单元还包括沿着所述折流板（8）的径向延伸且相互交错的设置于所述折流板（8）上的多条隔筋（11）。
4.根据权利要求1所述的一种反应器，其特征在于：所述反应单元还包括至少两个沿着竖直方向依次排布的围设于所述壳体（5）外周侧部的导流筒（12）、沿着所述壳体（5）的周向依次开设于所述导流筒（12）和所述壳体（5）之间的用于所述热媒在所述导流筒（12）和所述壳体（5）之间流动的多个流通口（13），所述热媒进口（6）和所述热媒出口（7）分别开设于所述的两个导流筒（12）上。
5.根据权利要求4所述的一种反应器，其特征在于：所述流通口（13）的口径沿着远离所述热媒进口（6）或所述热媒出口（7）的方向逐渐变大。
6.根据权利要求4或5所述的一种反应器，其特征在于：每两个所述的流通口（13）之间的距离沿着远离所述热媒进口（6）或所述热媒出口（7）的方向逐渐减小。
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