CN110871049A - 高效热交换反应管 - Google Patents

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    • B01J2219/00051—Controlling the temperature
    • B01J2219/00074—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids
    • B01J2219/00076—Controlling the temperature by indirect heating or cooling employing heat exchange fluids with heat exchange elements inside the reactor

Abstract

本发明涉及一种高效热交换反应管，主要解决现有技术中传热及传质效率低的问题。本发明通过采用一种高效热交换反应管，在常规热交换反应器中设有反应管内构件，所述内构件由外环和内环组成，外环和内环均包括弧形翅片和连接片，弧形翅片位于外环、内环连接片的内壁面上；内环构件与外环构件同轴配合使用，分别通过焊接固定于反应管内部，并处于每段反应管的入口位置；内环与外环中心距离与所在管道长度比例为1:1.5～3.5的技术方案较好地解决了上述问题，可用于化工过程中。

Description

高效热交换反应管
技术领域
本发明涉及一种高效热交换反应管。
背景技术
目前化工行业内，相比于间歇及半间歇反应过程，连续反应过程具备反应效率高、工艺参数易控制、本质安全等优点，其中热交换反应器为典型代表，该类反应器结合换热器于管式反应器的功能及特点，使反应混合物流经换热器的管程完成化学反应，冷却剂流经壳程实现取热。
该类反应器的设计存在两方面的技术难点[Z.Anxionnaz,M.Cabassud,C.Gourdon,P.Tochon,Heat exchanger/reactors(HEX reactors):Concepts,technologies:State-of-the-art,Chem.Eng.Process.ProcessIntensif.47(2008)2029–2050.]：首先在传热强化方面需要提高管内反应流体与管外冷却流体的传热系数，一般实现手段为提高流体的湍流水平；其次在传质方面需要提高反应物的混合效率，由于连续反应器的停留时间有限，对于许多传质控制反应速率的反应过程，需要尽早完成反应物之间的充分混合。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中传热及传质效率低的问题，提供一种新的高效热交换反应管，具有传热及传质效率高的优点。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种高效热交换反应管，在常规热交换反应器中设有反应管内构件，所述内构件由外环和内环组成，外环和内环均包括弧形翅片和连接片，弧形翅片位于外环、内环连接片的内壁面上；内环构件与外环构件同轴配合使用，分别通过焊接固定于反应管内部；内环与外环处于管道轴向进口位置，内环在外环后方，内环中心与外环中心在管道轴向的距离与所在管道长度比例小于1:3.5，若超出该比例则需在管道另外增设另一组内外环构件。
上述技术方案中，优选地，外环连接件与外环翅片通过焊接连接。
上述技术方案中，优选地，内环连接件与内环翅片通过焊接连接。
上述技术方案中，优选地，外环半径与翅片个数比例为4～6mm/个。
上述技术方案中，优选地，内环半径与翅片个数比例为2～3mm/个。
上述技术方案中，优选地，外环翅片的圆弧的起始/重点切线角度为130～170°；外环翅片与水平线角度为45～60°。
上述技术方案中，优选地，内环翅片的圆弧的起始/重点切线角度为130～170°；内环翅片与水平线角度为55～75°。
上述技术方案中，优选地，内环与外环的半径之比为1:1.5～2.5。
本专利中，常规热交换反应器是指在连续管式反应器的基础上，将反应流体通道与冷剂流体通道以隔层、交叉等方式均匀、分散分布的新型反应器，该反应器具备取热效率高等优点。
本专利所述设计相比于普通光管式管式反应器，其传热与传质水平得到强化，可以在有限的停留时间内完成传质控制反应速度的反应过程以及存在强放热效应的反应过程，并且在结构优化时充分权衡了湍流水平与压力降的制约关系，得到了最优解，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1为外环内构件侧视图；
图1中：1为外环连接件；2为外环翅片；
图2为外环内构件正视图；
图3为内环内构件俯视图；
图3中：3为内环翅片；4为内环连接件；
图4为内环内构件侧视图；
图5为内环内构件斜视图；
图6为内构件组合示意图。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
【实施例1】
一种高效热交换反应管，如图1、图2所示，外环连接件、外环翅片通过焊接连接，其中外环半径与翅片个数比例为4mm/个；外环翅片的圆弧的起始/终点切线角度为130°；外环翅片与水平线角度为45°。
其次，如图3-图5所示，内环翅片、内环连接件通过焊接连接，其中内环半径与翅片个数比例为2mm/个；内环翅片的圆弧的起始/重点切线角度为130°；内环翅片与水平线角度为55°。
第三，如图6所示，内环构件与外环构件同轴配合使用，分别通过焊接固定于管道内部，并处于每段反应管的入口位置，具体焊接件不在此处展示，其中内环与外环中心距离与所在管道长度比例为1:1.5。
将所述反应管用于连续管式热交换反应器中。
将内部无内构件的普通光管反应器A与配有本内构件的高效反应器B测试比较。测试条件为：1.恒定管外冷却流体入口温度为20℃且恒定入口流速1m/s；2.恒定管内流体入口温度为80℃且入口速度为0.5m/s。3.A、B反应器的管道长度均为2m。
对于反应器A，管道内流体出口温度为75℃；反应器B管道内流体出口温度为68℃。此数据表明反应器B管道内的流体传热传质效率得到了加强。
【实施例2】
一种高效热交换反应管，如图1、图2所示，外环连接件、外环翅片通过焊接连接，其中外环半径与翅片个数比例为6mm/个；外环翅片的圆弧的起始/终点切线角度为170°；外环翅片与水平线角度为60°。
其次，如图3-图5所示，内环翅片、内环连接件通过焊接连接，其中内环半径与翅片个数比例为3(mm/个)；内环翅片的圆弧的起始/重点切线角度为170°；内环翅片与水平线角度为75°。
第三，如图6所示，内环构件与外环构件同轴配合使用，分别通过焊接固定于管道内部，并处于每段反应管的入口位置，具体焊接件不在此处展示，其中内环与外环中心距离与所在管道长度比例为1:3.5。
将所述反应管用于连续管式热交换反应器中。
将内部无内构件的普通光管反应器A与配有本内构件的高效反应器B测试比较。测试条件为：1.恒定管外冷却流体入口温度为20℃且恒定入口流速1m/s；2.恒定管内流体入口温度为80℃且入口速度为0.5m/s。3.A、B反应器的管道长度均为2m。
对于反应器A，管道内流体出口温度为75℃；反应器B管道内流体出口温度为62℃。此数据表明反应器B管道内的流体传热传质效率得到了加强。
【实施例3】
一种高效热交换反应管，如图1、图2所示，外环连接件、外环翅片通过焊接连接，其中外环半径与翅片个数比例为5mm/个；外环翅片的圆弧的起始/终点切线角度为150°；外环翅片与水平线角度为55°。
其次，如图3-图5所示，内环翅片、内环连接件通过焊接连接，其中内环半径与翅片个数比例为3(mm/个)；内环翅片的圆弧的起始/重点切线角度为150°；内环翅片与水平线角度为65°。
第三，如图6所示，内环构件与外环构件同轴配合使用，分别通过焊接固定于管道内部，并处于每段反应管的入口位置，具体焊接件不在此处展示，其中内环与外环中心距离与所在管道长度比例为1:2。
将所述反应管用于连续管式热交换反应器中。
将内部无内构件的普通光管反应器A与配有本内构件的高效反应器B测试比较。测试条件为：1.恒定管外冷却流体入口温度为20℃且恒定入口流速1m/s；2.恒定管内流体入口温度为80℃且入口速度为0.5m/s。3.A、B反应器的管道长度均为2m。
对于反应器A，管道内流体出口温度为75℃；反应器B管道内流体出口温度为65℃。此数据表明反应器B管道内的流体传热传质效率得到了加强。

Claims (8)

1.一种高效热交换反应管，在常规热交换反应器中设有反应管内构件，所述内构件由外环和内环组成，外环和内环均包括弧形翅片和连接片，弧形翅片位于外环、内环连接片的内壁面上；内环构件与外环构件同轴配合使用，分别通过焊接固定于反应管内部；内环与外环处于管道轴向进口位置，内环在外环后方，内环中心与外环中心在管道轴向的距离与所在管道长度比例小于1:3.5，若超出该比例则需在管道另外增设另一组内外环构件。
2.根据权利要求1所述高效热交换反应管，其特征在于外环连接件与外环翅片通过焊接连接。
3.根据权利要求1所述高效热交换反应管，其特征在于内环连接件与内环翅片通过焊接连接。
4.根据权利要求1所述高效热交换反应管，其特征在于外环半径与翅片个数比例为4～6mm/个。
5.根据权利要求1所述高效热交换反应管，其特征在于内环半径与翅片个数比例为2～3mm/个。
6.根据权利要求1所述高效热交换反应管，其特征在于外环翅片的圆弧的起始/重点切线角度为130～170°；外环翅片与水平线角度为45～60°。
7.根据权利要求1所述高效热交换反应管，其特征在于内环翅片的圆弧的起始/重点切线角度为130～170°；内环翅片与水平线角度为55～75°。
8.根据权利要求1所述高效热交换反应管，其特征在于内环与外环的半径之比为1:1.5～2.5。
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