CN1816387A - 用于多相化学反应的伪恒温化学反应器 - Google Patents

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Abstract

用于多相化学反应的伪恒温化学反应器，包括：由各个底部(上部和下部)在相对端处封闭的实质圆柱形外壳；包括至少一个催化床层的反应区；和至少一个管状热交换器，所述管状热交换器意图由工作热交换流体沿预定方向横穿过并嵌入所述催化床层。

Description

用于多相化学反应的伪恒温化学反应器
技术领域
本发明总体涉及一种用于多相化学反应(heterogeneous chemicalreactions)的伪恒温化学反应器，该反应器包括：由各个底部(上部和下部底部)在相对端处封闭的实质圆柱形的外壳；在所述外壳内确定的、用于容纳催化床层的反应区；和支撑在所述反应区中并包括多个热交换器的至少一个热交换单元。
背景技术
已知：为优化完成放热或吸热化学反应，需要除去反应环境的热量或向反应环境供热，以便控制其温度非常接近预定理论值。
同样已知：为此目的，广泛使用了嵌入反应环境(通常催化床层)中并由适合的工作热交换流体穿过内部的多种类型的热交换器。
特别是借助于使用所谓的板式热交换器，即包括间隔开且沿周长连接以确定工作热交换流体穿过的内部腔的一对平行、大体矩形的金属板的热交换器，取得了满意的结果。
虽然从一些观点看是有利的，但是这种板式交换器存在一个公认的缺陷；实际上，它们无法承受交换器本身的内部与外部之间的高的压差，而当它们遭遇这种情况时，它们往往变形和弯曲。因此，相对于设计条件，甚至常常具有用于工作流体的通道断面的一贯的变化，而交换的热量的相对一贯的变化；这意味着不再可能精确地控制反应的伪恒温性，结果反应本身的产量会减小。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种伪-恒温化学反应器，该化学反应器包括：一种结构特征与功能特征能够克服参照现有技术提出的缺陷的热交换单元，换言之，一种其热交换器能够经受得住有意或无意地在交换器的内部和其中所述单元工作的反应环境之间可发生的甚至高压的热交换单元。
一种用于上面考虑类型的多相化学反应的伪恒温化学反应器解决了上述技术问题，该化学反应器的特征在于：所述热交换器的至少一个包括由单个管状元件获得并具有实质平行六面体的、扁平的总体尺寸的盘管(coil)。
优选地，所述盘管热交换器包括多个平行管状直线部分，所述直线部分由对应的多个曲线配合部分首尾连接在一起。
优选方式是，所述管状直线部分具有相同的长度并具有共面纵向轴。
附图说明
参照下面的附图，通过对下述用于说明而非限制目的的根据本发明的化学反应器的一个实施例的详细描述，本发明的其它特征和优点将更加清晰。
图1显示了根据本发明的反应器的透视局部断面视图。
图2示意性地显示了图1的反应器的一个可选实施例。
图3示意性地显示了图1的细节的放大比例视图。
图4示意性地表示沿直线IV-IV的图3的细节的断面。
图5表示图3的细节的一个可选实施例。
图6示意性地显示了图1的反应器的一个可选实施例的断面视图。
图7示意性表示图6的可选实施例的断面视图。
具体实施方式
参照图1，根据本发明的伪恒温化学反应器由1总体表示。
反应器1包括：由各个底部(上部底部3和下部底部4)在相对端处封闭的圆柱形外壳2，各个底部分别配置有用于例如气态反应物的入口的开口16和用作反应产物的出口的开口17。在所述外壳2中，反应区5被确定用于容纳催化床层(未显示)，而在反应区5中按照惯例支撑包括多个热交换器7的热交换单元6。
根据本发明的第一特征，每个所述热交换器7包括(图3、4)由预定直径的单个管状元件获得并具有实质平行六面体的、扁平的总体尺寸的盘管。所述盘管具有直线部分8，所述直线部分8全部平行且具有相同长度，它们由优选半圆曲线配合部分9首尾连接在一起。优选方式是，所述直线部分8以相等间隔的关系布置，并具有共面的纵向轴。
根据本发明的另一特征，所述盘管热交换器7被布置在反应区5中，以便各个直线部分8在外壳2中，而更精确地说在所述反应区5中，径向延伸。
由于热交换器7的前述布置，由它们构成的热交换单元6采用与热交换单元6定位的反应区5同轴且共心的实质圆柱形结构，在所述单元6中，盘管热交换器7被径向布置。
优选方式是(图2)，根据所述热交换单元6的一个可选实施例，热交换器7总被径向布置，但采用多个同轴且共心的布置(实例中为三个)，一个在另一个的内部。
该管状盘管热交换器7意图由适合的热交换流体穿过。为此目的，在反应器1的上部底部3处，所述交换器7经各个供应装置(或接头)12与所述反应器1的外部流体连通，供应装置12均通向环形分配导管11，环形分配导管11又经穿过上部底部3的供应导管10与反应器1的外部连通。
在反应器1的下部底部4处，盘管热交换器7经各个排放装置(接头)15与反应器1本身的外部流体连通，排放装置15均通向环形收集器导管14(图1)或各个环形导管14(图2)，导管14又经导管14a与通过所述下部底部4延伸的排放导管13流体连通。
借助于上述配置，有利地取得了一种伪恒温化学反应器，其中：热交换器能够在交换器的内部与外部之间存在很大压差中操作，而保持在反应器内部与现有技术的板式交换器相同的总尺寸。
另一优点由下述事实给出：具有相对于现有技术的交换器的相同的总尺寸，本发明的交换器提供了更大的热交换表面，从而允许操作流体与反应区之间增加的热交换。
根据本发明的另一个可选实施例，如图5所示，在每个热交换器7中，导管18被设置用于在各个管状盘管的延伸部分的至少一个预定的中间位置中额外供应工作流体。所述导管18优选在弯曲部分9处与热交换器7联接。借助于该实施例，可以以更大的精度控制热交换器7内部的温度，从而允许提高对与反应区5交换的热量的控制，从而提高对反应的伪恒温的控制，而取得提高的产量。
根据另一个实施例，本发明的盘管交换器7能够被布置在反应区5中，其中各个直线部分8平行于外壳2的直径延伸，而不是如上所示和所述的径向延伸(图6和7)。
在这些图中，结构和功能等同于前面图中所示的细节的化学反应器1的细节将利用相同的标号表示，而不再进一步地进行描述。
根据该实施例(图6)，热交换器7被布置在假想等距平行平面上。
此外(图7)，曲线配合部分9与具有与外壳2的内部半径相同半径和均设置在外壳2的相同直径D1上的中心假想圆柱表面22，23，24，25，26，27相切。
借助于该可选实施例，使用全部相同尺寸的盘管热交换器7，可以有效控制在交换器的内部和外部具有高的压差的化学反应的伪恒温性。
如此构思的发明能够进行进一步的变化和修改，所有这些均由本发明自身的保护范围覆盖。
根据本发明的另一个可选的未显示实施例，盘管热交换器7的所述直线部分8平行于外壳2的纵轴Z-Z的方向定向。
当反应器被设计以由反应物径向穿过时通常使用这种配置；借助于这一实施例，实际上，对于前述应用，可以保证沿反应物穿过反应器的方向的反应的伪恒温性。
根据本发明的一个未显示的可选实施例，分配器导管11和收集器导管14被布置在共心的圆周上；采用这种方式，热交换器7经供应装置12和排放装置15与所述导管11和14连通，所述热交换器7可自由延伸，而没有沿相对于所述导管11和14的相反方向的限制。
这有利地允许在所述交换器7发生由高温导致的膨胀时，避免导管11和14受到机械压力。

Claims (12)

1.用于多相化学反应的伪恒温化学反应器(1)，包括：具有轴(Z-Z)的实质圆柱形的外壳(2)；在所述外壳(2)内确定的反应区(5)；和至少一个热交换单元(6)，所述热交换单元(6)被支撑在所述反应区(5)中，且包括多个热交换器(7)，其特征在于：所述热交换器(7)的至少一个包括由单个管状元件获得并具有实质平行六面体的、扁平的总尺寸的盘管。
2.根据权利要求1所述的化学反应器，其特征在于：所述热交换器(7)包括多个管状、平行直线部分(8)，所述直线部分(8)由对应的多个曲线配合部分(9)首尾连接在一起。
3.根据权利要求2所述的化学反应器，其特征在于：所述管状直线部分(8)具有相同的长度，并具有共面的纵向轴。
4.根据权利要求3所述的化学反应器，其特征在于：所述曲线部分(9)为半圆形。
5.根据权利要求3所述的化学反应器，其特征在于：所述盘管交换器(7)的所述直线部分(8)在所述反应区域(5)中径向延伸。
6.根据权利要求3所述的化学反应器，其特征在于：所述盘管交换器(7)的所述直线部分(8)在所述反应区域(5)中实质平行于所述外壳(2)的轴(Z-Z)地延伸。
7.根据权利要求1所述的化学反应器，其特征在于：包括多个所述盘管热交换器(7)的所述热交换单元具有与其中它被支撑的所述反应区域(5)同轴和共心的实质圆柱形的结构，盘管热交换器(7)被径向布置在所述热交换单元(6)中。
8.根据权利要求7所述的化学反应器，其特征在于：在所述热交换单元(6)中，盘管热交换器(7)以许多共轴和共心布置部分的形式被径向布置。
9.根据前述权利要求的任一项所述的化学反应器，其特征在于：所述盘管热交换器(7)的至少一个包括附加导管(18)，所述附加导管(18)供应工作热交换流体，并在各个盘管的预定中部位置中与交换器本身相联。
10.根据权利要求3所述的化学反应器，其特征在于：所述盘管交换器(7)的所述直线部分(8)平行于外壳(2)的直径延伸。
11.根据权利要求10所述的化学反应器，其特征在于：所述盘管交换器(7)被布置在假想等距平行平面上。
12.根据权利要求11所述的化学反应器，其特征在于：所述曲线配合部分(9)与具有与外壳(2)的内部半径相同的半径且均设置在外壳(2)的相同直径(D1)上的中心的假想圆柱表面(22，23，24，25，26，27)相切。
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