CN202036973U - 一种内置弹簧的管式反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种内置弹簧的管式反应器。壳体封头上设有热交换载体进出口，封头和壳体之间通过法兰连接，壳体上设有反应物料进出口，壳体内部具有蛇型反应管、弹簧、折流板，蛇型反应管包括水平直管和U型连接管，水平直管和U型连接管之间通过管法兰连接，水平直管内固定有弹簧，管法兰内嵌有金属细杆，蛇型反应管一端与反应物料出口相连，蛇型反应管另一端与反应物料进口相连。优点：具有比普通管式反应器更优良的传热性能，且能有效地防止气泡的聚并和气液两相段塞流的形成，能够在流体气含量较高的情况下长期稳定操作。即使在平均流速较低的条件下，也具有良好的反应效果。本实用新型适用于在反应过程中生成气体，形成气液两相流的反应过程。
Description
技术领域
本实用新型涉及反应器技术领域，尤其涉及一种内置弹簧的管式反应器。
背景技术
反应器是化学反应工艺中的核心设备，它按结构大致可分为管式、釜式、塔式、固定床等，广泛用于气、液、固相的化学混合反应。管式反应器适用于快速反应，强放热、易燃、易爆的反应工艺，尤其是在高温、高压条件下具有良好的使用效果。
工业生产中常见的强放热反应有硝化、磺化、氧化、重氮化等反应，它们都是放热量较大，有些还伴随有大量气体生成的化学反应。在这些反应中，随着反应的进行，反应混合物中的气体生成量越来越多，气泡含率越来越高。若采用普通的管式反应器进行此类化学反应，反应混合物在反应管中较易形成气塞现象，产生段塞流，导致反应液体流动困难，流出及破坏气阻所需要的时间随着反应的进行而增加，甚至于最终堵塞反应管，造成反应器不能长时间连续稳定运行。
鉴于上述状况，有必要对已有技术中的管式反应器结构进行改进。本实用新型针对一些硝化反应进行时大量生成气体的特点，提供一个结构简单可靠、操作性能好、传热效率高、可以消除气泡的管式反应器，以利于此类反应的进行。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种内置弹簧的管式反应器，适用于在反应过程中生成气体，形成气液两相流的反应过程，能够长时间连续稳定运行。
内置弹簧的管式反应器包括热交换载体进口、左封头、壳体、蛇型反应管、管法兰、水平直管、弹簧、金属细杆、反应物料出口、右封头、热交换载体出口、反应物料进口、折流板和U型连接管；左封头和右封头为椭圆形封头，左封头上设有热交换载体进口，右封头上设有热交换载体出口，左封头和右封头与壳体之间通过法兰连接，壳体上下分别设有反应物料出口和反应物料进口，壳体内部具有蛇型反应管、弹簧、折流板，蛇型反应管包括水平直管和U型连接管，水平直管和U型连接管之间通过管法兰连接，水平直管内固定有弹簧，管法兰内嵌有金属细杆，蛇型反应管一端与反应物料出口相连，蛇型反应管另一端与反应物料进口相连。
所述的管法兰中心处刻有卡槽，金属细杆内嵌在卡槽里，并通过左右两片法兰卡紧固定。所述的弹簧是分段弹簧元件，端部两段弹簧由金属细杆定位，弹簧的两端绕紧于细杆上，其它若干段弹簧则不加固定，各段之间留有间隙。
所述的弹簧的轴心线与水平直管的轴心线不重合。所述的弹簧圈直径与管内径比为0.6～1.0，进一步优选为0.8。所述的弹簧的螺距与管内径比为0.3～3.0。所述的弹簧的材料直径与管内径比为0.03～0.25。
所述的折流板不仅可以加强壳程热交换载体的对流传热，也可以起到固定蛇型反应管的作用。
所述的蛇型反应管放置在壳体内部，通过壳体内的换热介质为蛇型反应管提供加热、冷却或保温条件。
本实用新型的优点是：由于管程液体在管内的流动受到弹簧的阻碍和导向而产生螺旋线流动，同时由于弹簧的轴心线与管的轴心线不重合，管内将产生一股偏心的螺旋环流。这种螺旋环流和弹簧形成的漩涡共同作用使弹簧发生随机振动。此外，在流体的作用下，各段弹簧之间相互发生弹性碰撞，弹簧很容易产生显著的径轴向振动，沿轴向还会产生往复穿梭式的运动。同时，各小段弹簧本身也较易发生转动（固定于端部的两段弹簧除外）。弹簧的径向随机振动、轴向振动、穿梭运动和环向转动的共同作用，大大增加了对流体的扰动，加强了搅拌，使得反应过程中生成的气泡得到了刮扫和撞击，新形成的气泡快速破碎，起到了消除气泡，破坏段塞流形成的作用。另外，弹簧本身增加了湍流，破坏了层流和传热边界层，强化了对流传热。
因此，本实用新型专门设计的内置弹簧的管式反应器具有比普通管式反应器更优良的传热性能，且能有效地防止气泡的聚并和气液两相段塞流的形成，能够在流体气含量较高的情况下长期稳定操作。即使在平均流速较低的条件下，也具有良好的反应效果。
附图说明
图1是内置弹簧的管式反应器的结构示意图；
图2是本实用新型附图1中的 I 部分的放大剖视图；
图3是本实用新型附图2的A-A剖视图；
图中：热交换载体进口1、左封头2、壳体3、蛇型反应管4、管法兰5、水平直管6、弹簧7、金属细杆8、反应物料出口9、右封头10、热交换载体出口11、反应物料进口12、折流板13、U型连接管14。
具体实施方式
下面结合附图通过实例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型不受其限制。
如图所示，内置弹簧的管式反应器包括热交换载体进口1、左封头2、壳体3、蛇型反应管4、管法兰5、水平直管6、弹簧7、金属细杆8、反应物料出口9、右封头10、热交换载体出口11、反应物料进口12、折流板13、U型连接管14；左封头2和右封头10为椭圆形封头，左封头2上设有热交换载体进口1，右封头10上设有热交换载体出口11，左封头2和右封头10与壳体3之间通过法兰连接，壳体3上下分别设有反应物料出口9和反应物料进口12，壳体3内部具有蛇型反应管4、弹簧7、折流板13，蛇型反应管4包括水平直管6和U型连接管14，水平直管6和U型连接管14之间通过管法兰5连接，水平直管内固定有弹簧7，管法兰5内嵌有金属细杆8，蛇型反应管4一端与反应物料出口9相连，蛇型反应管4另一端与反应物料进口12相连。
蛇型反应管由多根水平直管串联或并联组成，以提供足够的反应空间和停留时间。
管法兰5中心处刻有卡槽，金属细杆8内嵌在卡槽里，并通过左右两片法兰卡紧固定。弹簧7是分段弹簧元件，端部两段弹簧由金属细杆8定位，弹簧7的两端绕紧于细杆8上，其它若干段弹簧则不加固定，各段之间适当留有间隙。
弹簧7的轴心线与水平直管6的轴心线不重合。弹簧7的圈直径与管内径比为0.6～1.0，进一步优选为0.8。弹簧7的螺距与管内径比为0.3～3.0。弹簧7的材料直径与管内径比为0.03～0.25。
壳体3内的折流板13不仅可以加强壳程热交换载体的对流传热，也可以起到固定管式反应器的作用。
蛇型反应管4放置在壳体3内部，通过壳体3内的换热介质为蛇型反应管4提供加热、冷却或保温条件。此管式反应器特别适用于在反应过程中生成气体，形成气液两相流的反应过程。
反应器工作时，反应流体流经反应管内部，管程液体在管内的流动受到弹簧的阻碍和导向而产生螺旋线流动，同时由于弹簧的轴心线与管的轴心线不重合，管内将产生一股偏心的螺旋环流。这种螺旋环流和弹簧形成的漩涡共同作用使弹簧发生随机振动。此外，在流体的作用下，各段弹簧之间相互发生弹性碰撞，弹簧很容易产生显著的径轴向振动，沿轴向还会产生往复穿梭式的运动。同时，各小段弹簧本身也较易发生转动（固定于端部的两段弹簧除外）。弹簧的径向随机振动、轴向振动、穿梭运动、和环向转动的共同作用，大大增加了对流体的扰动，加强了搅拌，使得反应过程中生成的气泡得到了刮扫和撞击，新形成的气泡快速破碎，起到了消除气泡，破坏段塞流形成的作用。另外，弹簧本身增加了湍流，破坏了层流和传热边界层，强化了对流传热。即使在平均流速较低的条件下，也能有效地强化反应流体和传热介质之间的对流传热。内置弹簧的管式反应器的以上特征能够为反应过程中生成气体，并形成气液两相流的反应体系提供有利的反应环境，并且能有效地防止气泡的聚并和气液两相段塞流的形成，在流体气含量较高的情况下也能长期稳定操作。
实施例
内置弹簧的管式反应器的蛇型反应管内径为150mm，内衬有Teflon（如聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物或聚氟烷氧）的非粘性涂料，用于使用过量硝酸的硝化反应。管式反应器结构参见附图1至附图3。
反应段由6根反应直管串联组成，以提供足够的反应空间和停留时间。多根反应直管之间用U型连接管连接。管法兰中心处刻有卡槽，不锈钢金属细杆内嵌在卡槽里，并通过左右两片法兰卡紧固定。各根反应管内的弹簧分为6段，其中端部两段弹簧由金属细杆定位，弹簧的两端绕紧于细杆上，其它4段弹簧则不加固定，各段之间适当留有间隙。弹簧的轴心线稍微低于反应管的轴心线，弹簧的圈直径与管内径比为0.8，弹簧的螺距与管内径比为1.2。弹簧材料的线直径与管内径比为0.05。
壳体内设置有两块折流板，折流板的高度为壳体直径的80 %。壳体内通40℃的热水，用于对反应管内的物料进行加热保温。反应管和反应管内的所有构件全部采用不锈钢316L制造。壳体和壳体内的折流板采用碳钢制造。
Claims (8)
1.一种内置弹簧的管式反应器，其特征在于它包括热交换载体进口（1）、左封头（2）、壳体（3）、蛇型反应管（4）、管法兰（5）、水平直管（6）、弹簧（7）、金属细杆（8）、反应物料出口（9）、右封头（10）、热交换载体出口（11）、反应物料进口（12）、折流板（13）和U型连接管（14）；左封头（2）和右封头（10）为椭圆形封头，左封头（2）上设有热交换载体进口（1），右封头（10）上设有热交换载体出口（11），左封头（2）和右封头（10）与壳体（3）之间通过法兰连接，壳体（3）上下分别设有反应物料出口（9）和反应物料进口（12），壳体（3）内部具有蛇型反应管（4）、弹簧（7）、折流板（13），蛇型反应管（4）包括水平直管（6）和U型连接管（14），水平直管（6）和U型连接管（14）之间通过管法兰（5）连接，水平直管内固定有弹簧（7），管法兰（5）内嵌有金属细杆（8），蛇型反应管（4）一端与反应物料出口（9）相连，蛇型反应管（4）另一端与反应物料进口（12）相连。
2.根据权利要求1所述的一种内置弹簧的管式反应器，其特征在于所述的管法兰（5）中心处刻有卡槽，金属细杆（8）内嵌在卡槽里，并通过左右两片法兰卡紧固定。
3.根据权利要求1所述的一种内置弹簧的管式反应器，其特征在于所述的弹簧（7）是分段弹簧元件，端部两段弹簧由金属细杆（8）定位，弹簧的两端绕紧于细杆上，其它若干段弹簧则不加固定，各段之间留有间隙。
4.根据权利要求1所述的一种内置弹簧的管式反应器，其特征在于所述的弹簧（7）的轴心线与水平直管（6）的轴心线不重合。
5.根据权利要求1所述的一种内置弹簧的管式反应器，其特征在于所述的弹簧（7）的圈直径与管内径比为0.6～1.0。
6.根据权利要求5所述的一种内置弹簧的管式反应器，其特征在于所述的
弹簧（7）的圈直径与管内径比为0.8。
7.根据权利要求1所述的一种内置弹簧的管式反应器，其特征在于所述的弹簧（7）的螺距与管内径比为0.3～3.0。
8.根据权利要求1所述的一种内置弹簧的管式反应器，其特征在于所述的弹簧（7）的线材料直径与管内径比为0.03～0.25。
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