CN205948840U - 反应装置及反应设备 - Google Patents

Abstract

一种反应装置，包括反应单元与换热单元；多个反应单元与多个换热单元交错设置，反应单元与换热单元之间通过换热板连接；反应单元具有贯穿的第一通道，换热单元具有贯穿的第二通道；第一通道中设置有第一翅片，第二通道中设置有第二翅片。这样的反应装置效果出众。一种反应设备，包括上述的反应装置，还包括中空密闭的壳体和设置在壳体上的反应物进口、反应物出口、换热进口和换热出口，反应装置设置在壳体内。第一通道的两端分别与反应物进口和反应物出口连通，第二通道的两端分别与换热进口和换热出口连通。这样的反应设备反应效率高。

Description

反应装置及反应设备

技术领域

本实用新型涉及化工领域，具体而言，涉及一种反应装置及反应设备。

背景技术

化工领域中的气固催化反应大部分都是强放热反应或强吸热反应，如甲醇合成、一氧化碳变换、合成气制甲烷、氨气合成、甲醇制烯烃、天然气重整制氢等，对于这些强放热或强吸热反应领域催化床反应器的研究与改进一直是研究的热点。传统的催化床反应器，如固定床反应器和流化床反应器，因各自在物质传递和热量传递方面的缺点，已在诸多工程应用中显示出其局限性。如固定床反应器存在床层温度分布不均匀，容易出现热点/冷点，单位体积内换热面积较小，无法满足一些强放热/吸热反应的换热要求等问题；流化床反应器存在物料返混大、催化剂磨损严重等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种反应装置，其能够使反应发生时更高效、更充分，同时反应装置的物质传递良好、热量传递充分。

本实用新型的另一目的在于提供一种反应设备，包括上述的反应装置，其能够满足强放热/吸热反应的换热要求，物料返混小。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种反应装置，包括反应单元与换热单元；多个反应单元与多个换热单元交错设置，反应单元与换热单元之间通过换热板连接；反应单元具有贯穿的第一通道，换热单元具有贯穿的第二通道；第一通道中设置有第一翅片，第二通道中设置有第二翅片。

反应装置具有交错设置的多个反应单元和多个换热单元，且反应单元与换热单元之间通过换热板连接，这样对于放热反应，第一通道中反应产生的热量可以通过换热板传递到第二通道中，对于吸热反应，第一通道中反应需要的热量可以通过换热板从第二通道获取，从而使得第一通道中的反应物料反应时始终能维持一个较稳定的温度，提高了反应活性和反应选择性。第一通道中还装填有用于催化反应的催化剂。

在本实用新型的一种实施例中，第一通道与第二通道之间具有一定角度。

在本实用新型的一种实施例中，第一通道与第二通道呈九十度夹角设置。

在本实用新型的一种实施例中，第一通道与第二通道相互平行。

在本实用新型的一种实施例中，第一通道中设置有多个支撑条，多个支撑条与多个第一翅片交错设置。这样一方面通过支撑条加强了第一通道的耐压能力，使得第一通道可承受较高的外压和/或内压，另一方面通过支撑条和多个第一翅片将第一通道分割为多个狭长的反应流道，使得反应物料在流动时趋近于理想平推流，极大的减少了物料返混。

在本实用新型的一种实施例中，反应装置内设置有第三通道，第三通道与第一通道的延伸部分交错布置，第三通道与第一通道贴合。通过设置第三通道，使得反应物料在进入第一通道前先在第三通道内与第一通道中的反应物料进行换热，使反应物料在进入第一通道前达到较佳的的进料温度，提高反应活性。

一种反应设备，包括上述的反应装置，还包括中空密闭的壳体和设置在壳体上的反应物进口、反应物出口、换热进口和换热出口，反应装置设置在壳体内。第一通道的两端分别与反应物进口和反应物出口连通，第二通道的两端分别与换热进口和换热出口连通。

这样的反应设备包括具有交错设置的多个反应单元和多个换热单元的反应装置，且反应单元与换热单元之间通过换热板连接。将反应装置设置在中空密闭的壳体内，且在壳体上设置了反应物进口、反应物出口、换热进口和换热出口，这样一方面保证了反应物料反应时能有具有足够的密闭性；另一方面反应物进口、反应物出口、换热进口和换热出口也保障了反应设备工作时具有明确的进出口且还能方便地与其他装置或设备连接。

在本实用新型的一种实施例中，壳体上设置有可拆卸的端盖。这样使得催化剂装卸和反应装置维护更加方便。

在本实用新型的一种实施例中，反应装置与壳体之间形成相互独立的第一容纳腔、第二容纳腔、第三容纳腔和第四容纳腔；第一容纳腔与反应物进口和第一通道的一端连接；第二容纳腔与反应物出口和第一通道的另一端连接：第三容纳腔与换热进口和第二通道的一端连接；第四容纳腔与换热出口和第二通道的另一端连接。第一容纳腔与第二容纳腔的设置，使得来自反应物进口的反应物料可均匀的流入多个第一通道，并在第一通道出口处收集汇总，从反应物出口流出。第三容纳腔与第四容纳腔的设置，使得来自换热进口的换热物料可均匀的流入多个第二通道，并在第二通道出口处收集汇总，从换热出口流出。

在本实用新型的一种实施例中，壳体内设置有多个反应装置。这样可扩大反应设备的生产能力，满足规模日趋扩大的工业化应用要求。

本实用新型实施例的有益效果是：

反应物料在第一通道中反应产生或需要的热量可以通过换热板向第二通道传递或获取，从而使第一通道中的反应物料反应时始终能维持一个较稳定的温度，提高了反应活性和反应选择性。第一通道中和第二通道中分别设置有第一翅片和第二翅片，增大了第一通道和第二通道的换热面积，本实用新型提供的反应装置的换热效率为固定床反应器的5～20倍，可有效解决现有固定床反应器的热传递问题(如冷点、热点、飞温等问题)。

同时，第一翅片将第一通道分割为多个狭长的反应流道，使得反应物料在流动时趋近于理想平推流，极大的减少了物料返混。而且反应物料在狭长的反应流道中的流速大，扩散阻力小，反应速率快。

反应设备包括具有交错设置的多个反应单元和多个换热单元的反应装置和壳体。反应装置设置在中空密闭的壳体内，且与壳体之间形成相互独立第一容纳腔、第二容纳腔、第三容纳腔和第四容纳腔，这样既满足了流体均匀分布要求和流道密封性要求，又使得反应设备可方便的与其他装置或设备进行连接。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例1中反应装置的剖视图；

图2为本实用新型实施例1中反应单元的示意图；

图3为本实用新型实施例1中换热单元的示意图；

图4为本实用新型实施例2中反应设备的一种结构示意图；

图5为本实用新型实施例2中反应设备的另一种结构示意图；

图6为本实用新型实施例2中的反应装置的结构示意图；

图7为本实用新型实施例3中的反应设备的结构示意图；

图8为本实用新型实施例4中的反应设备的结构示意图。

其中，附图标记对应的零部件名称如下：

图标：100-反应装置；110-反应单元；111-第一通道；1111-第一密封条；112-第一翅片；113-支撑条；120-换热单元；121-第二通道；122-第二翅片；130-换热板；200-反应设备；210-壳体；220-反应物进口；230-反应物出口；240-换热进口；250-换热出口；3101-第一端盖；3102-第二端盖；3103-第三端盖；260-第一容纳腔；270-第二容纳腔；280-第三容纳腔；290-第四容纳腔；300-第五容纳腔；330-第三通道；360-催化剂；3701-第一法兰；3702-第二法兰；3703-第三法兰。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

请参照图1，本实施例提供一种反应装置100，包括反应单元110、换热单元120，反应单元110与换热单元120通过换热板130连接。其中反应单元110包括第一通道111、第一翅片112、支撑条113；换热单元120包括第二通道121、第二翅片122。

参照图2，反应单元110为中空的长方体。反应单元110具有贯穿的第一通道111。在本实施例中，反应单元110包括平行设置的两个第一密封条1111，及换热板130。进一步地，两个第一密封条1111平行设置于换热板130的边缘，且与换热板130垂直。两个第一密封条1111与换热板130合围形成具有U形结构。其中，该U形结构的贯穿的通道即为第一通道111。

反应单元110的第一通道111中间隔设置有支撑条113和第一翅片112。在本实施例中，第一翅片为波浪形翅片，支撑条113为长条状的四棱柱。支撑条113沿第一通道111贯穿的方向延伸且与第一密封条1111平行。支撑条113与上下换热板130焊接连接，增强了第一通道的耐压能力，使得第一通道可承受较高的内压和外压；第一翅片112可活动的设置在第一通道111中，在催化剂装卸时，可将第一翅片112抽出，方便催化剂装卸。

参照图3，换热单元120也为中空的长方体。换热单元120具有贯穿的第二通道121。在本实施例中，第二通道121包括两个第二密封条1211，及换热板130。进一步地，两个第二密封条1211平行设置在换热板130的边缘，且与换热板130垂直；两个第二密封条1211与换热板130合围形成具有U形结构。其中，该U形结构的贯穿的通道即为第二通道121。

第二翅片122设置于第二通道121中。本实施例中，第二翅片121为城墙状翅片。第二翅片122与上下换热板130为焊接连接，既增强了第二通道耐压能力，又增加了第二通道的换热面积和换热介质流经第二通道的传热系数，极大的增强了反应装置的换热效率。

装配时，多个反应单元110与多个换热单元120交错设置，反应单元110与换热单元120之间通过换热板130连接。换热板130、第一翅片112、第二翅片122、支撑条113、第一密封条1111、第二密封条1211的材料可为不锈钢、合金钢、铝合金等材料中的一种或多种的组合。

第一通道111和第二通道121中分别设置有第一翅片112和第二翅片122，第一翅片112的开口与第一通道111的开口方向一致，第二翅片122的开口于第二通道121的开口方向一致。在本实施例中，第一通道111与第二通道121呈九十度夹角设置。相应地，第一翅片112与第二翅片122也呈九十度夹角。

第一翅片112和支撑条113将第一通道111分割为多个狭长的反应流道，每个狭长的反应流道内装填有用于催化化学反应的颗粒状催化剂360。这样当反应物料通过第一通道111时，反应物料可以充分地与催化剂360接触从而使化学反应充分进行，且由于各狭长的反应流道的横截面尺寸较小(一般为5～15mm，优选10mm)，反应物料通过时流速较快，扩散阻力较小，反应速率快，装置反应空速大。

需要说明的是，

第一翅片112的形状不限于波浪形，第二翅片122的形状也不限于城墙形，这里仅仅是一个示例。在本实用新型的其他实施例中，第一翅片112和第二翅片122可以为波浪形、城堡形、百叶窗形、锯齿形等形状中的一种或多种的组合。第一通道111和第二通道121之间的夹角不限于九十度，还可以是其他的角度，也可以是相互平行的。

反应装置100的工作原理是：

反应装置100具有交错设置的多个反应单元110和多个换热单元120，且反应单元110与换热单元120之间通过换热板130连接，这样第一通道111中产生或需要的热量可以通过换热板130向第二通道121传递或获取，从而使第一通道111中的反应物料反应时始终能维持一个较稳定的温度，使得反应物料反应时更加稳定。第一通道111中设置有第一翅片112，第二通道121中设置有第二翅片122，这样增加了反应装置100中的换热面积和换热系数，使得反应装置100的传热效率达到常规固定床的5～20倍，可适用于强放热和强吸热反应。

实施例2

请参照图4，本实施例提供一种反应设备200，其包括实施例1中的反应装置100，还包括壳体210、反应物进口220、反应物出口230、换热进口240和换热出口250。

参照图4与图5，壳体210为中空的长方体。壳体210相对的两侧设置有可拆卸地第一端盖3101和第二端盖3102。进一步地，第一端盖3101为球弧形结构，第一端盖3101通过第一法兰3701与壳体210的一端可拆卸地连接；第二端盖3102为球弧形结构，第二端盖3102通过第二法兰3702与壳体210的另一端可拆卸地连接。

反应物进口220设置在第一端盖3101上。反应物出口230设置在第二端盖3102上。反应物进口220和反应物出口230使壳体210内部的反应单元110与外界相连通。

换热进口240设置在壳体210的一侧，换热出口250设置在壳体210上与换热进口240相对的另一侧，换热进口240和换热出口250使壳体210内部的换热单元120与外界相连通。

参照图6，反应装置100设置在壳体210内部。与实施例一不同的是，第一通道111和第二通道121相互平行。再次参照图4与图5，反应装置100与壳体210之间形成相互独立的第一容纳腔260、第二容纳腔270、第三容纳腔280和第四容纳腔290；第一容纳腔260与反应物进口220和第一通道111的一端连接；第二容纳腔270与反应物出口230和第一通道111的另一端连接：第三容纳腔280与换热进口240和第二通道121的一端连接；第四容纳腔290与换热出口250和第二通道121的另一端连接。在本实施例中，第一容纳腔260为第一端盖3101与反应装置100的一端合围的空间；第二容纳腔270为第二端盖3102与反应装置100的另一端合围的空间。

需要说明的是，本实施例中，第二通道121的上下两端都设置有导流片。导流片使第二通道121中的换热介质流向发生九十度改变，即在第二通道121的上下两端，由竖直流向变为水平流向，使得换热介质能从第三容纳腔280流入第二通道121，再由第二通道121流入第四容纳腔290。

装配时，先将第一端盖3101或第二端盖3102拆下，将反应装置100放置在壳体210内部，并确保第一通道111正对反应物进口220和/或反应物出口230。再将催化剂360颗粒散装在第一通道111中。

使用时，从反应物进口220通入反应气体。反应气体先经第一容纳腔260均匀分布流入第一通道111，反应气体通过第一通道111时，充分地与催化剂360接触从而发生化学反应。第一通道111中反应产生或需求的热量，通过换热板130和第一翅片112向第二通道121传递或获取，从而使得第一通道111中的反应温度始终维持在一定范围内，提高了反应活性和反应选择性。反应后的气体，经第二容纳腔270汇集后，从反应物出口230流出。在换热进口240中通入的换热介质经第三容纳腔280均匀分布流入导流片，再进入第二通道121。经与第一通道111换热后的换热介质，在第二通道121上端进入导流片，再经第四容纳腔290汇集后，从换热出口250流出。

需要说明的是，

换热介质可以是工艺介质、空气、水、导热油、熔盐中的任意一种，只要换热介质具有一定的载热能力即可。

第一通道111和第二通道121不限于平行的设置，还可以是呈一定角度的设置。在本实用新型的其他实施例中，第一通道111和第二通道121还可以是九十度、四十五度等其他角度。

壳体210上设置端盖的数量不限于两个，这里仅仅是一个示例，只要壳体210具有可拆卸的端盖即可。进一步地，在本实用新型的其他实施例中，壳体210上只具有一个端盖。

壳体210的形状不限于长方体，壳体210还可以是圆柱体等，这里仅仅是一个示例。

壳体210内的反应装置100不限于一个，在本实用新型的其他实施例中，壳体210内可以设置多个反应装置100。

反应设备200的工作原理是：

反应设备200中设置有第一通道111和第二通道121平行的反应装置100。将反应装置100设置在中空密闭的壳体210内，且在壳体210上设置了反应物进口220、反应物出口230、换热进口240和换热出口250，这样一方面保证了反应物料反应时能有具有足够的密闭性；另一方面反应物进口220、反应物出口230、换热进口240和换热出口250也保障了反应设备工作时具有明确的进出口且还能方便地与其他装置或设备连接。

实施例3

请参照图7，本实施例提供一种反应设备200，其与第二实施例大致相同，二者的区别在于本实施例的反应装置100还包括第三通道330。

壳体210为中空的圆柱体，内部设置有反应装置100。反应装置100内设置有第三通道330，第三通道330的一端与反应物进口220连通，第三通道330的另一端通过壳体210与反应装置100之间的空隙与第一通道111远离反应物出口230的一端连通。

在本实施例中，反应设备200只具有一个第三端盖3103，第三端盖3103通过第三法兰3703与壳体210连接。第三通道330与反应物进口220之间设置有第五容纳腔300。反应物进口220设置在壳体210侧面上与换热出口250相同的一侧，反应物进口220与第三通道330连通。第一通道111和第二通道121呈九十度夹角设置，第一通道111与第三通道330也呈九十度夹角设置，第二通道121与第三通道330平行设置。

在本实施例中，第一通道111的水平方向的长度大于第二通道121的水平方向的长度，第一通道111与第二通道121交错设置，第一通道111延伸出第二通道121的部分与第三通道330交错设置，即第二通道121与第三通道330在水平方向的长度之和与第一通道111的水平方向的长度相等。

使用时，反应气体由反应入口220进入第五容纳腔300，经分流后均匀进入第三通道330，与第一通道111中已反应的气体进行换热，将第三通道330中的反应气体预热至较佳温度。经预热后的反应气体从第三通道330的另一端流出，经壳体210与反应装置100之间的空隙流入第一容纳腔260，经分流后均匀流入第一通道111。在第一通道111内，反应气体在催化剂360的催化下发生化学反应，反应放出或需求的热量由换热板130向第二通道121传递或获取。反应后的反应气体通过第一通道111与第三通道330交错的部分，与第三通道330中未反应的冷反应气体进行换热，将第三通道330中的冷气体预热至较佳温度，再经第二容纳腔270汇集后，从反应物物出口230排出。换热介质从换热进口240流入，经第三容纳腔280分流后，均匀流入第二通道121，与第一通道111中的反应气体换热后进入第四容纳腔290，经汇集后从换热出口250流出。

这样的反应设备200可以将第一通道111中的热量用于预热反应气体使反应气体在进入第一通道111中与催化剂360接触前就能达到较佳的进料的温度，提高了反应活性、加快了反应速率。

实施例4

请参照图8，本实施例提供一种反应设备200，其与第三实施例大致相同，二者的区别在于本实施例的反应设备200包括四个反应装置100，且壳体210内不具备第三通道330。

第一通道111和第二通道121呈九十度夹角设置。每个反应装置100分别具有一个反应物进口220、一个反应物出口230、一个换热进口240和一个换热出口250。与实施例三不同的是，反应物进口220和反应物出口230没有设置在壳体210的轴向的两端。在本实施例中，反应物进口220和反应物出口230相对地设置在壳体210的径向方向。反应物进口220和反应物出口230分别与第一通道111的两端连接。

需要说明的是，反应物进口220、反应物出口230、换热进口240、换热出口250均可以分别设置4个，也可以在壳体内汇总后，分别设置1个。

这样的反应设备200因为具有多个反应装置100，既可以同时保障多批次和/或多种类的反应物同时反应，这样提高了反应设备200的利用率，也可以扩大反应设备200的处理规模，满足规模日趋扩大的化工装置要求。

综上所述，本实用新型实施例中的反应装置100具有交错设置的多个反应单元110和多个换热单元120，且反应单元110与换热单元120之间通过换热板130连接，这样反应单元110中产生或需要的热量可以通过换热板130向第二通道121传递或获取，从而使第一通道111中的反应气体反应时始终能维持一个较稳定的温度，提高了反应活性和反应选择性。第一通道111中设置有第一翅片112，第一翅片112将第一通道111分割为多个狭长的反应流道，反应物料在各狭长的反应流道中流速较快，扩散阻力小，反应速率快，且接近于理想平推流，减少了物料返混，提高了反应效率。

反应设备200包括具有交错设置的多个反应单元110和多个换热单元120的反应装置100。将反应设置装置在中空密闭的壳体210内，在壳体210上设置有反应物进口220、反应物出口230、换热进口240和换热出口250。反应装置100与壳体210之间形成相互独立的第一容纳腔260、第二容纳腔270、第三容纳腔280和第四容纳腔290，这样既满足了流体均匀分布要求和流道密封性要求，又使得反应设备可方便的与其他装置或设备进行连接。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种反应装置，其特征在于，包括反应单元与换热单元；

多个所述反应单元与多个所述换热单元交错设置，所述反应单元与所述换热单元之间通过换热板连接；

所述反应单元具有贯穿的第一通道，所述换热单元具有贯穿的第二通道；

所述第一通道中设置有第一翅片，所述第二通道中设置有第二翅片。

2.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述第一通道与第二通道之间具有一定角度。

3.根据权利要求2所述的反应装置，其特征在于，所述第一通道与第二通道呈九十度夹角设置。

4.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述第一通道与所述第二通道相互平行。

5.根据权利要求1所述的反应装置，其特征在于，所述第一通道中设置有多个支撑条，多个所述支撑条与多个所述第一翅片间隔设置。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的反应装置，其特征在于，所述反应装置内还设置有第三通道，所述第三通道与所述第一通道的延伸部分交错布置，所述第三通道与所述第一通道贴合。

7.一种反应设备，其特征在于，包括1～6中任意一项所述的反应装置，还包括中空密闭的壳体和设置在所述壳体上的反应物进口、反应物出口、换热进口和换热出口，所述反应装置设置在所述壳体内；

所述反应装置的所述第一通道的两端分别与所述反应物进口和所述反应物出口连通，所述反应装置的所述第二通道的两端分别与所述换热进口和所述换热出口连通。

8.根据权利要求7所述的反应设备，其特征在于，所述壳体上设置有可拆卸的端盖。

9.根据权利要求7所述的反应设备，其特征在于，所述反应装置与所述壳体之间形成相互独立的第一容纳腔、第二容纳腔、第三容纳腔和第四容纳腔；所述第一容纳腔与所述反应物进口和所述第一通道的一端连接；所述第二容纳腔与所述反应物出口和所述第一通道的另一端连接：

所述第三容纳腔与所述换热进口和所述第二通道的一端连接；所述第四容纳腔与所述换热出口和所述第二通道的另一端连接。

10.根据权利要求7所述的反应设备，其特征在于，所述壳体内设置有多个所述反应装置。