CN208612472U - 管式逆流换热反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种管式逆流换热反应器，包括加热器、进料换热管和出料换热管，还包括中心热管，中心热管呈螺旋形环绕在加热器外，进料换热管和出料换热管均呈螺旋形环绕在中心热管外，进料换热管与出料换热管沿中心热管径向交替设置，相邻两层的进料换热管依次首尾相连并形成进料管路，相邻两层的出料换热管依次首尾相连并形成出料管路，最外层的进料换热管设置有进料口，最外层的出料换热管设置有出料口，最内层的进料换热管与中心热管的一端相连，最内层的出料换热管与中心热管的另一端相连，使进料管路与出料管路连通并形成完整的物料流动通道。本反应器能够提高反应速率和反应率，其而降低能耗，节约生产成本。

Description

管式逆流换热反应器

技术领域

本实用新型涉及反应器领域，具体涉及一种管式逆流换热反应器。

背景技术

在各种化学物质与酸和碱(如钒钛矿浸出钒和铁)的过程中，目前酸浸或碱浸过程采用的是反应釜，即将需要处理的矿料加入到反应釜中进行反应，其影响物料反应率的因素包括：物料的粒径(比表面积)、介质的酸碱度、反应温度、反应压力、反应时间等，因此需要保证反应釜中较高的反应温度。采用反应釜进行处理，只能在将加入反应釜的矿料处理完毕后才能将反应釜中的物料取出，再加入下一批次矿料进行处理，而且每一批次矿料处理完毕后需要等待其温度降低，下一批次矿料重新加热，造成整个工艺流程不能连续实施且能源浪费大、审查成本高。

反应器广泛应用于化工、化学等领域，为物料的反应提供反应场所，同时将物料加热至合适的温度，以保证反应效率。因此采用换热反应器进行处理，能够实现连续处理的要求，但目前的管式反应器结构一般是在反应器中间安装有加热器，换热管以盘管的方式多层缠绕排列在加热器外面，物料从外侧进料管通过盘管逐步向加热器方向流动，其温度逐渐升高，最后在加热器外的内侧盘管时温度也达到反应温度满足反应处理的要求，最后再通过出料管输出反应器。如申请号为201220350956.0的实用新型专利，其公开的管式反应器包括有一个反应器，设在反应器罐体内的盘管是由一根管沿同圆心轴线盘绕成至少二层以上盘管，盘管的一端连接进料口，另一端连接出料口，在罐体的圆周内壁上均布有挂架，在各挂架上分别设有一个与外层盘管对应处相钩紧的挂钩。使用时，物料从进料口通入，从出料口排出，反应器罐体内的加热器对物料进行加热。

采用现有的管式反应器，从出料管排出的物料，由于温度较高，造成热能浪费，同时处理前的物料进入进料管时温度较低，要加热到反应温度，又需要大量的热能，因此能耗非常高，提高了生产成本。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种利用反应完成的高温物料的余热对新加入的低温物料进行加热，以实现充分利用热能，降低能耗的管式逆流换热反应器。

本实用新型解决其技术问题所采用管式逆流换热反应器，包括安装在壳体内的加热器、进料换热管和出料换热管，

还包括中心热管，所述中心热管呈螺旋形环绕在加热器外，所述进料换热管和出料换热管均呈螺旋形环绕在中心热管外，进料换热管和出料换热管均在中心热管径向方向上设置为多层，且进料换热管与出料换热管沿中心热管径向交替设置，相邻两层的进料换热管依次首尾相连并形成进料管路，相邻两层的出料换热管依次首尾相连并形成出料管路，最外层的进料换热管设置有进料口，最外层的出料换热管设置有出料口，最内层的进料换热管与中心热管的一端相连，最内层的出料换热管与中心热管的另一端相连，使进料管路与出料管路连通并形成完整的物料流动通道。

进一步地，中心热管、多层进料换热管和多层出料换热管为一根一体成型的管道。

进一步地，所述壳体的内壁设置有隔热层。

进一步地，所述壳体内设置有导热保护套，所述加热器设置于导热保护套的内部，中心热管、进料换热管和出料换热管设置在导热保护套之外。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：加热器将其周围的空间加热至合适物料反应的高温，将待反应的物料从进料口通入进料换热管，物料从最外层的进料换热管依次经过各层进料换热管，最后到达最内层的进料换热管，在这个过程中，物料到加热器的距离逐渐减小，温度逐渐升高，然后进入中心热管，进料过程完毕。物料再从中心热管进入最内层的出料换热管，然后依次经过多层出料换热管后到达最外层的出料管，出料过程完毕，在出料过程中，物料与新进入进料换热管的物料进行换热，从而使沿着进料管路运动的物料温度逐渐升高，而沿着出料管路运动的物料温度逐渐降低，由于进料换热管与出料换热管均呈螺旋形且逐层交替设置，进料管路中的进料物料与出料管路中的出料物料换热面积非常的大，能够保证进料物料和出料物料之间充分换热，这样，物料在靠近加热器的几层进料换热管、中心热管和出料换热管反应后，在从出料换热管逐层排出的过程中，携带的热量大部分会传递至新进入进料换热管的待反应物料，大幅度降低出料物料的温度。一般来说，从出料口排出的物料与从进料口进入的物料温差可控制在10摄氏度以内，大部分热量停留在反应器中反复利用，从而降低加热器的能耗，节约生产成本，又能够为物料提供高温反应场所，解决了现有技术能耗高、反应率低的问题。

附图说明

图1为本实用新型的主视剖视示意图。

图2至图5是本实用新型进料换热管和出料换热管的折弯成型示意图。

附图标记：2—加热器；3—进料换热管；31—进料口；32—进料段；33—第二连接段；4—出料换热管；41—出料口；42—出料段；43—第一连接段；5—隔热外壳；6—导热保护套；7—中心热管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1所示，本实用新型的管式逆流换热反应器，包括安装在壳体内的加热器2、进料换热管3和出料换热管4，

还包括中心热管7，所述中心热管7呈螺旋形环绕在加热器2外，所述进料换热管3和出料换热管4均呈螺旋形环绕在中心热管7外，进料换热管3和出料换热管4均在中心热管7径向方向上设置为多层，且进料换热管3与出料换热管4沿中心热管7径向交替设置，相邻两层的进料换热管3依次首尾相连并形成进料管路，相邻两层的出料换热管4依次首尾相连并形成出料管路，最外层的进料换热管3设置有进料口31，最外层的出料换热管4设置有出料口41，最内层的进料换热管3与中心热管7的一端相连，最内层的出料换热管4与中心热管7的另一端相连，使进料管路与出料管路连通并形成完整的物料流动通道。

具体地，如图1所示，加热器2位于壳体内腔的最中心，中心热管7环绕在加热器2之外，进料换热管3沿中心热管7径向设置为多层，由内之外依次为3a、3b、3c……，出料换热管4沿中心热管7径向设置为多层，由内之外依次为4a、4b、4c……，进料换热管3与出料换热管4沿中心热管7径向交替设置，则中心热管7、进料换热管3和出料换热管4组成的管路从内至外依次为中心热管7、进料换热管3a、出料换热管4a、进料换热管3b、出料换热管4b、进料换热管3c、出料换热管4c……。此外，与中心热管7相邻的也可以是出料换热管4。

加热器2设置在反应腔的中心位置，用于将物料加热至合适的高温，提高物料的反应速率，加热器2具体可采用现有任意的加热装置，如电加热设备、烟气或蒸汽加热设备、燃烧加热装置等。中心热管7、进料换热管3和出料换热管4采用现有的导热系数高的材质，保证良好的换热速率即可。中心热管7、进料换热管3和出料换热管4的管径、层数、长度和螺距等参数都可以有多种，可以设计、制造成多个规格的反应器，根据具体的反应物料种类、粒径、反应时间等进行确定。进料口31用于将待反应的物料通入进料换热管3，进料口31可与物料输送管相连，利用泵作为物料流动的动力。

相邻两层进料换热管3之间、相邻两层出料换热管4之间、最内层的进料换热管3与中心热管7之间以及最内层的出料换热管4与中心热管7之间均可以采用弯曲的管接头相连，优选的，中心热管7、多层进料换热管3和多层出料换热管4为一根一体成型的管道，密封性更好。具体地，进料换热管3与出料换热管4采用一根管道折弯成型，如图2所示，管道的中点a将管道分为进料段32和出料段42，从中点a处开始，将进料段32折弯成一定长度的螺旋状，得到中心热管7，具体如图3所示，然后将出料段42从中点a处开始向外弯折，得到弯曲的第一连接段43，然后再将出料段42折弯呈螺旋形，得到最内层的出料换热管4，该出料换热管4环绕在中心热管7之外，出料换热管4与中心热管7可以直接接触以保证换热效率，也可以具有适当的间距，折弯后的管道如图4所示。然后再次折弯进料段32，得到弯曲的第二连接段33，具体如图5所示，然后继续折弯进料段32，得到最内层的进料换热管3，该进料换热管3环绕在最内层的出料换热管4之外，然后再次折弯出料段42。通过反复、交替地折弯进料段32和出料段42，就能够得到一体成型的中心热管7、多层进料换热管3和多层出料换热管4。

所述壳体的内壁设置有隔热层5，隔热层5采用现有常规的保温材质，起到降低热损耗的作用，提高热利用率，同时起到保护进料换热管3和出料换热管4的作用。所述进料口31与出料口41均伸至隔热外壳5之外，方便通入待反应的物料和排出反应后的物料。

所述壳体内设置有导热保护套6，所述加热器2设置于导热保护套6的内部，中心热管7、进料换热管3和出料换热管4设置在导热保护套6之外。导热保护套6采用导热系数高的材质，导热保护套6将加热器2与进料换热管3和出料换热管4隔开，可避免检修、更换加热器2时对进料换热管3和出料换热管4造成影响。

本反应器的工作过程为：利用加热器2将中心热管7和最接近加热器2的几层进料换热管3和出料换热管4加热至合适的高温，该温度根据具体的物料确定，确保物料能够快速反应。将待反应的物料通过泵等动力机构输入最外层的进料换热管3，物料从外至内依次经过各层进料换热管3，然后从最内层的进料换热管3进入中心热管7，经过中心热管7后再进入最内层的出料换热管4，再从最内层的出料换热管4开始从内至外依次经过各层出料换热管4后，从最外层的出料换热管4的出料口41排出。

在上述过程中，物料在进料换热管3中运动时，与加热器2的距离逐渐减小，温度逐渐升高，物料逐渐开始反应，当物料进入中心热管7时温度达到最高，实现快速反应，然后进入出料换热管4，温度逐渐降低，最后排出。

物料在通过加热器2附近的高温区域反应后，高温的物料从出料换热管4排出，由于进料换热管3与出料换热管4交替设置，在经过每一层出料换热管4时，出料换热管4中的物料都会与相邻的进料换热管3中的物料进行换热，经过多次换热后，出料换热管4中的物料温度逐渐降低，而进料换热管3中的物料温度逐渐升高，出料换热管4中的物料携带的大部分热能都会传递至进料换热管3中的待反应物料，这样从出料口41排出的物料温度与从进料口31通入进料换热管3的物料温度差异很小，能够控制在10摄氏度以内，反应后的物料带走的热量占比很小，绝大部分的热量都停留在反应器内部进行循环利用，极大地提高了热利用率。以某反应为例，反应温度控制在90至100摄氏度，采用传统的反应器时，需要将物料从20摄氏度左右的常温加热至90至100摄氏度，物料反应完成后直接排出，排出的物料温度在90至100摄氏度，而新加入的物料温度为室温，需要采用加热装置将新加入的物料再次加热至90至100摄氏度，能耗非常高。而采用本申请后，加热器2只需要将最先通入的物料加热至90至100摄氏度，物料反应后排出，从出料口41排出的物料温度在25至35摄氏度，大部分热量传递至新加入的物料，带走的热量非常少，加热器2只需要补充少量的热能就能够使反应器的高温区域保持高温，与现有技术相比，能够降低85％至90％的能耗，极大地降低生产成本。

Claims (4)

1.管式逆流换热反应器，包括安装在壳体内的加热器(2)、进料换热管(3)和出料换热管(4)，其特征在于，

还包括中心热管(7)，所述中心热管(7)呈螺旋形环绕在加热器(2)外，所述进料换热管(3)和出料换热管(4)均呈螺旋形环绕在中心热管(7)外，进料换热管(3)和出料换热管(4)均在中心热管(7)径向方向上设置为多层，且进料换热管(3)与出料换热管(4)沿中心热管(7)径向交替设置，相邻两层的进料换热管(3)依次首尾相连并形成进料管路，相邻两层的出料换热管(4)依次首尾相连并形成出料管路，最外层的进料换热管(3)设置有进料口(31)，最外层的出料换热管(4)设置有出料口(41)，最内层的进料换热管(3)与中心热管(7)的一端相连，最内层的出料换热管(4)与中心热管(7)的另一端相连，使进料管路与出料管路连通并形成完整的物料流动通道。

2.根据权利要求1所述的管式逆流换热反应器，其特征在于，中心热管(7)、多层进料换热管(3)和多层出料换热管(4)为一根一体成型的管道。

3.根据权利要求1所述的管式逆流换热反应器，其特征在于，所述壳体的内壁设置有隔热层(5)。

4.根据权利要求3所述的管式逆流换热反应器，其特征在于，所述壳体内设置有导热保护套(6)，所述加热器(2)设置于导热保护套(6)的内部，中心热管(7)、进料换热管(3)和出料换热管(4)设置在导热保护套(6)之外。