CN211274581U - 一种矩阵式双管板连续流反应系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及化工制药设备技术领域，尤其是一种矩阵式双管板连续流反应系统，其特征在于，包括：分流总成和反应单元，所述反应单元包括壳体，所述壳体上下两端分别依次连接有管板和折流管箱。本实用新型一方面多个反应单元串联可以在进行大流量反应物反应时满足所需反应长度的；一方面使反应物在低流速情况下获得高雷诺数，大大提高湍流效果，在不断流动反应中仍能不间断混合；一方面使反应器可以安装催化物对反应物进行催化，同时方便更换催化物从而适应不同的反应；一方面一体式的螺旋折流挡板，使热传介质呈螺旋涡流式上升通过壳体内部，与反应管的接触更加的充分和均匀，保温的效果更好；一方面采用胀接管板和焊接管板，可以防止泄露。

Description

一种矩阵式双管板连续流反应系统

技术领域

本实用新型涉及化工制药设备技术领域，尤其是一种矩阵式双管板连续流反应系统。

背景技术

化工制药技术领域常用的反应器设备包括管式反应器和釜式反应器等，其中釜式反应器常在反应釜中装入搅拌装置，用于液相反应物混合，其合成物纯度、反应转化率较低，能耗和污染较为严重。由于化工制药领域对产品的纯度等要求较高，因此常使用的反应器设备为连续流管式反应器。

连续流管式反应器的管长较长同时反应长度较长，可以使反应物充分反应。但是连续流管式反应器的的流量较小，无法适应大流量的反应需求。同时，传统的管式反应器内不方便放置和更换催化剂从而对反应进行催化。

实用新型内容

本实用新型旨在解决上述问题，提供了一种矩阵式双管板连续流反应系统，它一方面相比连续流管式反应器处理反应物的流量更大，一方面使反应物得到了足够长的反应距离，其采用的技术方案如下：

一种矩阵式双管板连续流反应系统，其特征在于，包括：分流总成和反应单元，所述反应单元包括壳体，所述壳体上下两端分别依次连接有管板和折流管箱，

所述壳体内部设置有反应管组，反应管组包括多根反应管，每根反应管的上下两端均穿过并固定连接于管板上，

所述折流管箱上开设若干条相分离的折流槽，所述管板与折流管箱的折流槽共同组成若干个相分离的折流通道，在介质流动顺序上相邻的反应管通过与他们相对应的折流通道依次一一串联连通，所述折流管箱上设置有反应物入口和反应物出口，

所述管板包括胀接管板和焊接管板，所述胀接管板固定连接在壳体上下两端处，所述反应管穿过胀接管板并与胀接管板相固接，所述焊接管板通过法兰和螺栓与折流管箱紧密贴合，所述反应管穿过焊接管板并与焊接管板相固接，

所述分流总成包括分流器和总管，所述总管与分流器固定连接，所述分流器形成有若干个分流管，所述分流管安装有阀门，所述分流管与反应物入口连接，相邻的反应单元通过管道连接，所述管道的一端与一个反应单元的反应物出口连接，另一端与另一个反应单元的反应物入口连接。

优选的，所述折流槽中设置有固体催化物，所述固体催化物占据折流槽横截面的部分或者全部空间。

优选的，所述固体催化物上开设通孔，反应物流经通孔穿过固体催化物，所述通孔为一个大孔或者为若干个小孔组成。

优选的，所述固体催化物为网状。

优选的，所述折流槽为直形槽、楔形槽或弧形槽。

优选的，在管板和/或折流槽上开设容置固体催化物的安装槽，固体催化物安装于安装槽中。

优选的，所述固体催化物设置在上折流管箱的折流槽和/或下折流管箱的折流槽中。

优选的，上下折流管箱上折流槽的布设及上下管板上穿装孔的布设使得各层反应管的顶端及底端按下述方式排列：

由外至内：所有第一层反应管即最外层反应管的顶端排列构成第一上圆形，所有第二层反应管的顶端排列构成第二上圆形，第二上圆形与第一上圆形及同心且第二上圆形直径小于第一上圆形，以此类推直至最后一层反应管即最内层反应管；由外至内：所有第一层反应管即最外层反应管的底端排列构成第一下圆形，所有第二层反应管的底端排列构成第二下圆形，第二下圆形与第一下圆形同心且第二下圆形直径小于第一下圆形，以此类推直至最后一层反应管即最内层反应管；上圆形圆心和下圆形圆心均位于壳体轴线上，同属一层的每条反应管的顶端至壳体轴线的垂直连线与其底端至壳体轴线的垂直连线所呈夹角均相等。

优选的，当反应管为偶数根时，设其为N条，则反应物入口和反应物出口位于同一折流管箱上，则具有反应物入口的折流管箱上的折流槽为(N/2)-1条，另一折流管箱上的折流槽为N/2条；当反应管为奇数根时，设其为N条，则反应物入口和反应物出口位于不同折流管箱上，且上下折流管箱上的折流槽均为(N-1)/2条。

优选的，所述反应管为直管或螺旋缠绕管，

优选的，所述反应管为直管，所述壳体内部设置有一体式的螺旋折流挡板，固定柱上下两端分别固定安装于胀接管板上，螺旋折流挡板安装固定于固定柱上，反应管均贯穿螺旋折流板而与胀接管板固定连接。

本实用新型具有如下优点：一方面多个反应单元串联可以在进行大流量反应物反应时满足所需反应长度的；一方面使反应物在低流速情况下获得高雷诺数，大大提高湍流效果，在不断流动反应中仍能不间断混合；一方面使反应器可以安装催化物对反应物进行催化，同时方便更换催化物从而适应不同的反应；一方面使用一体式的螺旋折流挡板，使热传介质呈螺旋涡流式上升通过壳体内部，与反应管的接触更加的充分和均匀，保温的效果更好；一方面采用胀接管板和焊接管板，可以防止泄露。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一种实施例，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1：本实用新型的局部剖切的结构示意图(反应管为直管)；

图2：本实用新型所述上折流管箱的一种示例的仰视图；

图3：本实用新型所述下折流管箱的一种示例的俯视图；

图4：本实用新型所述下密封垫的结构示意图；

图5：本实用新型所述管板的局部剖面结构示意图；

图6：本实用新型所述反应管的局部剖面结构示意图；

图7：本实用新型所述固体催化物的一种示例的局部剖面侧视结构示意图；

图8：本实用新型所述固体催化物的一种示例的局部剖面主视结构示意图；

图9：本实用新型所述固体催化物的一种示例的局部剖面主视结构示意图；

图10：本实用新型所述上折流管箱的一种示例的仰视图；

图11：本实用新型所述固体催化物的一种示例的局部剖面俯视结构示意图；

图12：本实用新型所述固体催化物的一种示例的立体结构示意图；

图13：本实用新型螺旋折流挡板和固定柱的结构示意图；

图14：本实用新型反应管的结构示意图(反应管为螺旋缠绕管)；

图15：本实用新型反应管的剖视结构示意图(反应管为螺旋缠绕管)；

具体实施方式

下面结合附图和实例对本实用新型作进一步说明：

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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。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

如图1至图15所示，本实施例的一种矩阵式双管板连续流反应系统，其特征在于，包括：分流总成和反应单元，所述反应单元包括壳体1，所述壳体1上下两端分别依次连接有管板3和折流管箱4，

所述壳体1内部设置有反应管组2，反应管组2包括多根反应管20，每根反应管20的上下两端均穿过并固定连接于管板3上，

所述折流管箱4上开设若干条相分离的折流槽40，所述管板3与折流管箱4的折流槽40共同组成若干个相分离的折流通道，在介质流动顺序上相邻的反应管20通过与他们相对应的折流通道依次一一串联连通，所述折流管箱4上设置有反应物入口41和反应物出口42，

所述管板3包括胀接管板30和焊接管板31，所述胀接管板30固定连接在壳体1上下两端处，所述反应管20穿过胀接管板30并与胀接管板30相固接，所述焊接管板31通过法兰和螺栓与折流管箱4紧密贴合，所述反应管20穿过焊接管板31并与焊接管板31相固接，

所述分流总成包括分流器7和总管71，所述总管71与分流器7固定连接，所述分流器7形成有若干个分流管72，所述分流管72安装有阀门73，所述分流管72与反应物入口41连接，相邻的反应单元通过管道74连接，所述管道74的一端与一个反应单元的反应物出口42连接，另一端与另一个反应单元的反应物入口41连接。

优选的，所述折流槽40中设置有固体催化物44，所述固体催化物44占据折流槽40横截面的部分或者全部空间。

优选的，所述固体催化物44上开设通孔45，反应物流经通孔45穿过固体催化物44，所述通孔45为一个大孔或者为若干个小孔组成。

优选的，所述固体催化物44为网状。

优选的，所述折流槽40为直形槽、楔形槽或弧形槽。

优选的，在管板3和/或折流槽40上开设容置固体催化物44的安装槽，固体催化物44安装于安装槽中。

优选的，所述固体催化物44设置在上折流管箱4的折流槽40和/或下折流管箱4的折流槽40中。

优选的，上下折流管箱4上折流槽40的布设及上下管板3上穿装孔的布设使得各层反应管20的顶端及底端按下述方式排列：

由外至内：所有第一层反应管20即最外层反应管20的顶端排列构成第一上圆形，所有第二层反应管20的顶端排列构成第二上圆形，第二上圆形与第一上圆形及同心且第二上圆形直径小于第一上圆形，以此类推直至最后一层反应管即最内层反应管；由外至内：所有第一层反应管20即最外层反应管20的底端排列构成第一下圆形，所有第二层反应管20的底端排列构成第二下圆形，第二下圆形与第一下圆形同心且第二下圆形直径小于第一下圆形，以此类推直至最后一层反应管即最内层反应管；上圆形圆心和下圆形圆心均位于壳体1轴线上，同属一层的每条反应管的顶端至壳体1轴线的垂直连线与其底端至壳体1轴线的垂直连线所呈夹角均相等。

优选的，当反应管20为偶数根时，设其为N条，则反应物入口41和反应物出口42位于同一折流管箱上，则具有反应物入口41的折流管箱上的折流槽40为(N/2)-1条，另一折流管箱上的折流槽40为N/2条；当反应管20为奇数根时，设其为N条，则反应物入口41和反应物出口42位于不同折流管箱上，且上下折流管箱上的折流槽40均为(N-1)/2条。

优选的，所述反应管20为直管或螺旋缠绕管。

优选的，所述反应管20为直管，所述壳体1内部设置有一体式的螺旋折流挡板81，固定柱82上下两端分别固定安装于胀接管板30上，螺旋折流挡板81安装固定于固定柱82上，反应管20均贯穿螺旋折流板81而与胀接管板30固定连接。

进一步，为了保证管板3与折流管箱4连接的紧密性，防止折流槽内的介质的泄漏，同时不阻碍介质进入、流出折流槽，所述折流管箱与管板之间设置有片式密封垫6，所述片式密封垫上设置有与各折流槽的两末端相对应的折流孔60，保证反应物在流动过程中的密封。

在安装时，其要与管板3结合并与折流管箱4的折流槽40相对应，若无一定的排列规则，则安装时会很难甚至无法实现，还容易造成安装人员的错乱，增加了安装工时、安装出错率，故为了便于安装，优选的，上下折流管箱4上折流槽40的布设及上下管板3上穿装孔的布设使得各层反应管20的顶端及底端按下述方式排列：

由外至内：所有第一层反应管20即最外层反应管20的顶端排列构成第一上圆形，所有第二层反应管20的顶端排列构成第二上圆形，第二上圆形与第一上圆形及同心且第二上圆形直径小于第一上圆形，以此类推直至最后一层反应管即最内层反应管；由外至内：所有第一层反应管20即最外层反应管20的底端排列构成第一下圆形，所有第二层反应管20的底端排列构成第二下圆形，第二下圆形与第一下圆形同心且第二下圆形直径小于第一下圆形，以此类推直至最后一层反应管即最内层反应管；上圆形圆心和下圆形圆心均位于壳体1轴线上，同属一层的每条反应管的顶端至壳体1轴线的垂直连线与其(同一条反应管)底端至壳体1轴线的垂直连线所呈夹角均相等。进一步，所有反应管顶端至其底端的直线连线(是指同属一条反应管的顶端、底端的连线)均与壳体1的轴线相平行。

当反应管20为偶数根时，设其为N条，则反应物入口41和反应物出口42位于同一折流管箱上，则具有反应物入口41的折流管箱上的折流槽40为(N/2)-1条，另一折流管箱上的折流槽40为N/2条；当反应管20为奇数根时，设其为N条，则反应物入口41和反应物出口42位于不同折流管箱上，且上下折流管箱上的折流槽40均为(N-1)/2条。

如图6所示，优选的，沿反应管20的外壁上压制有2条旋向相反、旋转升角一致的螺旋线20a，使得反应管的内壁上向内凸出形成有两螺旋线相应的螺旋凸起。如此反应物料在其中流动时，可以形成较大的扰流，反应物沿着螺旋凸起形成螺旋状切线运动，进一步提高反应物料流动的雷诺数，大大提高湍流效果，提高反应物料的传热及混合效果。

固体催化物44在折流槽40中的固定方式可以为以下几种形式：

固定形式一：如图5所示，固体催化物44设置在管板3与折流槽40组成的空腔中，固体催化物44与上述空腔过盈配合。

固定形式二：如图7和图10所示，折流槽40内壁形成有第一安装槽46，固体催化物44的一部分插入第一安装槽46，与折流槽40相对位置固定。第一安装槽46可以开设在折流槽40的槽底或第一安装槽46侧壁，也可以同时在槽底和侧壁开设第一安装槽46。

固定形式三：如图7所示，管板3在折流槽40的对应处形成有第二安装槽47，固体催化物44的一部分插入第二安装槽47，与折流槽40和管板3相对位置固定。

固定形式四：如图11所示，折流槽40可以为楔形槽，固体催化物44为楔形块。在图11的折流槽40中，反应物的流动方向为从左到右，由于折流槽40向右的横截面积不断减小限制了固体催化物44向右移动，同时反应物的流动方向限制了固体催化物44向左移动。

以上固定形式可以单独使用，也可以多种固定形式相结合同时使用，图7为同时使用多种固定形式的一种示例。

固体催化物44在折流槽40中的催化通道可以为以下几种形式：

通道形式一：如图5、9、11和12所示，固体催化物44中的通道可以为多个直径相对较小的通孔45，反应物从多个通孔45中通过进行催化反应。其中，相邻的通孔45之间可以由连接通道将相邻的通孔45相连通。

通道形式二：如图7所示，固体催化物44中的通道可以为单个直径相对较大的通孔45。

通道形式三：如图8所示，固体催化物44与折流槽40之间存在空隙，空隙可以作为反应物流经的通道，如图8中固体催化物44上方与折流槽40之间的空隙。此空隙也可以设置在固体催化物44两侧。

通道形式四：如图8所示，固体催化物44与管板3之间存在空隙，空隙可以作为反应物流经的通道，如图8中固体催化物44下方与管板3之间的空隙。

通道形式五：固体催化物44为网状，形成有多个网孔。

以上通道形式可以单独使用，也可以多种通道形式相结合同时使用，图10和图11为同时使用多种固定形式的两种示例。

固体催化物44可以使用以上多种固定形式和通道形式之间的任意组合。

固体催化物44可以为块状金属催化剂(如电解银、熔铁、铂网等)、负载型金属催化剂(如Ni/Al₂O₃加氢催化剂)、合金催化剂(活性组分是两种或两种以上金属原子组成，如Ni-Cu合金加氢催化剂，LaNi₅加氢催化剂等)等。

本实用新型使用时，反应物通过总管71进入分流器7中，经过分流管72进入若干个反应单元。反应物每次经过反应单元的固体催化物44就被催化一次。每一个分流管72对应的若干个反应单元相串联，反应物从第一个反应单元的反应物入口41进入，经过若干反应单元后，从最后一个反应单元的反应物出口42流出，完成反应。壳体1的壳程内部用于流通传热介质，使反应管20管程内的反应物保持适宜的温度，热传介质通过壳程入口10进入，中间通过壳程，最后通过壳程出口11排出。

其中，每个分流管72对应的串联的反应单元可以是催化物4相同但是反应单元的数量不同。那么每条反应单元组成的管路所产出的反应物产物的反应完成度便不同，可以使反应物产出不同阶段的产物。

其中，每个分流管72对应的串联的反应单元可以使用不同的催化物4。那么每条反应单元组成的管路会产出不同的产物。

本实用新型可以通过打开和关闭不同的分流管72的阀门73，使反应物经过特定的反应单元组成的管路，产出不同数量的反应物或者不同种类的反应物，可以一个设备灵活适应多种生产需求。

反应管20为直管时，可以使用螺旋折流挡板181。一体式的螺旋折流挡板181，使热传介质呈螺旋涡流式上升通过壳体1内部，与反应管20的接触更加的充分和均匀，保温的效果更好。一体式的螺旋折流挡板181相对于分片式的，安装的时候更加的方便，对于传热介质的导流效果更好，避免分片式的断流现象。

反应管20为螺旋缠绕管时，螺旋缠绕管相对于直管，管内的湍流效果更好。

上面以举例方式对本实用新型进行了说明，但本实用新型不限于上述具体实施例，凡基于本实用新型所做的任何改动或变型均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种矩阵式双管板连续流反应系统，其特征在于，包括：分流总成和反应单元，所述反应单元包括壳体(1)，所述壳体(1)上下两端分别依次连接有管板(3)和折流管箱(4)，

所述壳体(1)内部设置有反应管组(2)，反应管组(2)包括多根反应管(20)，每根反应管(20)的上下两端均穿过并固定连接于管板(3)上，

所述折流管箱(4)上开设若干条相分离的折流槽(40)，所述管板(3)与折流管箱(4)的折流槽(40)共同组成若干个相分离的折流通道，在介质流动顺序上相邻的反应管(20)通过与他们相对应的折流通道依次一一串联连通，所述折流管箱(4)上设置有反应物入口(41)和反应物出口(42)，

所述管板(3)包括胀接管板(30)和焊接管板(31)，所述胀接管板(30)固定连接在壳体(1)上下两端处，所述反应管(20)穿过胀接管板(30)并与胀接管板(30)相固接，所述焊接管板(31)通过法兰和螺栓与折流管箱(4)紧密贴合，所述反应管(20)穿过焊接管板(31)并与焊接管板(31)相固接，

所述分流总成包括分流器(7)和总管(71)，所述总管(71)与分流器(7)固定连接，所述分流器(7)形成有若干个分流管(72)，所述分流管(72)安装有阀门(73)，所述分流管(72)与反应物入口(41)连接，相邻的反应单元通过管道(74)连接，所述管道(74)的一端与一个反应单元的反应物出口(42)连接，另一端与另一个反应单元的反应物入口(41)连接。

2.如权利要求1所述的一种矩阵式双管板连续流反应系统，其特征在于：所述折流槽(40)中设置有固体催化物(44)，所述固体催化物(44)占据折流槽(40)横截面的部分或者全部空间。

3.如权利要求2所述的一种矩阵式双管板连续流反应系统，其特征在于：所述固体催化物(44)上开设通孔(45)，反应物流经通孔(45)穿过固体催化物(44)，所述通孔(45)为一个大孔或者为若干个小孔组成。

4.如权利要求2所述的一种矩阵式双管板连续流反应系统，其特征在于：所述固体催化物(44)为网状。

5.如权利要求2所述的一种矩阵式双管板连续流反应系统，其特征在于：所述折流槽(40)为直形槽、楔形槽或弧形槽。

6.如权利要求2所述的一种矩阵式双管板连续流反应系统，其特征在于：在管板(3)和/或折流槽(40)上开设容置固体催化物(44)的安装槽，固体催化物(44)安装于安装槽中。

7.根据权利要求1所述的一种矩阵式双管板连续流反应系统，其特征在于：固体催化物(44)设置在上折流管箱(4)的折流槽(40)和/或下折流管箱(4)的折流槽(40)中。

8.根据权利要求1所述的一种矩阵式双管板连续流反应系统，其特征在于：上下折流管箱(4)上折流槽(40)的布设及上下管板(3)上穿装孔的布设使得各层反应管(20)的顶端及底端按下述方式排列：

由外至内：所有第一层反应管(20)即最外层反应管(20)的顶端排列构成第一上圆形，所有第二层反应管(20)的顶端排列构成第二上圆形，第二上圆形与第一上圆形及同心且第二上圆形直径小于第一上圆形，以此类推直至最后一层反应管即最内层反应管；由外至内：所有第一层反应管(20)即最外层反应管(20)的底端排列构成第一下圆形，所有第二层反应管(20)的底端排列构成第二下圆形，第二下圆形与第一下圆形同心且第二下圆形直径小于第一下圆形，以此类推直至最后一层反应管即最内层反应管；上圆形圆心和下圆形圆心均位于壳体(1)轴线上，同属一层的每条反应管的顶端至壳体(1)轴线的垂直连线与其底端至壳体(1)轴线的垂直连线所呈夹角均相等。

9.根据权利要求1所述的一种矩阵式双管板连续流反应系统，其特征在于：当反应管(20)为偶数根时，设其为N条，则反应物入口(41)和反应物出口(42)位于同一折流管箱上，则具有反应物入口(41)的折流管箱上的折流槽(40)为(N/2)-1条，另一折流管箱上的折流槽(40)为N/2条；当反应管(20)为奇数根时，设其为N条，则反应物入口(41)和反应物出口(42)位于不同折流管箱上，且上下折流管箱上的折流槽(40)均为(N-1)/2条。

10.根据权利要求1所述的一种矩阵式双管板连续流反应系统，其特征在于：所述反应管(20)为直管或螺旋缠绕管。

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