CN212215458U - 一种专用于催化氢化的管式反应器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种专用于催化氢化的管式反应器，包括保温箱、反应管、连接弯管和温度传感器、压力传感器。其特征在于，所述反应管内设有气液混合元件、扰流柱；该扰流柱由多个轴向排列的扰流元件组成；所述气液混合元件置于每根反应管的进口端。本实用新型的连续催化氢化管道反应器通过这种扰流元件的径向与轴向的反复扰流作用、以及多级气相进口的设计，达到了气液固三相多维度的混合，从而大大提高了传质与传热效果，以及连续化生产的目的；同时由于管式反应器的反应容积小，大大提高了氢化反应的安全系数。
Description
技术领域
本实用新型属于化工设备技术领域，具体涉及一种专用于连续催化氢化的管式反应器。
背景技术
在医药、农药、染料等化工生产过程中，经常需要催化氢化反应来进行某些官能团的转换。而催化氢化反应往往需要在气-液两相/或气-液-固三相混合体系中进行，众所周知催化氢化也是最绿色的化学反应过程。影响多相反应速率、化学选择性与转化率的关键因素是各相反应物能否瞬时地充分接触、以处于各位点的反应温度能否得以严格的控制。
传统的釜式反应器因存在传质和传热等方面的缺陷，导致反应速率低、和/或反应选择性差，产品收率低并难以提纯。有因生产过程中的持液量大，无形增加了安全风险。
近年来推出的微通道反应器确实给化工行业带来了巨大的改变，但因该反应器的通道太小，造成了有固体参与反应/或生成固体的生产过程无法实现。
CN209138373U公开了一种管式混合反应器，其在液-液、气-液等两相反应取代了一些传统的釜式反应取得了可喜的成效。但是在固体、气体同时存在反应体系中的应用同样出现了传质效果欠佳和压力降过大、反应物停留时间过短等问题。
实用新型内容
本新型实用提供了一种专用于催化氢化的管式反应器，采用了包括气液混合元件和扰流柱的串联连接的多个反应管，既保障了气-液-固三相混合效果，又大大降低了管路压力降；又因能多级串联反应管，根据各种底物的反应活性，可量身定制地满足生产要求。
一种专用于催化氢化的管式反应器，包括保温箱、反应管、连接弯管和温度传感器、压力传感器。所述反应管的数量为两个以上，各反应管通过连接弯管串联连接后固定在保温箱内，各反应管之间、以及反应管与保温箱体之间的空隙填充有保温材料。
优选地，所述管式氢化反应器中至少配置一个气液混合元件；所述气液混合元件置于所在反应管的前端。
所述连接弯管的外径不大于反应管的外径，其开始端采用焊接法与第一根反应管的出口端连接，另一端采用焊接法与下一根反应管的进口端连接；所述连接弯管的内径为2～5mm；所述连接弯管的圆弧度为180度至45度，并在其适当部位安装有温度传感器和/或压力传感器。
优选地，所述管式氢化反应器中配置有扰流柱；所述扰流柱包括横截面为正方形的安装杆、定位套管和多个扰流元件；所述安装杆的横截面的边长为反应管内径的0.2～0.5倍；所述定位套管套在安装杆上、置于各个扰流元件之间，用于各扰流元件的定位；所述定位套管为中空圆柱形短管，其中中空的内孔的横截面为正方形，其边长与安装杆迎合。
在本实用新型的一个实施方案中，用横截面为正方形的安装杆来安装、固定气液混合元件和扰流元件，安装杆的两端分别固定在支撑端板A和支撑端板B的凹槽上，各元件之间采用定位套管来固定间距，支撑端板A和支撑端板B分别置于每根反应管的进口侧与出口侧，并用焊接法与反应管固定密封。
优选地，所述的支撑端板A和支撑端板B的中心部位都开有正方形安装槽；进一步优选地，安装槽的边长等于安装杆的横截面的边长。
优选地，定位套管、气液混合元件和扰流元件的中心部位设置有正方形安装孔；进一步优选地，安装孔的边长等于安装杆的横截面的边长。
优选地，扰流元件采用带溢流边的半球面或弧面结构，安装时其凸面朝向反应管的进口侧，凹面朝向反应管的出口侧；扰流元件的径向直径等同于反应管的内径，以达到扰流元件的外沿与反应管的内壁紧密贴合，溢流边离反应管内壁保留一定的间距；进一步优选地，扰流元件的溢流边离反应管内壁的最大间距为1～5mm，优选地为2～4mm。
优选地，2个相邻扰流元件的溢流边呈90度～180度错位，以使扰流效果达到最佳。
优选地，定位套管的长度与扰流元件的轴向厚度的比值为0.3～0.8:1，进一步优选地为0.4～0.6:1。
优选地，气液混合元件为球形，气液混合元件的直径比反应管内径小1～6mm，进一步优选地小 2～4mm。
在本实用新型的一个优选的技术方案中，可以将反应管设置为2种模式，一种模式(A)的反应管内依次配有至少1个球形气液混合元件和扰流柱，另一种模式(B)的反应管内仅设置有扰流柱。
在本实用新型的一个优选的实施方案中，可以将连接弯管设置为2种模式，一种模式(Ⅰ)的连接弯管是简单的半圆形弯管，一种模式(Ⅱ)的连接弯管上装配有温度传感器和压力传感器。
需要说明的是，上述技术方案中所述的“进口”或者“出口”主要是以物料的一般流向为对照，其中“进口”对应于物料入口，“出口”对应于物料出口。
附图说明
图1为本实用新型的管式氢化反应器的结构示意图。
图2为本实新型用的氢化反应管的结构示意图。
图3为本实用新型的球形气液混合元件的结构示意图。
图4为本实用新型的支撑端板A的结构示意图。
图5为本实用新型的支撑端板B的结构示意图。
图6为本实用新型的扰流元件的结构示意图。
图7为本实用新型的定位套管的结构示意图。
图8为本实用新型的安装杆的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1～图8，进一步说明本实用新型。
一种专用于催化氢化的管式反应器，包括保温箱、反应管、连接弯管和温度传感器、压力传感器。其特征在于，反应管道的数量为两个以上，反应管内设置有气液混合元件和扰流柱，每根反应管的外层设置有冷媒或热媒的夹层；连接弯管用于串联相邻的两根反应管；温度传感器和压力传感器设置在需要的连接弯管上；前述的反应管置于保温箱内，并在保温箱体内的空隙部分填充了保温材料。
在首根反应管的前端侧，依次设置有1～2个的反应物料的进口和1个催化剂的进口、1个氢气的进口；每根反应管都有1个出口，用连接弯管与相邻的下一根反应管连接；最后一个反应管的出口直接与后处理装置连接；根据需要，在中间的一些反应管的进口端设置有氢气进口。
作为整体的反应器，其反应管的数量是根据具体反应所需要的停留时间而定。
所述扰流柱包括横截面为正方形的安装杆、定位套管和多个扰流元件；所述安装杆的横截面的边长为反应管内径的0.2～0.5倍；所述定位套管套在安装杆上、置于各个扰流元件之间，用于各扰流元件的定位；所述定位套管为中空圆柱形短管，其中中空的内孔的横截面为正方形，其边长与安装杆迎合。多个扰流元件顺次安装在横截面为方形的安装杆上，每2个相邻的扰流元件的导流缺边90度～180度错位安装；扰流元件是一个中间带有安装方孔的缺边球面体，缺边部位用作反应料液的导流槽。
气液混合元件设置在首根反应管和其他有必要的反应管的进口端，其使用数量根据管道压力降和氢气的消耗量而定，也就是管道压力降越高、和/或氢气消耗量越大，所需的球形气液混合元件越多；气液混合元件是一个直径比反应管道内径小1～6mm、带有氢气进气管、氢气进气通道和出气通道的球形元件；氢气进气通道与出气通道在球体内部联通。所述氢气进气管的一端以丝口连接方式与氢气进气通道连接，另一端通过反应管的氢气进口延伸至保温箱外，其与反应管相交部位采用焊接法固定密封；所述进气管的内径为1～3mm；所述出气通道的出气孔与安装孔成10～80度夹角，出气孔的内径为0.2～0.5mm。
作为一种实施方式，在实际安装时，先将安装杆的一端插入支撑端板A的中间安装方孔中，并用点焊固定，再依次从安装杆的另一端穿入一个气液混合元件、1个定位套管、1个扰流元件、1个定位套管、 1个扰流元件，以此类推，直至扰流元件填满整个反应管道的内腔。其中，所述扰流元件的数量根据反应管道的实际长度而定。然后，将上面组装好的组件插入反应管内，安装杆的另一端在反应管的出口处插入支撑端板B的中间方形安装槽中。最后，支撑端板A和支撑端板B与反应管的两端的管壁紧密接触，并用焊接法密封固定。再将多根反应管排列整齐，连接好相邻两根反应管道的夹套的进口与出口，以达到多根反应管串联的目的。然后用连接弯管连接相邻的反应管的出口与进口，以达到串联的目的，再安装温度传感器和压力传感器。然后，将上述组装的反应管组安装固定在保温箱内，将前端和末端的反应管的进口与出口、夹套冷热媒的出口与进口、以及氢气进口管，延伸至保温箱体外，并将温度传感器和压力传感器的信号线引至保温箱体外。最后，向保温箱体内填充合适的保温材料。
需要说明的是，上述技术方案中，所述的“进口”或者“出口”主要是以物料的一般流向为对照，其中“进口”对应于物料的进口，“出口”对应于物料的出口。
Claims (10)
1.一种专用于催化氢化的管式反应器，包括保温箱、反应管、连接弯管和温度传感器、压力传感器，其特征在于，所述反应管的数量为两个以上，所述保温箱置于最外层，反应管安装、固定在所述保温箱的内部，所述温度传感器与压力传感器设置在连接弯管上；所述反应管由连接弯管串联连接。
2.根据权利要求1所述的一种专用于催化氢化的管式反应器，其特征在于，所述反应管包括2～3个反应物料和催化剂的进口、1个氢气进口、1个反应液出口、置于反应管两端的支撑端板A和支撑端板B、以及置于反应管内的气液混合元件、扰流柱；所述反应管内部各元件的安装顺序，从进口端到出口端依次为支撑端板A、气液混合元件、扰流柱和支撑端板B；所述反应管的外层设有夹层，夹层内设有导流螺旋板。
3.根据权利要求2所述的一种专用于催化氢化的管式反应器，其特征在于，所述扰流柱包括横截面为正方形的安装杆、定位套管和多个扰流元件；所述安装杆的横截面的边长为反应管内径的0.2～0.5倍；所述定位套管套在安装杆上、置于各个扰流元件之间，用于各扰流元件的定位；所述定位套管为中空圆柱形短管，其中中空的内孔的横截面为正方形，其边长与安装杆迎合；所述扰流柱上两个相邻扰流元件的安装方向保持90～180度错位。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的一种专用于催化氢化的管式反应器，其特征在于，所述连接弯管的外径不大于反应管的外径，其开始端采用焊接法与第一根反应管的出口端连接，另一端采用焊接法与下一根反应管的进口端连接；所述连接弯管的内径为2～5mm；所述连接弯管的圆弧度为180度至45度，并在其适当部位安装有温度传感器和/或压力传感器。
5.根据权利要求3所述的一种专用于催化氢化的管式反应器，其特征在于，所述扰流元件是带溢流边的球面体结构，其中心位置开有一个正方形安装孔；所述带溢流边的半球面体结构的内球面和外球面的弧度为180度～45度；所述溢流边与管道内壁的间距为1～5mm；所述方形安装孔的边长与安装杆迎合。
6.根据权利要求2所述的一种专用于催化氢化的管式反应器，其特征在于，所述气液混合元件包括球体、氢气进气管；所述球体的中心轴开有方形安装孔，安装孔的边长与安装杆迎合；所述球体与安装孔成90度的一侧开有氢气进气通道，并在球体内与出气通道相通；所述球体的外径与反应管内径差为-1～-6mm；所述氢气进气管的一端以丝口连接方式与氢气进气通道连接，另一端通过反应管的氢气进口延伸至保温箱外；所述进气管的内径为1～3mm；所述出气通道的出气孔与安装孔成10～80度夹角，出气孔的内径为0.2～0.5mm。
7.根据权利要求2所述的一种专用于催化氢化的管式反应器，其特征在于，所述支撑端板A与反应管的进口端采用焊接固定，直径等于反应管外径、厚度为3～5mm；所述支撑端板A上的中心开有一个正方形的安装槽，板面上开有多个导流孔。
8.根据权利要求2所述的一种专用于催化氢化的管式反应器，其特征在于，所述支撑端板B包括板体、3条支腿和固定座，与反应管的出口端采用焊接法连接，直径等于反应管外径、厚度为3～5mm；所述支撑端板B上的固定座中间开有正方形安装槽；所述支撑端板B上板体的中心开有导流圆孔。
9.根据权利要求1或权利要求2所述的一种专用于催化氢化的管式反应器，其特征在于，所述反应管置于保温箱体内；所述保温箱体内部的空隙可用液体或固体填充物填充，以达到保温、二次防爆的效果。
10.根据权利要求2所述的一种专用于催化氢化的管式反应器，其特征在于，所述反应管夹层与反应管外壁的间距为2～10mm；所述反应管夹层与反应管外壁之间设有导流配件；所述反应管夹层的冷热媒的进出口以串联，或分组串联的方式连接；所述冷热媒的进出口的起始口和终端口都延伸至保温箱外。
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