CN213254347U - 一种带有导流的列管式反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种带有导流的列管式反应器，所述列管式反应器通过在壳体的换热区内设置导流装置，并在所述壳体出料区的一侧设置第一换热介质入口管，不仅能够使换热介质按特定方向流动，提高换热效果，而且能够在管板下方增加物料的换热，强化物料出口处的换热，所述列管式换热器结构简单且应用前景广阔。

Description

一种带有导流的列管式反应器

技术领域

本实用新型涉及化工设备技术领域，尤其涉及一种带有导流的列管式反应器。

背景技术

在化工生产和石油工业中，经常使用列管式反应器作为催化反应的反应装置。

列管式反应器具有如下优点：①物料无返混；②流体与催化剂可以获得良好的接触；③可以减少副反应发生，有较高的选择性；④催化剂机械损耗小；⑤结构简单。但固定床反应器也存在如下缺点：①传热差，反应放热量很大时，很可能出现飞温；②操作过程中催化剂不能更换。

工业生产中，常常使用列管式反应器，用于对于强放热反应。其结构与管壳式换热器相似，由管束、壳体、两端封头等组成。应用于气固催化反应时，管程装填催化剂颗粒，并由底部支撑件进行固定，壳程有换热介质流动，与管程进行热量交换，以及时取出反应热，维持管程内催化剂床层反应温度的稳定。

列管式反应器的管程结构灵活，可以是单管、多管并联，也可以是U型管等，与其它形式的固定床反应器相比，具有：①径向传热的距离小，可使反应热及时传到管壁，以准确控制催化剂床层温度；②借鉴成熟的列管式换热器制造技术，工程上易于实现等优点。但存在：①壳程所占设备体积大，导致传热系数小，装置所需的传热面积大；②催化剂床层的空间利用率低，导致反应器体积庞大，设备制作成本高，装置不易大型化等缺点。

但传统的列管式反应器，传热介质在壳程中存在较多的换热死区，换热效果亟需改进。

CN204247174U公开了一种生产乙烯和二甲醚的列管式反应器，列管式反应器的下部设置有下部进料口，下部进料口与分布支撑板连接，分布支撑板与列管式反应器的列管相连通；所述列管式反应器的上部设置有反应物出口，在列管式反应器的顶部设置有上部进料口，上部进料口下方连接分布器；在列管式反应器的底部设置有一个底部反应物出口。该装置最大优点是将乙醇脱水和甲醇脱水的反应器实现合二为一，充分利用了甲醇脱水的发热和乙醇脱水的吸热特点，解决了甲醇与乙醇混合进料反应，产物二甲醚与乙烯分离和进一步利用问题，但该装置并未意识到需要增强换热效果的问题。

CN205269604U公开了一种用于列管式反应器的多相液体分布结构，多相液体分布结构固设于所述列管式反应器的上管板上，包括液体分布组件包括盖帽、套管和圆形档板，液体分布组件上设有液体分配通道，液体分配通道的设置方式是在每组套管外径与反应器列管内径围成的环形区域对应的圆形挡板上均开设若干分配孔或者在所述套管侧壁上周向开设若干分配孔。该列管式反应器主要在液相分布结构上进行了改进，并未涉及换热效果的改进。

CN111013497A公开了一种列管式反应器，其包括：反应器箱体，间隔设置在所述反应器箱体内的多根列管，设置在所述反应器箱体上的热交换介质入口和热交换介质出口，以及位于所述热交换介质入口和热交换介质出口之间的一个或多个折流板，设置在所述反应器箱体的上部的反应器出口，气体进料单元和液体进料单元，以及气体分布器。该装置仍然聚焦于进料的分布和分配情况，并未意识到换热效果的改进。

综上所述，现有技术针对列管式反应器的设计不断有所改进，但主要针对特殊物料聚焦于进料分布和分配，存在普适性差且换热效果不佳等缺点。

因此，需要对现有列管式反应器的结构进行改进，提高换热的效果，确保反应的进行。

实用新型内容

鉴于现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种带有导流的列管式反应器，所述列管式反应器不仅能够使换热介质按特定方向流动，提高换热效果，减少换热死区，而且能够在管板下方增加物料的换热，强化物料出口处的换热，所述列管式换热器结构简单且应用前景广阔。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供一种带有导流的列管式反应器，所述列管式反应器包括壳体和设置于壳体内的列管；所述列管式反应器依次包括进料区、换热区和出料区；所述壳体内的换热区设置有导流装置；在所述壳体出料区的一侧设置有第一换热介质入口管。

本实用新型提供的带有导流的列管式反应器，其中导流装置能够使换热介质按特定方向流动，如螺旋流动，强化换热效果；而在壳体出料区的一侧设置有第一换热介质入口管，在物料物料区增加换热，防止热量在出料区积累或更有利的为物料供热，所述列管式反应器能够较好地控制反应温度，可广泛适用于热量变化较大的反应体系。

本实用新型所述带有导流的列管式反应器的壳体形状采用本领域常用的壳体形状即可，例如可以是：进料区为半圆形或半椭圆形，换热区为长方形，出料区为半圆形或半椭圆形；所述换热区两端设置有管板，用于固定设置列管。

优选地，所述列管的排布方式包括圆形或多边形，例如可以是同心圆排布、三角形排布、正方形排布、长方形排布或正六边形排布等。

本实用新型对所述列管的数量没有特殊限制，根据所述列管式反应器的尺寸而定，例如可以是20根、22根、23根、24根、25根、30根、35根、40根、50根、80根、100根、120根、150根、160根、200根、300根、500根、1200根或1500根等。

优选地，所述导流装置包括导流板。

所述导流板为螺旋型导流板。

本实用新型所述螺旋型导流板能够实现换热介质在壳体内呈螺旋流动，减少局部换热死区，提高换热效率。

优选地，所述列管固定在管板上。

本实用新型所述列管式反应器与本领域其他列管式反应器类似，所述列管设置在管板上，所述管板与所述壳体垂直，当所述壳体为竖向设置时，所述管板水平设置，当所述壳体为水平设置时，所述管板竖向设置。

优选地，所述列管上设置有温度检测装置。

本实用新型通过温度检测装置能够实时检测反应的温度，实现较好的温度控制。

所述螺旋型导流板与管板呈α的夹角。

优选地，所述α为1°～60°，例如可以是1°、2°、5°、10°、12°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、42°、45°、50°、55°或60°等，优选为20°～45°。

优选地，所述螺旋型导流板通过固定装置固定在所述壳体内部。

优选地，所述螺旋型导流板围绕所述管板呈螺旋状。

优选地，所述固定装置包括内侧钢板。

优选地，所述固定装置的宽度为1cm～50cm，例如可以是1cm、2cm、3cm、5cm、10cm、15cm、20cm、25cm、30cm、35cm、40cm、45cm或50cm等，优选为10cm～20cm。

优选地，在所述壳体的出料区内设置有与管板形成密封，且与物料出口管相通的密封件。

本实用新型所述密封件可以是封头等装置。

优选地，所述第一换热介质入口管包括与管板平行的第一管道部以及与管板呈β角的第二管道部。

优选地，所述β角的角度与α角相同。

本实用新型将β角的角度与α角设置为平行结构，有利于换热介质在壳体夹套内呈螺旋上升，减少局部积热。

优选地，所述β为1°～60°，例如可以是1°、2°、5°、10°、12°、15°、20°、25°、30°、35°、40°、42°、45°、50°、55°或60°等，优选为20°～45°。

优选地，所述列管内填充有固相催化剂和/或固相填料。

优选地，所述列管两端设置有固相隔离组件。

本实用新型所述固相隔离组件用于阻隔列管中固相催化剂和/或固相填料在反应过程中漏出，其结构可包括弹簧和玻璃微珠。

优选地，在所述壳体换热区靠近出料区的一侧设置有第二换热介质入口管。

优选地，所述第二换热介质入口管的管径比第一换热介质入口管的管径大。

优选地，所述第二换热介质入口管的管径是第一换热介质入口管的管径的1.5～2.5倍，例如可以是1.5倍、1.6倍、1.7倍、1.8倍、1.9倍、2.倍、2.1倍、2.2倍、2.3倍、2.4倍或2.5倍等。

优选地，所述列管式换热器还包括连接第一换热介质入口管和第二换热介质入口管的流量调节装置。

本实用新型设置所述流量调节装置，能够根据实际需要调节两个换热介质入口管的流量，实现更好的换热效果。

优选地，在所述壳体换热区靠近进料区与第二换热介质入口管相对的一侧设置有换热介质出口管。

优选地，在所述壳体进料区与第一换热介质出口管相对的一侧设置有换热介质出口管。

优选地，在所述壳体的进料区一端设置有物料入口管，与所述物料入口管相对的出料区一端设置有物料出口管。

本实用新型对所述列管式反应器的具体尺寸没有特殊限制，可根据实际需要以及物料情况对列管式反应器的尺寸进行选择，其中所述物料入口管与物料出口管的管径优选相同，并根据物料的流量对管径进行选择。

与现有技术相比，本实用新型至少具有以下有益效果：

(1)本实用新型提供的带有导流的列管式反应器增设导流装置，能够让换热介质按照特定方向流动，提高换热效率并减少换热死区；

(2)本实用新型提供的带有导流的列管式反应器在管板下方的出料区增设第一换热介质入口管，通过两个换热介质入口管，强化了对反应器的换热效果；

(3)本实用新型提供的带有导流的列管式反应器能够适用于对换热需求较大的反应体系，应用前景广阔。

附图说明

图1是本实用新型实施例1提供的带有导流的列管式反应器的结构示意图。

图2是本实用新型实施例1提供的带有导流的列管式反应器横截面的结构示意图。

图3是本实用新型实施例2提供的带有导流的列管式反应器的结构示意图。

图4是本实用新型实施例3提供的带有导流的列管式反应器的结构示意图。

图5是本实用新型对比例1提供的带有导流的列管式反应器的结构示意图。

图中：1-壳体；101-进料区；102-换热区；103-出料区；2-列管；3-第二换热介质入口管；4-第二换热介质出口管；5-物料入口管；6-物料出口管；7-管板；8-螺旋型导流板；9-第一换热介质入口管；10-第一换热介质出口管。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

下面对本实用新型进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本实用新型的简易例子，并不代表或限制本实用新型的权利保护范围，本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

一、实施例

实施例1

本实施例提供一种带有导流的列管式反应器，如图1所示，所述列管式反应器包括竖直设置的壳体1和设置于壳体1内的列管2；所述列管式反应器1依次包括进料区101、换热区102和出料区103。

所述列管2设置于管板7之间，所述管板7上设置有与所述列管2相对应的管孔，如图2所示，所述列管2呈正方形分布。

所述壳体1出料区103一侧设置有第一换热介质入口管9；所述壳体1进料区101与所述第一换热介质入口管9相对的一侧设置有第一换热介质出口管10；在所述壳体1换热区102靠近出料区103的一侧设置有第二换热介质出口管4，所述第二换热介质入口管3的管径是第一换热介质入口管9的管径的2倍，在所述壳体1换热区102靠近进料区101与所述第二换热介质入口管3相对的一侧设置有第二换热介质入口管3；所述壳体1换热区102内侧设置有内侧钢板，所述内侧钢板的宽度为20cm，所述内侧钢板上设置有螺旋型导流板8，所述螺旋型导流板8与管板7呈α＝45°角，所述螺旋型导流板8围绕所述列管2呈螺旋状。在所述壳体1的进料区101一端设置有物料入口管5，与所述物料入口管5相对的出料区103一端设置有物料出口管6。在所述壳体1的出料区103内设置有与管板7形成密封，且与物料出口管6相通的密封件，在所述壳体1的进料区101内设置有与管板7形成密封，且与物料入口管5相通的密封件。

所述列管2内设置有固相催化剂，所述列管2两端设置有固相隔离组件，所述隔离组件包括弹簧和玻璃微珠。

实施例2

本实施例提供一种带有导流的列管式反应器，如图3所示，所述列管式反应器包括竖直设置的壳体1和设置于壳体1内的列管2，所述列管式反应器1依次包括进料区101、换热区102和出料区103。

所述列管2设置于管板7之间，所述管板7上设置有与所述列管2相对应的管孔，所述列管2呈同心圆形分布。

所述壳体1出料区103一侧设置有第一换热介质入口管9；在所述壳体1换热区102靠近出料区103的一侧设置有第二换热介质出口管4，所述第二换热介质入口管3的管径是第一换热介质入口管9的管径的1.5倍，在所述壳体1换热区102靠近进料区101与所述第二换热介质入口管3相对的一侧设置有第二换热介质入口管3；所述壳体1换热区102内侧设置有内侧钢板，所述内侧钢板的宽度为13cm，所述内侧钢板上设置有螺旋型导流板8，所述螺旋型导流板8与管板7呈α＝20°角，所述螺旋型导流板8围绕所述列管2呈螺旋状。在所述壳体1的进料区101一端设置有物料入口管5，与所述物料入口管5相对的出料区103一端设置有物料出口管6。在所述壳体1的出料区103内设置有与管板7形成密封，且与物料出口管6相通的密封件。

实施例3

本实施例提供一种带有导流的列管式反应器，如图4所示，所述列管式反应器包括竖直设置的壳体1和设置于壳体1内的列管2；所述列管式反应器1依次包括进料区101、换热区102和出料区103。

所述列管2设置于管板7之间，所述管板7上设置有与所述列管2相对应的管孔，所述列管2呈同心圆形分布。

所述壳体1出料区103一侧设置有第一换热介质入口管9；所述第一换热介质入口管9包括与管板7平行的第一管道部以及与管板7呈β角的第二管道部，所述β为60°，在所述壳体1换热区102靠近出料区103的一侧设置有第二换热介质出口管4，所述第二换热介质入口管3的管径是第一换热介质入口管9的管径的2.5倍，在所述壳体1换热区102靠近进料区101与所述第二换热介质入口管3相对的一侧设置有第二换热介质入口管3；所述壳体1换热区102内侧设置有内侧钢板，所述内侧钢板的宽度为50cm，所述内侧钢板上设置有螺旋型导流板8，所述螺旋型导流板8与管板7呈α＝60°角，所述螺旋型导流板8围绕所述列管2呈螺旋状。在所述壳体1的进料区101一端设置有物料入口管5，与所述物料入口管5相对的出料区103一端设置有物料出口管6。在所述壳体1的出料区103内设置有与管板7形成密封，且与物料出口管6相通的密封件。

所述列管2内设置有固相催化剂，所述列管2两端设置有固相隔离组件，所述隔离组件包括弹簧和玻璃微珠。

实施例4

本实施例提供所述带有导流的列管式反应器除β为20°外，其余均与实施例3相同。

综合实施例3和实施例4可以看出，实施例3中第一换热介质入口管的第二管道部的夹角与导流板的夹角相同，相较于实施例4中二者夹角不同而言，实施例3中能够更好地促进换热介质呈螺旋流动，换热效果比实施例4佳。

实施例5

本实施例提供所述带有导流的列管式反应器，所述列管式反应器除壳体1和列管2为水平设置，整体反应器本身为水平设置外，其余均与实施例1相同。

二、对比例

对比例1

本对比例提供一种列管式反应器，如图5所示，所述列管式反应器包括竖直设置的壳体1和设置于壳体1内的列管2；所述列管式反应器1依次包括进料区101、换热区102和出料区103。

所述列管2设置于管板7之间，所述管板7上设置有与所述列管2相对应的管孔，所述列管2呈正方形分布。

在所述壳体1换热区102靠近出料区103的一侧设置有第二换热介质出口管4，在所述壳体1换热区102靠近进料区101与所述第二换热介质入口管3相对的一侧设置有第二换热介质入口管3；在所述壳体1的进料区101一端设置有物料入口管5，与所述物料入口管5相对的出料区103一端设置有物料出口管6。

所述列管2内设置有固相催化剂，所述列管2两端设置有固相隔离组件，所述隔离组件包括弹簧和玻璃微珠。

三、测试及结果

选用实施例1和对比例1进行对比，其中壳体直径均为0.8m，高度为10m，列管直径为5cm，列管根数为36根，在列管中选取6根安装温度计探管，其中每根探管上有11个测温点，换热介质温度40℃。

在列管式反应器的列管中进行化学反应，以双氧水与氯丙烯在TS-1为催化剂下，合成环氧氯丙烷为例。反应机理为：以钛硅分子筛为催化剂，甲醇为溶剂氯丙烯直接进行环氧化反应制备环氧氯丙烷。该法以双氧水为氧化剂氧化氯丙烯制备环氧氯丙烷的方法；将钛硅分子筛装填至列管内，将氯丙烯、甲醇和双氧水混合均匀后，在一定的温度下，泵入列管式反应器内进行反应，得到环氧氯丙烷。

实施例1和对比例1的监测结果如表1所示，其中T1～T6代表不同的列管，温度测点编号代表每一根列管上不同的测温点，单位为：(℃)。

表1

从表1可以看出：实施例1中的热量更加均匀，无局部热量过高现象，表明本实用新型提供的带导流的列管式换热器能够更及时的将热量转移出去，并且能够更好地控制反应的温度；而对比例1中容易出现局部温度过高的现象，难以及时将热量转移，换热效果以及对反应温度控制效果比实施例1差，由此表明，本实用新型通过增设导流装置和第一换热介质入口管，提高了换热效率并减少了换热死区，克服了局部热量积累的现象。

综上所述，本实用新型提供的带有导流的列管式反应器通过在壳体的换热区内设置导流装置，并在所述壳体出料区的一侧设置第一换热介质入口管，不仅能够使换热介质按特定方向流动，提高换热效果，而且能够在管板下方增加物料的换热，强化物料出口处的换热，结构简单且应用前景广阔。

申请人声明，本实用新型通过上述实施例来说明本实用新型的详细结构特征，但本实用新型并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本实用新型必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本实用新型的任何改进，对本实用新型所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种带有导流的列管式反应器，其特征在于，所述列管式反应器包括壳体和设置于壳体内的列管；

所述列管式反应器依次包括进料区、换热区和出料区；

所述壳体内的换热区设置有导流装置；

在所述壳体出料区的一侧设置有第一换热介质入口管。

2.根据权利要求1所述的带有导流的列管式反应器，其特征在于，所述导流装置为螺旋型导流板。

3.根据权利要求2所述的带有导流的列管式反应器，其特征在于，所述列管固定在管板上；

所述螺旋型导流板与管板呈α角的夹角。

4.根据权利要求2或3所述的带有导流的列管式反应器，其特征在于，所述螺旋型导流板通过固定装置固定在所述壳体内部。

5.根据权利要求4所述的带有导流的列管式反应器，其特征在于，所述固定装置的宽度为1cm～50cm。

6.根据权利要求1所述的带有导流的列管式反应器，其特征在于，在所述壳体的出料区内设置有与管板形成密封，且与物料出口管相通的密封件。

7.根据权利要求1或6所述的带有导流的列管式反应器，其特征在于，所述第一换热介质入口管包括与管板平行的第一管道部以及与管板呈β角的第二管道部；

所述β角的角度与α角相同。

8.根据权利要求7所述的带有导流的列管式反应器，其特征在于，所述列管两端设置有固相隔离组件。

9.根据权利要求1所述的带有导流的列管式反应器，其特征在于，在所述壳体换热区靠近出料区的一侧设置有第二换热介质入口管；

所述第二换热介质入口管的管径比第一换热介质入口管的管径大。

10.根据权利要求1所述的带有导流的列管式反应器，其特征在于，在所述壳体的进料区一端设置有物料入口管，与所述物料入口管相对的出料区一端设置有物料出口管。

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