一种列管换热式等温反应器的制作方法

1.本实用新型涉及换热器技术领域，具体涉及一种列管换热式等温反应器。


背景技术：

2.列管式换热器在生物化工领域应用广泛。此类反应器内，热交换介质在反应器中的主流动方向是垂直于反应器内管束的方向，即径向流动。由于反应气体进入反应器的温度约为100-250c
°
之间，而换热介质温度约为 300-500c
°
。因此，当换热介质流被引入到反应器内时，沿着管板表面径向流动的部分流体将被反应气体冷却，形成冷流。冷流会导致反应器内产生温度差，扰乱换热介质在反应器内的换热及温度场的均匀性，形成不可接受的较大的温度差。这种不均匀的温度场和温差对化学反应产生诸多不利影响，包括化学反应转化率，选择性，产量。
3.在生物化工领域，对反应物的等温反应温度要求非常高，例如：氨基酸的制备，温差变化会严重影响反应物的成品质量。
4.有鉴于此，需要对现有的列管换热式等温反应器进行改进，以避免反应器内出现不理想的甚至不可接受的局部过热或过冷现象，提高换热及温度场的均匀性。


技术实现要素：

5.针对上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种列管换热式等温反应器，以解决现有技术温度场不均匀和温差对化学反应产生诸多不利影响的问题。
6.为此，本实用新型提供的列管换热式等温反应器，包括壳体以及设置在所述壳体上下两端的上管板和下管板，所述上管板和所述下管板之间设有多根列管，所述多根列管沿所述壳体的周向呈环形布置，还包括：
7.均温换热介质入口，设置在所述壳体内的下部，所述均温换热介质入口为环形腔体结构，围绕所述列管的外侧布置，且朝向所述列管一侧的侧壁上均密布设置第一通孔；
8.均温换热介质出口，设置在所述壳体内的上部，所述均温换热介质出口为环形腔体结构，围绕所述列管的外侧布置，且朝向所述列管一侧的侧壁上均密布设置第二通孔；
9.中心导流管装置，设置在所述壳体的中心处，所述多根列管布置在所述中心导流管装置的外侧，所述中心导流管装置下部均布设有第三通孔，上部均布设有第四通孔；所述壳体外部设有循环泵，用于将所述壳体外的换热介质从所述第一通孔压入所述壳体的内腔，并且部分换热介质通过所述第三通孔，输送至所述第四通孔流出。
10.在上述技术方案中，优选地，所述壳体的内腔中自下而上间隔地设有多块横隔板，所述横隔板包括第一横隔板和第二横隔板，所述第一横隔板和所述第二横隔板均为环形板，且相间设置，其中所述第一横隔板的外缘与所述壳体的内壁固定，所述第一横隔板的内孔与所述中心管的外壁之间设有第一间隙；所述第二横隔板的内孔与所述中心管的外壁固定，所述第二横隔板的外缘与所述壳体的内壁之间设有第二间隙。
11.在上述技术方案中，优选地，所述中心导流管装置包括中空的下导流腔和中空的
上导流腔，所述下导流腔和所述上导流腔之间通过中心管连通。
12.在上述技术方案中，优选地，所述列管沿所述壳体的径向布置多层。
13.在上述技术方案中，优选地，所述下导流腔为圆柱形壳体。
14.在上述技术方案中，优选地，所述下导流腔为上小下大的圆锥台形壳体。
15.在上述技术方案中，优选地，所述下导流腔的下部为圆柱形壳体，上部为上小下大的圆锥台形壳体。
16.在上述技术方案中，优选地，所述上导流腔为圆柱形壳体。
17.在上述技术方案中，优选地，所述上导流腔为上大下小的圆锥台形壳体。
18.在上述技术方案中，优选地，所述上导流腔的上部为圆柱形壳体，下部为上大下小的圆锥台形壳体。
19.由上述技术方案可知，本实用新型提供的列管换热式等温反应器，解决了现有技术反应器内的温度场的不均匀，形成不可接受的较大的温度差的问题。与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
20.在反应器壳体的中心处设置中心导流管装置，将换热介质入口处经热交换后温度变化的换热介质，通过中心导流管装置吸入并沿中心导流管向上输送至顶部流出，减少了温度变化的换热介质对列管内反应物的影响，保证反应物在均温下进行反应。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本实用新型实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做出简单地介绍和说明。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的部分实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本实用新型提供的一种列管换热式等温反应器的示意图；
23.图2为图1中的a-a剖视图；
24.图3为本实用新型中的中心导流管装置实施例一的示意图；
25.图4为本实用新型中的中心导流管装置实施例二的示意图；
26.图5为本实用新型中的中心导流管装置实施例三的示意图；
27.图6为本实用新型中的中心导流管装置实施例四的示意图；
28.图7为本实用新型中的中心导流管装置实施例五的示意图；
29.图8为本实用新型中的中心导流管装置实施例六的示意图；
30.图9为本实用新型中的中心导流管装置实施例七的示意图；
31.图10为本实用新型中的中心导流管装置实施例八的示意图；
32.图11为本实用新型中的中心导流管装置实施例九的示意图。
33.图1-图11中，零部件的对应关系如下：
34.壳体10，列管20，中心导流管装置30，均温换热介质入口40，均温换热介质出口50；
35.上管板11，下管板12，第一横隔板13，第二横隔板14；
36.下导流腔31，上导流腔32，中心管33。
具体实施方式
37.下面将结合本实用新型实施例附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，以下所描述的实施例，仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
38.本实用新型的实现原理是：
39.通过反应器壳体的中心处的中心导流管装置，将换热介质入口处经热交换后温度变化的换热介质，吸入并沿中心导流管向上输送，使得这些温度变化的换热介质不再与列管进行热交换，减少了对反应物的影响，保证反应物在均温下进行反应。
40.为了对本实用新型的技术方案和实现方式做出更清楚地解释和说明，以下介绍实现本实用新型技术方案的几个优选的具体实施例。
41.需要说明的是，本文中“内、外”、“前、后”及“左、右”等方位词是以产品使用状态为基准对象进行的表述，显然，相应方位词的使用对本方案的保护范围并非构成限制。
42.请参见图1和图2，图1为本实用新型提供的一种列管换热式等温反应器的示意图，图2为列管换热式等温反应器的一种内部结构示意图。
43.如图1、图2所示，本实用新型提供的一种列管换热式等温反应器，包括壳体10以及设置在壳体10上、下两端的上管板11和下管板12，通过上管板11和下管板12将壳体10的上、下两端封闭。
44.上管板11和下管板12之间设有多根列管20，壳体10的几何中心设置有中心导流管装置30，多根列管20与中心导流管装置30平行，如本实施例立式结构中，列管20与中心导流管装置30均竖直设置。多根列管20沿壳体10的周向呈环形布置在中心导流管装置30的外侧，列管20可以沿壳体10的径向布置为多层。
45.壳体10内的下部和上部分别设有均温换热介质入口40和均温换热介质出口50，均温换热介质入口40和均温换热介质出口50均为环形腔体结构，均温换热介质入口40和均温换热介质出口50分别围绕列管20的外侧布置。均温换热介质入口40朝向列管20一侧的侧壁上均密布设置第一通孔，均温换热介质出口50朝向列管20一侧的侧壁上均密布设置第二通孔。
46.壳体10的外部设有循环泵，均温换热介质入口40和均温换热介质出口50与循环泵连接，构成换热介质循环系统，持续向壳体10内部提供均温换热介质。
47.如图2所示，中心导流管装置30包括中空的下导流腔31和中空的上导流腔32，下导流腔31和上导流腔32之间通过中心管33连通。
48.下导流腔31的外侧面上均布设有第三通孔，上导流腔32的外侧面上均布设有第四通孔，下导流腔31的底部与下管板12连接，上导流腔32的顶部与上管板11连接。通过中心导流管装置30将壳体10内下部的换热介质从下导流腔31上的第三通孔吸入，通过中心管33输送到上导流腔32内，并从第四通孔流出，不断循环。
49.反应物从列管20的一端输入，从另一端输出。例如：反应物从列管20 的下端输入，从上端输出。换热介质从均温换热介质入口40进入壳体10 的内腔，对列管20进行热交换，由于换热介质从均温换热介质入口40的环形腔内呈辐射状流向列管20，因此，可以保证各列管20的温度基本相同，形成均匀的温度场，不会产生温度差。
50.均温换热介质入口40处的换热介质与列管20发生热交换后，换热介质的温度会发生微小变化，此时，该温度发生变化的换热介质会被中心导流管装置30从下导流腔31上的第三通孔吸入，沿中心管33上升，期间受壳体10内的换热介质的热交换而达成一致温度，最后由上导流腔32上的第四通孔流出。
51.这样，均温换热介质入口40处的温度变化的换热介质，会被中心导流管装置30吸入并沿中心管33向上流动，逐步进行热交换并达到与反应器内换热介质温度一致，该部分换热介质不会参与列管20的热交换，因而最大限度地保证了列管20内反应温度的一致性，在列管20范围内形成均匀的温度场，壳体10内下部从外周到中心的温度差不会继续影响到列管20 上部，列管20内的反应物始终在均温下进行反应，保证了化学反应的正常进行，例如一致的转化率和产量等。
52.本实施例中，壳体10的内腔中自下而上间隔地设有多块横隔板，横隔板包括第一横隔板13和第二横隔板14，第一横隔板13和第二横隔板14均为环形板，且相间设置，其中第一横隔板13的外缘与壳体10的内壁固定，第一横隔板13的内孔与中心管33的外壁之间设有第一间隙；第二横隔板 14的内孔与中心管33的外壁固定，第二横隔板14的外缘与壳体10的内壁之间设有第二间隙。通过多块相间设置的第一横隔板13和第二横隔板14，使得换热介质在壳体10的内腔形成蛇形流动形式，如图1中箭头所示的换热介质流动方向。其中，实线表示换热介质在壳体10内的流动方向，虚线表示换热介质从均温换热介质入口进入后，与列管20下端产生热交换，产生了温度变化，通过中心导流管装置30导流的流动方向。
53.在本实施例中，均温换热介质入口40设置在壳体10的下部，均温换热介质出口50设置在壳体10的上部，显然，也可以将均温换热介质入口 40设置在壳体10的上部，将均温换热介质出口50设置在壳体10的下部，此时，中心导流管装置30从上部的第四通孔导入温度发生的改变的换热介质，并输送至下部的第三通孔流出。
54.中心导流管装置30的下导流腔31和上导流腔32可以采用多种不同形式的结构，如图3-图8所示。
55.图3所示的中心导流管装置结构中，下导流腔31的下部为圆柱形壳体，上部为上小下大的圆锥台形壳体，圆柱形壳体和圆锥台形壳体的外侧面上均设有第三通孔，上下端面为平板，不设第三通孔。上导流腔32的上部为圆柱形壳体，下部为上大下小的圆锥台形壳体，圆柱形壳体和圆锥台形壳体的外侧面上均设有第四通孔，上下端面为平板，不设第四通孔。
56.图4所示的中心导流管装置结构中，下导流腔31为上小下大的圆锥台形壳体，圆锥台形壳体的外侧面上均设有第三通孔，下端面为平板，不设第三通孔。上导流腔32的上部为圆柱形壳体，下部为上大下小的圆锥台形壳体，圆柱形壳体和圆锥台形壳体的外侧面上均设有第四通孔，上下端面为平板，不设第四通孔。
57.图5所示的中心导流管装置结构中，下导流腔31为圆柱形壳体，圆柱形壳体的外侧面上设有第三通孔，上下端面为平板，不设第三通孔。上导流腔32的上部为圆柱形壳体，下部为上大下小的圆锥台形壳体，圆柱形壳体和圆锥台形壳体的外侧面上均设有第四通孔，上下端面为平板，不设第四通孔。
58.图6所示的中心导流管装置结构中，下导流腔31的下部为圆柱形壳体，上部为上小下大的圆锥台形壳体，圆柱形壳体和圆锥台形壳体的外侧面上均设有第三通孔，上下端面
为平板，不设第三通孔。上导流腔32为上大下小的圆锥台形壳体，圆锥台形壳体的外侧面上设有第四通孔，下端面为平板，不设第四通孔。
59.图7所示的中心导流管装置结构中，下导流腔31的下部为圆柱形壳体，上部为上小下大的圆锥台形壳体，圆柱形壳体和圆锥台形壳体的外侧面上均设有第三通孔，上下端面为平板，不设第三通孔。上导流腔32为圆柱形壳体，圆柱形壳体的外侧面上设有第四通孔，上下端面为平板，不设第四通孔。
60.图8所示的中心导流管装置结构中，下导流腔31为圆柱形壳体，圆柱形壳体的外侧面上设有第三通孔，上下端面为平板，不设第三通孔。上导流腔32为圆柱形壳体，圆柱形壳体的外侧面上设有第四通孔，上下端面为平板，不设第四通孔。
61.图9所示的中心导流管装置结构中，下导流腔31为上小下大的圆锥台形壳体，圆锥台形壳体的外侧面上设有第三通孔，下端面为平板，不设第三通孔。上导流腔32为上大下小的圆锥台形壳体，圆锥台形壳体的外侧面上设有第四通孔，上下端面为平板，不设第四通孔。
62.图10所示的中心导流管装置结构中，下导流腔31为圆柱形壳体，圆柱形壳体的外侧面上设有第三通孔，上下端面为平板，不设第三通孔。上导流腔32为上大下小的圆锥台形壳体，圆锥台形壳体的外侧面上设有第四通孔，上下端面为平板，不设第四通孔。
63.图11所示的中心导流管装置结构中，下导流腔31为圆柱形壳体，圆柱形壳体的外侧面上设有第三通孔，上下端面为平板，不设第三通孔。上导流腔32为上大下小的圆锥台形壳体，圆锥台形壳体的外侧面上设有第四通孔，上下端面为平板，不设第四通孔。
64.在本技术中，中心管33可以采用一根直管，对于长度较长的中心管，也可以采用分段组装的结构实现。
65.综合以上具体实施例的描述，本实用新型提供的列管换热式等温反应器，与现有技术相比，具有如下优点：
66.第一，在反应器壳体的中心处设置中心导流管装置，将换热介质入口处经热交换后温度变化的换热介质，通过中心导流管装置吸入并沿中心导流管向上输送至顶部流出，减少了温度变化的换热介质对列管内反应物的影响，保证反应物地均温下进行反应。
67.第二，换热介质的入口和出口均具有环形腔，通过环形腔上密布设置的第一通孔，沿周向向全部的列管提供热交换介质，使全部列管接触的换热介质温度相同，实现了均温。
68.最后，还需要说明的是，在本文中使用的术语"包括"、"包含"或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个
…
"限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
69.本实用新型并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本实用新型的启示下做出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。