一种新型组合式换热装置的制作方法

本实用新型涉及一种化工催化热量高效循环利用系统，具体的说，涉及一种新型组合式换热装置，属于化工催化技术领域。

背景技术：

随着化工行业各产品的规模不断扩大，供大于求的局面势必会淘汰一部分产能，那么控制新建或改建装置的生产成本，寻找一种成本低、投资少、安全环保、性能可靠的工艺装置是必然的。降低物料消耗、节能减排、最大化回收热量、设备一体化等都是降低生产成本与安全风险的方法。常规的工艺设备中反应物混合、反应物预热或预冷、催化反应器、余热回收、换热器等都是单独的设备，这种设备繁多，投资大、安全风险高、物料消耗高等都是常规设计的弊端。

文献cn201010217347.3公开了一种甲醇低压羰基化合成醋酸用反应设备，采用外部循环撤热的方式移除反应生成热，从反应器底部抽出一股循环物料，通过循环泵送到换热器冷却后再循环回反应器。由此可见，外部循环移除反应生成热至少需要一个换热器和至少一台循环泵。该过程需要消耗大量的电能用于外部循环，设备成本较大。同时，下部催化反应换热段又相当于化学催化反应器。

综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种新型组合式换热装置，可以实现催化反应设备一体化，使设备具有多种功能，从而实现了高效生产；同时减少了设备的投入，降低了物料消耗和生产成本，也提高了生产的安全性；还可以提高换热效率同时实现了催化反应热量的高效循环利用，提高热量利用率并响应了节能减排政策；本实用新型设备简单，设计合理，具有较好的市场应用前景。

为解决以上技术问题，本实用新型采用以下技术方案：一种新型组合式换热装置，包括上部混合换热段、中部缓冲段、下部催化反应换热段和壳程循环管段；

所述上部混合换热段包括上封头、上列管和上壳体；所述上封头的顶部连通设置有管程反应物入口管，所述管程反应物入口管的底端设置有喷射器；所述上列管呈菱形分布在上壳体内腔中；上列管内设置有螺旋翅片轴；所述螺旋翅片轴为螺旋柱体结构，所述螺旋翅片轴的螺距由上至下逐渐增大；

所述下部催化反应换热段包括下封头、下壳体和星型翅片列管；所述星型翅片列管呈菱形分布在下壳体内；所述星型翅片列管的外壁上沿圆周均匀设置有4-8片薄钢板；所述星型翅片列管内装有固体催化剂；所述固体催化剂为球型或不规则形状；所述星型翅片列管的出口端可拆卸固定设置有筛板；

所述中部缓冲段包括伞型分布器；所述伞型分布器上均匀分布孔型结构；所述伞型分布器从上至下间隔设置有圆环形挡板；

所述壳程循环管段将上壳体和下壳体的内腔相连通；所述在壳程循环管段与下壳体连接处设置流体止回板；

进一步的，所述上列管的数量为多根；所述上列管为圆管或者无缝钢管；所述上列管的上端固定设置在固定板上；所述上列管的下端固定设置在固定挡板上；

进一步的，所述下封头的底部中心位置设置有管程产物出口管；所述下壳体的下部还设置有壳程补充入口管；

进一步的，所述星型翅片列管数量为多根，所述星型翅片列管的下端固定设置在固定板上；所述星型翅片列管的上端通过半圆形承压板固定；

进一步的，所述筛板用于承托固体催化剂；所述筛板为5目~40目的不锈钢丝网或孔型钢板；所述筛板为弧形结构；

进一步的，所述上封头和上壳体之间、下封头和下壳体之间、下壳体与上壳体之间均为可拆卸固定连接，其连接形式为沟槽式连接或者法兰螺栓连接中的任意一种；

进一步的，所述壳程循环管段的数量为1-15根；所述壳程循环管段沿圆周均匀分布；所述壳程循环管段的两端分别与上壳体的上端和下壳体的下端可拆卸连接，其连接方式为卡套式连接或者法兰连接；

进一步的，所述螺旋翅片轴可拆卸固定在上列管内，其固定形式为螺栓或者卡箍固定；

进一步的，所述新型组合式换热装置的管程反应物为液相或气-液两相；壳程流体为液相、气相或气-液两相中的任意一种；

本实用新型采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：

1、本实用新型使原有的各个单独的设备一体化，使设备具有多种功能，反应物直接进入一个装置出来后就是反应产物，实现了高效生产；

2、本装置下部的催化反应热量从设备内部直接流入上部混合换热区，交换热量后再回到下部催化反应换热段，实现了催化反应热量的高效循环利用，提高热量利用率并响应了节能减排政策；

3、本装置上部换热管中加入了螺旋翅片，增加了管程物料的停留时间，提高了换热效率，较传统的列管换热器换热效果要好，同时，又具有两种及两种以上物质均匀混合的作用，而不是具有单一的功能性；

4、该装置减少了设备的投入，降低了物料消耗和生产成本，也提高了生产的安全性；

总之，本实用新型设备简单，设计合理，具有较好的市场应用前景。

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

附图说明

图1是实施例1的内部结构正视图；（图中箭头方向表示流体的运动方向）

图2是本实用新型的内部结构俯视图；

图3是星型翅片列管的截面图；

图4是螺旋翅片轴结构示意图；

图5是实施例2的内部结构示意图；

图中，

1-上封头，2-上列管，3-上壳体，4-螺旋翅片轴，5-固定挡板，6-伞型分布器，7-星型翅片列管，8-下壳体，9-壳程补充入口管，10-筛板，11-管程反应物入口管，12-喷射器，13-壳程循环管段，14-流体止回板，15-下封头，16-管程产物出口管，17-半圆形承压板，18-固体催化剂，19-固定板。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

实施例1一种新型组合式换热装置

如图1-4所示，本实用新型提供一种新型组合式换热装置，包括上部混合换热段、中部缓冲段、下部催化反应换热段和壳程循环管段13；

所述上部混合换热段包括上封头1、上列管2和上壳体3；所述上封头1为椭圆形结构；所述上壳体3为筒体；所述上封头1和上壳体3之间为可拆卸固定连接，其连接形式为沟槽式连接或者法兰螺栓连接中的任意一种；

所述上封头1的顶部连通设置有管程反应物入口管11，所述管程反应物入口管11的底端设置有喷射器12；所述喷射器12为文丘里喷嘴或者螺旋喷头；

所述上列管2的数量为多根；所述上列管2呈菱形分布在上壳体3内腔中；所述上列管2为圆管或者无缝钢管；所述上列管2的上端固定设置在固定板19上，并与固定板19上的圆孔相连通，以形成反应物流通通道；所述固定板19固定设置在上壳体3上端口内；所述固定板19上设有固定上列管2的圆孔；所述上列管2的下端固定设置在固定挡板5上，并与固定挡板5上的圆孔相连通，以形成反应物流通通道；所述固定挡板5为用于承托上列管2，固定挡板5为带有多个圆孔的钢板；

所述下部催化反应换热段包括下封头15、下壳体8和星型翅片列管7；所述下封头15为椭圆形结构；所述下壳体8为筒体；所述下封头15和下壳体8之间为可拆卸固定连接，其连接形式为沟槽式连接或者法兰螺栓连接中的任意一种；所述下壳体8与上壳体3之间为可拆卸固定连接，其连接形式为沟槽式连接或者法兰螺栓连接中的任意一种；

所述下封头15的底部中心位置设置有管程产物出口管16；

所述下壳体8的下部还设置有壳程补充入口管9，所述壳程补充入口管9用于壳程流体的补入；

所述星型翅片列管7设置在下壳体8内，所述星型翅片列管7数量为多根，所述星型翅片列管7呈菱形分布；所述星型翅片列管7的下端固定设置在固定板19上，并与固定板19上的圆孔相连通，以形成反应物流通通道；所述星型翅片列管7的上端通过半圆形承压板17固定，并与半圆形承压板17上的圆孔相连通，以形成反应物流通通道；

所述星型翅片列管7的外壁上沿圆周均匀设置有4-8片薄钢板，可以加大换热面积；

所述星型翅片列管7内装有固体催化剂18；所述固体催化剂18为球型或不规则形状；

所述星型翅片列管7的出口端可拆卸固定设置有筛板10；所述筛板10用于承托固体催化剂18；所述筛板10为5目~40目的不锈钢丝网或孔型钢板；所述筛板10为弧形结构；

所述中部缓冲段设置在下壳体8内腔的上部；所述中部缓冲段包括伞型分布器6，所述伞型分布器6为圆锥型，伞型分布器6的大头向下；所述伞型分布器6上均匀分布孔型结构，能够让混合物均匀流下；所述伞型分布器6从上至下间隔设置有圆环形挡板，圆环形挡板可以阻隔部分流体，使混合物均匀流下，并且延长了停留时间，混合物在中部缓冲段进行进一步混合均匀；

所述伞型分布器6设置在固定挡板5和半圆形承压板17之间形成的空腔内；

所述壳程循环管段13将上壳体3和下壳体8的内腔相连通；所述壳程循环管段13的两端分别与上壳体3的上端和下壳体8的下端可拆卸连接，其连接方式为卡套式连接或者法兰连接；

所述壳程循环管段13的数量为1-15根，优选4-10根；所述壳程循环管段13沿圆周均匀分布；

所述新型组合式换热装置的管程反应物为液相或气-液两相；壳程流体为液相、气相或气-液两相中的任意一种；

实施例2一种新型组合式换热装置

如图5所示，实施例2中所述新型组合式换热装置与实施例1所述新型组合式换热装置不同在于：在实施例1的基础上，上部混合换热段中的上列管2内设置有螺旋翅片轴4；所述螺旋翅片轴4为螺旋柱体结构，所述螺旋翅片轴4的螺距由上至下逐渐增大；所述螺旋翅片轴4可拆卸固定在上列管2内，其固定形式为螺栓或者卡箍固定；所述螺旋翅片轴4一端固定或者两端均固定在上列管2内；

所述在壳程循环管段13与下壳体8连接处设置流体止回板14；所述流体止回板14为圆形钢板；所述流体止回板14内侧设有密封圈，并且圆形钢板略大于壳程循环管段13管径；所述流体止回板14通过可旋转的轴开启和闭合；

本实用新型的工作原理：

使用时，两种及两种以上的反应物从管程反应物入口管11经喷射器12喷射流入上列管2内，在上列管2内与经过上壳体3内的流体交换热量，使反应物预热；然后进入伞型分布器6，使反应混合物均匀混合；然后在装有固体催化剂18的星型翅片列管7内进行化学反应；同时反应产生的热量与下壳体8内的流体进行热量交换；最后反应产物从管程产物出口管16流出；而交换热量后的下壳体8内的流体流入上壳体3内再次热量交换，通过壳程循环管段13返回到下壳体8内，形成一种热量循环利用的状态；另外，壳程补充入口管9将作为壳程流体的补入口。

实施例2中通过在上列管2内设置螺旋翅片轴4，一方面延长混合物的停留时间及间接增大了换热面积；另一方面螺旋翅片轴使得混合物按螺旋形式流动，改变了流动形态，以紊流形式使物质混合，使反应物能够充分的混合，并且实现了与上壳体流体更加高效的热量交换；

实施例2中流体止回板14的设置使流体以“只进不出”的单向流动方式从下壳体8流向上壳体3，再由上壳体3经壳程循环管段13流回下壳体8，避免下壳体8内的流体直接流入壳程循环管段13内，或在壳程循环管段13内形成死液；

本实用新型可以实现催化反应设备一体化，使设备具有多种功能，从而实现了高效生产；同时减少了设备的投入，降低了物料消耗和生产成本，也提高了生产的安全性；还可以提高换热效率同时实现了催化反应热量的高效循环利用，提高热量利用率并响应了节能减排政策；本实用新型设备简单，设计合理，具有较好的市场应用前景。

以上所述为本实用新型最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本实用新型的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本实用新型的技术启示而进行的等效变换，也在本实用新型的保护范围之内。