一种HPPO新型反应器的制作方法

本实用新型涉及用过氧化氢氧化丙烯制备环氧丙烷的反应器。

背景技术：

环氧丙烷是重要的化工原料,其传统的生产方法有氯醇法、间接氧化法(共氧化法)和异丙苯法，然而此类方法有使用有毒原料、工艺复杂及污染环境等缺点。用过氧化氢氧化丙烯制备环氧丙烷的方法(简称HPPO反应)，其原料为双氧水和丙烯，产物为环氧丙烷和水，溶剂为甲醇，反应过程副产物少、无污染，且后续分离纯化过程简单，因此得到广泛关注。

HPPO反应具有放热量大、反应迅速、温度敏感且冷却水量大的特点。基于不同系列的催化剂，HPPO反应的放热量为700～1400MJ/h/m3,适宜反应温度在30～60℃，所需冷却水量为反应物料流量的10～30倍，冷却水温30～40℃。由于冷却水与反应物料的温差较小，且反应侧物料流速缓慢，传热系数低，因此要求反应器的传热能力强。

专利号为“CN 104841339 A”、申请号为“201510180542.6”、名称为“一种用于合成气制乙二醇工艺的新型加氢反应器”的发明公开了一种用于合成气制乙二醇工艺的新型加氢反应器，该反应器包括反应器外壳、换热板对束、冷却介质分配总管和支管、冷却介质收集总管和支管；所述的反应器外壳底部设有冷却介质入口，顶部设有冷却介质出口，所述的换热板对束一端通过冷却介质分配总管和支管连接反应器外壳的冷却介质入口，另一端通过冷却介质收集总管和支管连接反应器外壳的冷却介质出口。所述的换热板对束由多个换热板对组成，各换热板对内为板程，相邻换热板对之间装填催化剂，为壳程，草酸二甲酯和氢气原料气进入反应器后走壳程，并经催化剂催化反应生成乙二醇，冷却流体走板程，带走反应放出的热量。但是其劣势如下：管壁光滑且直，冷却水侧和反应物料侧皆易形成边界层，传热效率低；由于管心距的限制，不能通过增加水流速达到增加水侧传热系数的目的；因放热量大且温度敏感，因此往往选择较小的管径，造成壁面效应增大，催化剂装填的不均匀性增加。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种传热效率高的反应器。

为达到以上目的，本实用新型提供了一种HPPO新型反应器，包括上封头、下封头、壳体和换热组件，所述的换热组件包括换热板对，换热板对平行排列，换热板对内形成冷却水管道，换热板对与反应器壳体外连通的冷却水管焊接；所述的换热板对由两张金属板片通过焊接形成一个密闭的板程腔体，所述板片表面凹凸起伏。

表面凹凸起伏的板片使得板程内流体的流行扰乱，加强水的对流传热。而板程和壳程的板片使得物料介质在较小流速下就可以达到湍流状态，不易形成边界层，而边界层是传热过程中的主要热阻。表面凹凸不平的方式为领域内常用的手段。

优选的，所述的金属板片表面规则地分布焊点。

优选的，所述的换热板对之间装填有催化剂，催化剂下端铺垫不同规格的瓷球，瓷球填满下封头空隙，催化剂上端同样平铺一定厚度的不同规格的瓷球。

优选的，小瓷球的粒径较催化剂的粒径相当或稍大。

优选的，铺设于催化剂上端的大瓷球的上端用丝网和格栅固定。

上述催化剂装填在换热板对之间，催化剂下端铺垫不同规格的瓷球，瓷球填满下封头的所有空隙，先填大瓷球，起到支撑作用，后装小瓷球，小瓷球的粒径较催化剂的粒径相当或稍大，防止催化剂漏入瓷球空隙内。催化剂上端同样平铺一定厚度的不同规格的瓷球，先铺小瓷球，后铺大瓷球。大瓷球上端分别用丝网和格栅固定。

优选的，所述的换热板对之间设置热电偶组，热电偶组竖直放置或水平方式；热电偶组竖直放置时，热电偶套管从上封头插入；热电偶组水平放置时，热电偶套管从反应器筒壁插入。

板对之间设置热电偶组，用于测量催化剂床层的温度。热电偶组可以竖直放置或水平放置，竖直放置时，热电偶套管从上封头插入；水平放置时，热电偶套管从反应器筒壁插入。反应热电偶组包含多个热电偶，分别测量反应器不同高度的温度和不同水平位置的温度。

优选的，换热板对的间距在10～50mm之间。

换热板对的面积根据反应放热和传热系数而定，板对间距离在10～50mm之间。

优选的，所述的上封头设置物料出口、安全阀及人孔，下封头设置物料入口和卸料口；反应器壳体上有冷却水入口和冷却水出口，冷却水入口与分配管相连，将冷却水分布到换热板片中。

上封头设置安全阀，防止超温超压时，物料爆炸或泄漏。

下封头设置卸料口,瓷球和催化剂通过卸料口卸出。

物料入口内设置过滤框，防止瓷球及催化剂进入管道。

优选的，所述的物料入口内设置过滤框。

优选的，所述的壳体上设置膨胀节。

本实用新型的HPPO反应器，换热板对可以从两个方面提高两侧物料的传热系数，一方面是板程内焊点对流体的流型直接起破坏扰乱作用，加强水的对流传热，另一方面是板程和壳程的板片壁面均是凹凸不平的，此形状使得物料介质在较小的流速下就可以达到湍流状态，不易形成边界层，而边界层是传热过程中主要热阻。

由于该反应器所需的冷却水量非常大，若采用总管与支管结合的方式，则选用DN15～DN28的支管，一张板片上需要5～10个支管才能满足供水量，造成排管、焊接、催化剂装填等系列问题。故使用总管直接与板片焊接的新技术，既能满足水量大的情况，结构又简单，其总管与支管的结合方式可参见背景技术中的专利。

本反应器内不需要安装液体分布器。一方面是因为反应物为液体，且流速非常缓慢，催化剂浸泡在反应液中，不存在分布不均的现象；另一方面是因为下封头内的瓷球不仅起到固定支撑催化剂的作用，还起到反应物料扰流分配的作用。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

一、热量移走快。换热板对表面凹凸不平，强化了两侧流体的对流传热；可以根据放热量及温度范围的要求，任意调节板对的间距、焊接点密度及表面凹凸幅度，使得反应热快速移走，反应过程稳定，产品性能稳定，催化剂寿命延长。

二、冷却水管与板对新的连接形式同时满足水量大和结构简单的要求。在总的水管上直接开口与板对进行焊接的新形式，可以省掉盘根错节的大量支管，减少焊接量及腐蚀断裂等后续可能发生的问题，并给催化剂装填预留足够空间。

三、该新型反应器的体积相对较小，有利于设备大型化。由于管心距等制造要求，列管式反应器的催化剂装填率通常不超过50％，而该新型反应器的催化剂装填率可以达到60％～80％，反应器体积大大减小，有利于提高单台反应器产量，有利于设备大型化。

四、催化剂装填简便且均匀密实。列管式反应器内反应空间被分成成千上万个圆柱型局部空间，在该HPPO新型反应器内，换热板对将反应空间分成几十或几百个等宽等高的局部空间，而空间越少越大，壁面效应越不明显，催化剂装填过程中越不易搭桥，装填越均匀密实。

附图说明

图1是本实用新型HPPO新型反应器剖视图；

图2为本实用新型中换热组件轴侧图；

图3为本实用新型中换热板对正视图；

其中：

1-物料入口 2-物料出口 3-壳体

4-冷却水入口 5-冷却水出口 6-分配管

7-冷却水收集管 8-换热板对 9-安全阀

10-卸料口 11-过滤框 12-焊点

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本实用新型做进一步说明。

如图1至图3所示的一种HPPO新型反应器，该反应器包括上封头、下封头、壳体3和换热组件等，换热组件包括换热板对8和冷却水管道。催化剂装填并固定在换热板对8之间。上封头设置物料出口2、安全阀9及人孔。上述上封头设置安全阀，防止超温超压时，物料爆炸或泄漏。下封头设置物料入口1和卸料口10。上述下封头设置卸料口10,瓷球和催化剂通过卸料口10卸出，下封头物料入口内设置过滤框11，防止瓷球及催化剂进入管道。壳体3下方有冷却水入口4，上方有冷却水出口5，壳体3上设置膨胀节。来自预混合器的液体反应物从反应器底部物料入口1进入反应器，在催化剂床层进行反应；冷却水从反应器下部冷却水入口4的水管进入，由冷却水分配管6分布到每个换热板对8中，与反应物料成并流换热。

上述换热板对8由两张金属板片通过焊接形成一个密闭的板程腔体，板片上有规则地分布焊点12，使得板片表面凹凸起伏。换热板对8平行排列，与反应器壳体3外连通的冷却水管直接焊接。换热板对8之间装填催化剂，供反应物料通过，换热板对8内则为冷却水通道。换热板对8的面积根据反应放热和传热系数而定，板对间距离在10～50mm之间。

上述催化剂装填在换热板对8之间，催化剂下端铺垫不同规格的瓷球，瓷球填满下封头的所有空隙，先填大瓷球，起到支撑作用，后装小瓷球，小瓷球的粒径较催化剂的粒径相当或稍大，防止催化剂漏入瓷球空隙内。催化剂上端同样平铺一定厚度的不同规格的瓷球，先铺小瓷球，后铺大瓷球。大瓷球上端分别用丝网和格栅固定。

上述板对之间设置热电偶组，用于测量催化剂床层的温度。热电偶组可以竖直放置或水平放置，竖直放置时，热电偶套管从上封头插入；水平放置时，热电偶套管从反应器筒壁插入。反应热电偶组包含多个热电偶，分别测量反应器不同高度的温度和不同水平位置的温度。

上述工作原理：

上述的换热板对8可以从两个方面提高两侧物料的传热系数，一方面是板程内焊点12对流体的流型直接起破坏扰乱作用，加强水的对流传热，另一方面是板程和壳程的板片壁面均是凹凸不平的，此形状使得物料介质在较小的流速下就可以达到湍流状态，不易形成边界层，而边界层是传热过程中主要热阻。

由于该反应器所需的冷却水量非常大，若采用总管与支管结合的方式，则选用DN15～DN28的支管，一张板片上需要5～10个支管才能满足供水量，造成排管、焊接、催化剂装填等系列问题。故使用总管直接与板片焊接的新技术，既能满足水量大的情况，结构又简单。

本反应器内不需要安装液体分布器。一方面是因为反应物为液体，且流速非常缓慢，催化剂浸泡在反应液中，不存在分布不均的现象；另一方面是因为下封头内的瓷球不仅起到固定支撑催化剂的作用，还起到反应物料扰流分配的作用。

以上已对本实用新型创造的较佳实施例进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述的实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型创造精神的前提下还可以作出种种等同的变型或替换，这些等同变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。