一种板式模块化控温反应器的制作方法

本实用新型涉及化工反应设备技术领域，尤其涉及一种板式模块化控温反应器。

背景技术：

在化学工艺工程中，绝大多数反应伴随着热量的吸收和释放。在一些强放热反应中，列管式反应器作为一种常规固定床化学反应器。在工业规模生产中，通常在催化剂管中装载有多相颗粒催化剂，流体反应物通过该催化剂管进行反应，同时通过包围在催化剂管周围的热载体间接的除去反应所释放的反应热。

此外，还有一种采用几何形状热板作为传热器形式的板式反应器。板式反应器一般包含连续的催化剂床层，板式传热器嵌入催化剂床层中。

对于列管式反应器，由于其多管式的几何形状，存在以下的缺点：由于固定管板的存在，对于催化剂的装料和卸料，涉及相对复杂且冗长的操作，这导致生产力损失。同时，由于列管式反应器在传热方面的局限性，一般列管式反应器的重量和体积都很大，在制造、运输方面有很大的局限性。

板式等温反应器虽然避免了列管式径向反应器的某些缺点，但同时也存在弊端，比如在大型工业化规模生产中，板式结构会存在板内流体分布不均的问题，直接导致换热效果不均匀，反应床层温度分布不均。并且板式等温反应器催化剂腔的底部通过大型的格栅封堵，卸载催化剂时，只能通过拆卸格栅，将催化剂完全卸出，不能局部更换催化剂，灵活性差；换热介质进出支管设置紧密，且管径受限，不能满足换热介质流量大的情况，而且对于板式反应器来说底部格栅的设计对于催化剂卸料和检查维修造成很大的困难。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提出一种板式模块化控温反应器，该反应器可以对反应腔内的催化剂进行局部装卸，灵活性好，且催化剂的装卸方便，便于检查维修。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种板式模块化控温反应器，包括：

壳体，所述壳体内设置有反应腔；

控温模块，设置于所述反应腔，所述控温模块包括至少两个控温板对，所述控温板对包括两块控温板，两块所述控温板的侧边固定形成上下开口的腔体，所述腔体的上端与所述壳体上的热媒进口连通、下端与所述壳体上的热媒出口连通，相邻的所述控温板对之间用于盛放催化剂；

格栅，所述格栅可拆卸连接于所述控温模块的底部，且位于相邻的所述控温板对之间，所述格栅用于支撑所述催化剂。

其中，所述控温模块还包括框架，所述框架包括至少2块厚板块，所述厚板块两两连接并平行于所述壳体的中心轴设置，所述控温板对与所述框架固定。

其中，还包括至少一个固定架，所述固定架设置有凸起对，所述凸起对之间的距离与所述控温板对的宽度相适应；所述控温板对上设置有通孔，所述固定架依次穿过至少两个所述控温板对的通孔后，所述控温板对卡入所述凸起对之间。

其中，还包括上板缝式管和下板缝式管，所述上板缝式管垂直于所述控温板对并嵌于所述控温板对的上端，所述上板缝式管与所述热媒进口连通；所述下板缝式管垂直于所述控温板对并嵌于所述控温板对的下端，所述下板缝式管与所述热媒出口连通。

其中，还包括设置于所述反应腔的上端的第一环形管以及设置于所述反应腔的下端的第二环形管，所述第一环形管与所述热媒进口连通，并通过第一支管与所述上板缝式管连通；所述第二环形管与所述热媒出口连通，并通过第二支管与所述下板缝式管连通。

其中，所述支管为蛇形管。

其中，所述格栅包括弧形段和平直段，所述弧形段连接相邻的两个平直段，所述弧形段的数量与所述下板缝式管的数量对应，所述格栅设置于所述下板缝式管的上方，且所述弧形段与所述下板缝式管配合并固定，所述平直段的端部与所述控温模块固定。

其中，所述平直段的两端均设置有固定板，所述固定板通过螺栓与所述控温模块固定。

其中，还包括盖板，所述盖板环绕所述控温模块设置，用于填充所述控温模块与所述壳体之间的空隙。

其中，还包括弯管，所述弯管的一端由所述盖板的下方穿过所述盖板，另一端伸出所述壳体外，所述弯管设置有开关阀，所述弯管用于向所述反应腔内通入惰性气体。

有益效果：本实用新型提供了一种板式模块化反应器，包括壳体、控温模块和格栅，所述壳体内设置有反应腔；控温模块设置于所述反应腔，所述控温模块包括至少两个控温板对，所述控温板对包括两块控温板，两块所述控温板的侧边固定形成上下开口的腔体，所述腔体的上端与所述壳体上的热媒进口连通、下端与所述壳体上的热媒出口连通，相邻的所述控温板对之间用于盛放催化剂；所述格栅可拆卸连接于所述控温模块的底部，且位于相邻的所述控温板对之间，所述格栅用于支撑所述催化剂。通过设置格栅，可以实现相邻的控温板对之间的催化剂的单独装卸，提高反应器的灵活性，解决了现有技术中板式反应器检查维修困难等问题，方便工作人员进行局部的检测、维修以及局部更换催化剂的操作。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的板式模块化反应器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的控温板对与固定架的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的格栅的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的格栅的主视图；

图5是本实用新型实施例提供的格栅的俯视图；

图6是本实用新型实施例提供的控温板对与框架的结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的控温模块在反应腔内的分布图一；

图8是本实用新型实施例提供的控温模块在反应腔内的分布图二；

图9是本实用新型实施例提供的控温模块在反应腔内的分布图三；

图10是本实用新型实施例提供的控温模块在反应腔内的分布图四；

图11是本实用新型实施例提供的控温模块在反应腔内的分布图五；

图12是本实用新型实施例提供的控温模块在反应腔内的分布图六；

图13是本实用新型实施例提供的控温模块在反应腔内的分布图七。

其中：

1、壳体；11、热媒进口；12、热媒出口；13、反应气进口；14、反应气出口；15、人孔；2、反应腔；

3、控温模块；31、控温板对；311、控温板；312、腔体；32、框架；321、厚板块；33、固定架；331、凸起对；

4、格栅；41、弧形段；42、平直段；

51、第一环形管；52、第二环形管；53、第一支管；54、第二支管；

6、盖板；7、弯管。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，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。

图1-图13所示，本实施例提供了一种板式模块化反应器，包括壳体1、控温模块3和格栅4，壳体1内设置有反应腔2；控温模块3设置于反应腔2，每个控温模块3包括至少两个控温板对31，控温板对31包括两块控温板311，两块控温板311的侧边固定相连形成上下开口的腔体312，腔体312的上端与壳体1上的热媒进口11连通、下端与壳体1上的热媒出口12连通，相邻的控温板对31之间用于盛放催化剂；格栅4可拆卸连接于控温模块3的底部，且位于相邻的控温板对31之间，格栅4用于支撑催化剂。通过设置格栅4，可以实现相邻的控温板对31之间的催化剂的单独装卸，提高反应器的灵活性，解决了现有技术中板式反应器检查维修困难等问题，方便工作人员进行局部的检测、维修以及局部更换催化剂的操作。

板式模块化反应器是一种大型的化工设备，为方便工作人员进入内部进行部件的布置、检查及维修，如图1所示，壳体1的上、下两端分别设置有人孔15，工作人员通过人孔15进入反应器内部，方便操作。

板式模块化反应器包括主体以及与主体的上端连接的上封头、与主体的下端连接的下封头，上封头、下封头和主体构成壳体1，壳体1内部形成反应腔2。通过设置上封头和下封头，便于布置壳体1内部的各结构，上封头和下封头与主体固定后形成内部封闭的反应腔2。

壳体1上端设置有反应气入口和热媒进口11，壳体1的下端设置有反应气出口14和热媒出口12。反应时，相邻的控温板对31之间填充催化剂，由反应气入口向反应腔2内的通入反应气体，反应气体自上而下流动，在催化剂的作用下充分发生反应，反应过后的气体由反应器出口排出反应器外，此过程中，控温板对31内的腔体312通过热媒进口11通入热媒，在反应过程中进行吸热或放热后，由热媒出口12流出，以便更好地支持反应的进行。

具体而言，如图6所示，控温模块3还包括框架32，框架32用于固定控温板对31。框架32可以包括至少2块厚板块321，厚板块321两两连接并平行于所述壳体1的中心轴设置，控温板对31与框架32固定。控温板对31垂直固定于其中一块厚板块321并平行于另一块厚板块321，从而将控温板对31与框架32固定。控温板对31与框架32可以通过卡接固定，例如框架32的一侧厚板块321上设置有沿壳体1的轴向方向延伸的卡槽，控温板对31的端部设置有与卡槽配合的卡块，控温板对31的卡块由卡槽的一端滑入并与卡槽配合固定，厚板块321上的卡槽的数量与控温板对31的数量对应。通过卡槽与卡块配合固定，固定方便，结构简单，且便于拆卸，可以降低工作人员的安装难度。控温板对31与框架32也可以通过螺纹连接等方式固定，螺纹连接的固定效果可靠，操作便捷。

本实施例中控温板对31一般为长方体结构，多个控温板对31可以具有相同的形状及大小，从而使多个控温板对31组成一个大的长方体结构。为适应多个控温板对31的形状，框架32可以有2块、3块或4块厚板块321组成，厚板块321两两垂直连接，形成截面形状为L型、U型或矩形的框架32，从而固定多个控温板对31。当然，多个控温板对31的形状及大小也可以不同，例如多个控温板对31可以组成多边形或扇形等，框架32可以适应多个控温板对31的形状由多块厚板块321围城相应的形状，只要可以实现控温板对31的固定即可。厚板块321可以满足框架32对多个控温板对31的承重需求，提高框架32的强度，避免框架32因承重过大而损坏。

由于在反应过程中，控温板对31的腔体312内持续通入热媒介质，且热媒介质通入的流速较大，高流速状态下，热媒介质对控温板对31的冲击较大，将引起控温板对31振动。为了避免控温板对31振动而引起的反应器内部结构的损坏，本实施例中的控温模块3还包括至少一个固定架33，如图2所示，固定架33设置有凸起对331，凸起对331之间的距离与控温板对31的宽度相适应；控温板对31上设置有通孔，固定架33依次穿过至少两个控温板对31的通孔后，控温板对31卡入凸起对331之间。固定架33可以对控温板对31起到支撑、固定的作用，避免控温板对31振动，从而防止反应器内部的结构损坏。固定架33的数量可以为多个，多个固定架33沿控温板对31的长度水平方向和/或高度方向竖直方向分布，从而更好的支撑控温板对31。

控温板对31上开设的通孔的大小可以根据控温板对31的尺寸以及催化剂颗粒的大小进行调整，例如，通孔可以为矩形孔或椭圆形孔，以方便带有凸起对331的固定架33穿过。通孔的宽度可以选取为5mm～30mm，长度为8mm～70mm，具体尺寸根据实际需要确定，只要能够满足固定架33的安装且不会泄露催化剂即可。为使固定架33在热媒介质的冲击下能够稳定的固定控温板对31，凸起对331之间的距离与控温板对31的宽度相适应，以便夹持固定控温板对31。为避免设置多个固定架33，即控温板对31上开设多个通孔降低控温板对31的强度和使用寿命，控温板对31上的通孔的间距可以为50cm～150cm，该间距既可以提高固定架33对控温板对31的支撑作用，也可以防止开设通孔过密而降低控温板对31的强度。

由于反应过程中会伴随大量的吸热或放热过程，热媒介质仅在控温板对31的腔体312中流通，框架32的边界，即厚板块321位置处无热媒介质，无法实现有效的换热，控温效果较差。为解决上述问题，本实施例中，框架32与控温板对31平行的一侧的厚板块321上可以设置有一个控温板311，控温板311的两侧与厚板块321固定并形成腔体312，腔体312内通入热媒介质，从而提高框架32的换热效果，保证控温模块3的边缘也能够很好的控制反应温度，解决了板式反应器普遍的边缘换热差导致的高温蠕变的问题。为使框架32的厚板块321与控温板311组成腔体312，厚板块321的大小不小于控温板311的大小，以方便厚板块321与控温板311的配合。

控温板对31由两块控温板311制成，控温板311可以是平板，也可以是曲面板，具体形状可以根据热媒介质的粘度、性质和控温板311的承压需要确定。控温板311通过焊接固定形成上下两端各具有一个开口的控温板对31，控温板对31内的腔体312为热媒介质通道。两块控温板311可以只在边缘通过焊接固定，也可以在中部存在至少一处焊接，焊接方式可以为点焊、条形焊或三角形、矩形等特殊形状焊接，只要保证焊接的位置交错设置，使得控温板对31的表面形成凹凸间隔的形状即可。凹凸的形状可以增加热媒介质与控温板对31的接触面积，同时形成湍流，达到更好的换热效果，且催化剂一般为颗粒状结构，凹凸的形状可以使颗粒状的催化剂混合更加均匀，控温板对31之间的催化剂存储量增加，更好的支持反应的进行。综合考虑催化剂和热媒介质的用量，控温板对31的凸起的高度可以为1～10mm。

本实施例中的反应器还包括上板缝式管和下板缝式管，上板缝式管垂直于控温板对31并嵌于控温板对31的上端，上板缝式管与热媒进口11连通；下板缝式管垂直于控温板对31并嵌于控温板对31的下端，下板缝式管与热媒出口12连通所。通过板缝式管传递热媒介质，可以节省反应器内部占用的空间，简化结构，尤其在需要通入高流速、大流量的热媒介质时，板缝式管可以使热媒介质分布的更均匀。

具体而言，反应器还包括设置于反应腔2的上端的第一环形管51以及设置于反应腔2的下端的第二环形管52，第一环形管51与热媒进口11连通，并通过支管53与上板缝式管连通；第二环形管52与热媒出口12连通，并通过支管53与下板缝式管连通。热媒介质通过热媒进口11进入第一环形管51内后，通过支管53传递至上板缝式管内，上板缝式管垂直于控温板对31设置，上板缝式管在每个控温板对31对应的腔体312的开口位置处均设置有通孔，上环形管内的热媒介质通过第一支管53分流至上板缝式管的各部分，并进入对应的腔体312内；经过换热反应后，热媒介质通过下板缝式管与腔体312底端的开口对应设置的通孔进入下板缝式管内，通过底端的第二支管53汇合至第二环形管52内后，由热媒出口12流出。上板缝式管和下板缝式管均可以设置为多个，多个板缝式管均匀分布，通过第一支管53将热媒介质分流并通过第二支管54将热媒介质汇总，可以保证每个控温板对31的腔体312内均匀流通有热媒介质，保证整个反应器内各部分的温度控制效果。

在上述基础上，第一支管53和第二支管54均可以为蛇形管，蛇形管均布于第一环形管51和第二环形管52上，并连接到板缝式管对应的各部分，蛇形管可以缓解热媒介质的部分冲击，并在一定程度上缓解反应器内部的控温板对31的振动，从而避免反应器各部件的损坏。

本实施例中，相邻的两个控温板对31之间设置有独立安装和拆卸的格栅4，如图3-图5所示，格栅4包括弧形段41和平直段42，弧形段41连接相邻的两个平直段42，弧形段41的数量与下板缝式管的数量对应，格栅4设置于下板缝式管的上方，且弧形段41与下板缝式管配合并固定，平直段42的端部与控温模块3固定。格栅4设置有弧形段41既可以避让下板缝式管，也可以通过与下板缝式管的配合，对格栅4起到支撑和定位作用，提高格栅4的承重效果以及固定效果，避免格栅4变形。

本实施例设置了两根下板缝式管，因此格栅4上对应设置有两个弧形段41及三个平直段42，两个弧形段41分别与对应的下板缝式管配合，弧形段41和平直段42连接，平直段42的两端均设置有固定板，一端固定板通过螺栓与控温模块3固定，另一端与另一平直段42上的固定板固定，弧形段41的固定板可以和下板缝式管固定。通过螺栓连接，方便拆卸，从而方便工作人员进行局部装置的拆卸、检查和维修。例如当需要卸掉某一对相邻的控温板对31之间的催化剂，需要拆卸对应控温板对31之间的格栅4时，可以先将两段弧形段41之间的平直段42拆除，从而卸掉控温板对31之间大部分的催化剂，之后拆除平直段42的端部与控温模块3之间的螺栓，从而将剩余的催化剂卸除。

该格栅4紧贴于控温模块3的底部且位于下板缝式管的上部，在检修时无需拆除其他部件即可无障碍进行初步检修，且各格栅4之间没有任何连接，可实现独立更换格栅4和催化剂。格栅4也可以通过其他方式与控温模块3可拆卸连接，例如可以通过卡槽和卡块配合实现卡接固定，只要能够满足单个格栅4可以独立装卸即可。

此外，本实施例中的反应器还包括盖板6，盖板6环绕控温模块3设置，用于填充控温模块3与壳体1之间的空隙。通过设置盖板6，可以封堵反应腔2内处控温模块3的其他通道，由反应气进口13进入反应腔2的反应气体只能通过控温模块3内的催化剂后才能够由反应气出口14排除，避免反应气体的短路，提高反应气体的转化率。盖板6的上方、控温模块3与壳体1之间的空隙可以填充有不同大小的混合瓷球，大小瓷球混合后，使得反应腔2内的空隙率更小，反应气体自然通过控温模块3进行反应。

盖板6上还可以连接弯管7，弯管7的一端由盖板6的下方穿过盖板6，另一端伸出壳体1外，弯管7设置有开关阀，弯管7用于向反应腔2内通入惰性气体。反应前，可以打开开关阀，并通过弯管7向反应腔2内通入惰性气体，以进行吹扫作业，提高催化剂的活化性。

如图7-图13所示，为更好的利用反应器内部的空间，控温模块3可以为多个，并进行多种排列。例如，控温模块3可以包括一个体积较大的控温模块3和多个体积较小的控温模块3。较大的控温模块3设置于壳体1的中部，矩形的体积较大的控温模块3的四边与壳体1之间的空隙可以各放置一个较小体积的控温模块3，依次类推，可以得到多种布置方案，充分利用反应腔2的空间，有效利用资源。

当然，控温模块3也可以为扇形，多个扇形拼成圆柱形，填充在反应腔2内，或多个大小相等的控温模块3矩阵排列，具体的排列方式可以根据需要设置，此处不作限制。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。