专利名称：带搅拌的换热板传热反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种带搅拌的传热反应器，尤其是一种适合加氢、聚合、氧化、发酵等有换热要求的传热反应。
背景技术：
反应换热是在石化、精细化工、生物化工、医药化工经常碰到的一种反应现象，典型的应用有催化加氢、氧化、聚合、发酵等过程，其共同的特点是换热效果显著影响反应速率的高低及产品质量。反应搅拌过程常伴有放热或吸热现象，有时还需要将釜内的物料维持在一定的温度下，以利于反应进行。这样就需要对釜内的物料进行加热或冷却，因此多数搅拌反应器要 设置传热原件。搅拌过程传热性能主要取决于传热元件，搅拌物料的物性，容器的几何形状，搅拌器的结构尺寸与转速，并根据相应传热元件的传热系数关联式计算所需设置的换热面积。搅拌的目的之一是减小搅拌设备内的物料温度梯度。这是因为多数伴有热效应的搅拌过程，往往需要将全(或部分)过程维持在一定温度下，这样就存在着对设备内物料的加热或冷却过程。搅拌设备传热方式中，最常用的是在设备内设置盘管。盘管有横向的，也有纵向的，国内反应器对于高度放热的反应多数内置2 3层的内盘管，但在某些剧烈换热反应情况下，大量盘管的内置减少了有效反应容积的同时，也导致搅拌效果受盘管占用路径的影响。由于换热问题得不到有效解决，以至反应速率放慢。这也是为何传统的反应器反应容积受制约的原因所在。传统的如氢化反应器一般采用内盘管来进行热交换。盘管的缺点是热交换面积受到一定的限制，按容量面积比来计算，最多达到6-7m2/m3，显然对于一些高放热的氢化反应是远远不足够的，如硝基或腈基还原等。中国专利文献CN2617462Y公开了一种高效节能反应釜，采用盘管在反应器内进行换热。CN202099218U公布专利只提到换热板，但没有任何说明。中国专利文献CN101444715、CN101439275等公开了一些自吸排气式搅拌反应装置，大多采用空心搅拌桨与下层搅拌桨的双层桨结构，空心搅拌桨置于上层以带入更多的气体，下桨叶为三叶或四叶推进式搅拌，在反应器中设置扰流板以期更好的混合反应。目前国内各种专利所述的传热反应器，没有专利报道关于换热板在反应器内代替盘管使用，也没有专利报道研究将这种换热板置于容器内这种安装结构以及和自吸排气搅拌或实心轴搅拌共同使用。搅拌设备内的流型取决于搅拌方式，搅拌器、釜、挡板等的几何特征,流体性质以及转速等因素。在一般情况下，搅拌轴安装在釜中心时，搅拌将产生三种基本流型切向流、轴向流和径向流。上述三种基本流型，通常可能同时存在。其中，轴向流与径向流对混合起主要作用，而切向流应加以抑制，可通过加人挡板削弱切向流，以增强轴向流与径向流。不同的桨型和桨径对流型有重要的影响。对气液分散体系，要求气体分散造成足够的相际接触面，搅拌槽内的气液传质大都由液侧阻力控制，比界面积越大，传质能力越强。因此比界面积直接决定了传质速率，而比界面积又是由气液分散决定的。当搅拌器沿中心线安装，搅拌转动时，液体将随着桨叶旋转方向一起运动，为消除搅拌容器内液体的打旋现象，使被搅拌的液体上下翻腾而达到均匀的混合，通常需要再搅拌容器内加挡板。通常挡板的宽度约为容器内直径的1/12 1/5，其中设备内的附件如温度计、传热蛇管或各种支撑体也可以起到一 定的挡板作用的，但往往达不到“全挡板条件”。通常增加挡板数计其宽度，功率消耗也会增加，但增加到一定值以后，功率消耗就不会再增加。以上现有技术的反应釜内换热及搅拌反应装置仍存在以下技术问题I、反应器换热效果不理想，不能及时将热量带走，影响反应效果。2、现有自吸排气式搅拌桨在气体分散方面效果不十分理想。3、需要搅拌器能提供较高的气液分散能力，增加气体的停留时间。4、为避免形成液体回转，一般要另外安装挡板。
发明内容本实用新型针对上述现有技术的不足，通过将换热板置于反应釜内，同时将换热板与搅拌器相结合，提供了一种带搅拌的换热板传热反应器。本发明的具体技术方案是带搅拌的换热板传热反应器，主要由筒体、安装于筒体中部的搅拌装置及设于筒体内的换热板装置组成，搅拌装置包括搅拌轴和设置于搅拌轴上的搅拌桨叶，其特征在于所述换热装置主要由设置于筒体内呈扇面排布的若干换热板组成。换热板呈挡板状固定于筒体内，呈扇面排布的换热板，既能起到换热作用，又能起到挡板效果。换热板为由两张钢板经过焊接加工，钢板表面呈现凹凸波纹，含有有利于进行热交换的凹凸波纹。钢板四周完全焊接封闭，并带有换热介质进出口。换热总管根据换热板平均分布，拥有多个换热介质进出口，各段隔开均匀分布。所述换热板上含有将换热介质隔开的焊接线。换热板换热介质进出口可以在换热板同一侧或者分别位于换热板两侧。换热板与反应器直筒壁之间有间距。换热板表面可进行抛光处理。所述的换热板表面焊接点之间间距为O. 5_200mm，换热介质进出口在换热板上焊接长度为换热板高度的1/10-1/2倍。所述换热板表面焊接点呈双面凹凸状或呈单面凹凸起状。所述换热板的换热介质进出口分别位于换热板同侧或两侧。所述换热板横截面呈直线平板形或圆弧曲线形。所述换热板装置靠近筒体端的相邻两块换热板之间的间距大于靠近搅拌端相邻两块换热板之间的间距，换热板靠近搅拌一端的两块换热板之间的间距为换热板宽度的1/10-8倍，靠近筒体筒壁一端的两块换热板之间的间距为换热板宽度的1/5-10倍。所述的换热板靠近筒体一端与筒体内壁之间的间距为换热板板宽的1/10-2倍，换热板靠近搅拌一端与搅拌桨桨叶之间的间距为换热板板宽的1/10-4倍。[0028]所述换热板上含有间隔焊接线，将位于同侧的换热介质进出口隔开，焊接线焊接长度占换热板长度的1/1(Γ4/5。所述搅拌装置为带有自吸排气式功能的搅拌器或者非自吸排气功能搅拌器。所述空心轴自吸排气式搅拌器为组合式搅拌器，空心搅拌轴的下部依次设置自吸排气和非对称六凹叶式搅拌桨，六凹叶式搅拌桨的叶片对于桨叶圆盘上下非对称，凹叶与
主轴呈一夹角。
图I为带搅拌换的热板传热反应器主视结构示意图。图2为换热板传热反应器俯视结构示意图。
图3为换热板结构示意图。图4为换热板圆弧曲线结构示意图。图5为换热板直线平板形结构示意图。图6为换热板双面凹凸结构示意图。图7为换热板单面凹凸结构示意图。图8为换热板单面凹凸结构示意图。图9为换热介质进出口非同侧换热板结构示意图。图10为非对称六凹叶搅拌器俯视结构示意图。图11为非对称六凹叶搅拌器桨叶结构示意图。图12为非对称六凹叶搅拌器桨叶夹角结构示意图。图13为自吸排气式搅拌反应器流体运动示意图。图14为非自吸排气式搅拌反应器流体运动示意图。其中，筒体I,非对称六凹叶搅拌桨2，自吸排气搅拌3，换热板4，换热介质总进口5，换热介质总出口 6，圆弧曲线换热板7，换热介质进总管8，换热介质出总管9，直线平板换热板10，换热介质进出总管间隔11，换热板焊接点12，换热介质进出口 13，换热板焊接线14，换热板四周焊接线15，换热介质16，圆弧曲线换热板夹角α 17，换热板单面凹凸焊接点18，换热板单面凹凸焊接点19，换热介质进出口非同侧换热板20，非对称六凹叶搅拌圆盘21，非对称六凹叶搅拌桨叶22，桨叶与主轴夹角β 23，自吸排气式搅拌空心轴24，气泡25，实心轴26，搅拌27。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步的描述。带搅拌的换热板传热反应器，主要由筒体I、安装于筒体中部的搅拌装置及设于筒体内的换热板4组成，搅拌装置包括搅拌轴24和设置于搅拌轴上的搅拌桨叶2，其特征在于所述换热装置主要由设置于筒体内呈扇面排布的若干换热板4组成。换热板呈挡板状固定于筒体内，呈扇面排布的换热板，既能起到换热作用，又能起到挡板效果。所述换热板4为钢板经焊接和成形等加工工艺制造而成，带有换热介质进出口 13的波纹板，钢板表面有有利于换热的凹凸波纹，凸起波纹高度不超过15cm。换热板4是由2块厚度为O. I 7. Omm的不锈钢薄板经焊接和成形等加工工艺制造而成，即将2块相同规格的板片周边进行焊接封闭，板片中央也有焊接线14，用于控制换热介质流动轨迹，目的是使换热板内换热介质走完全程。换热板上电焊的焊点12按一定规律排列，焊接点12之间间距为O. 5-200mm，2块板片被焊接为一体。板面上焊点处下凹，未焊的地方凸起，使传热表面呈波纹状。板片的两面都是传热面，板腔内形成波纹状流体通道。若有特殊要求，可做成单面凹凸，另一面保持光滑，焊接结构如图7，8.换热介质16在换热板内部呈现湍流状态，提高了表面换热系数。换热板具有换热系数高，单位换热面积空间节省。它既具有板式换热器传热效率高、结构紧凑、重量轻的优点，降低能耗，节能效果好。换热板内部流体运动激烈，形成积垢较少，工作周期长，并便于用化学方法清洗，清洗效率高。由于传热系数大、传热效率高，实现相同的传热量所需要的传热元件的面积下降。物料在换热板4之间的间隔通过，这些波纹使流体不断改变流动方向，产生旋转和扭转，形 成许多微细的涡流，从而使流体内各部分的质点不断迅速转移，使热交换迅速进行；流体的强烈湍流还减少了悬浮微粒在换热面上的沉积和结垢；换热板表面压成波纹也使实际换热面积增大了许多；所有这些因素都显著加强了传热过程，使它的传热系数比一般管式加热器提高几倍。换热板由于其流道的几何形状所致，以及二种液体都又很高的热效率，故可使冷却水用量大为降低。换热板4根据不同使用场合，更能优化流体混合效果，在流体搅动时，不会产生混合死角。安装在筒体内壁的换热板可把回转的切向流动改变为径向和轴向流，改善流体循环，增加揣流程度，改善搅拌效果，同时还能降低搅拌载荷的波动，使功率消耗保持稳定。换热板4上焊接线优化换热介质进出口换热介质流动轨迹，焊接线14焊接长度L2占换热板长度的1/1(Γ4/5。强迫换热介质走完换热板全程，不会发生短路现象。换热板换热介质进出口 13管件规格为Φ 5_80mm,同侧换热介质进出口 13间距为换热板4板宽的1/8-2/3之间。换热介质进出口 13在换热板上焊接长度LI为换热板长度的 1/10-1/2。换热板4换热介质进出口 13可以在换热板同一侧或者分别位于换热板两侧20。换热板横截面呈直线平板形10或圆弧曲线形7。圆弧曲线形换热板7更能有利于搅拌混合。圆弧曲线形换热板角度17，角度α为20-180度之间。换热板4靠近筒体端的相邻两块换热板之间的间距大于靠近搅拌端相邻两块换热板之间的间距，换热板靠近搅拌一端的两块换热板之间的间距为换热板宽度的1/10-2倍，靠近筒体筒壁一端的两块换热板之间的间距为换热板宽度的1/5-10倍。所述的换热板4靠近筒体I 一端与筒体内壁之间的间距为换热板4板宽的1/10-5倍，换热板靠近搅拌一端与搅拌桨桨叶3之间的间距为换热板板宽的1/10- 8倍。这样有利于搅拌混合，不会产生混合死角。换热板4为由两张钢板经焊接加工后，钢板表面呈现凹凸波纹，钢板四周完全焊接封闭，并带有换热介质进出口 13。每块换热板介质进出口 13分别汇集到换热介质进总管8和换热介质出总管9上，换热介质总管进出口从直筒壁引出5，6或者从上下封头引出。换热总管可根据换热板间隔分布，可同时拥有多个换热介质进出口，各段均匀隔开，由连接件11连接为完整一圈。多个换热介质进出口使换热效果得到提高。换热板4表面凹凸焊接点有如图双面凹凸12或单面凸起18，19。[0062]进一步地，在某些有粘度物料或特殊要求场合，同时为提高表面光洁度，换热板4表面可进行抛光处理。直叶圆盘涡轮背面易形成气穴而降低效率，而半管叶片的弯曲抑制了气穴的形成，具有了以下优点载气能力提高，泛点转速提高，改善了分散和传质性能，泵送能力提闻。所述的空心轴自吸排气式搅拌器24可为组合式搅拌器，上部桨叶为自吸排气式搅拌3，下部桨叶为非对称六凹叶搅拌2，下部桨叶的叶片对于圆盘21上下非对称，桨叶22与主轴呈一夹角23，角度为β，角度范围为30-90度之间。主要控制因素是剪切强度，轴向推进力，同时也要求有较高的循环量。气体吸收过程以圆盘式涡轮最合适，它的剪切作用 强，而且在圆盘的下面可以保存一些气体，使气体的分散更平稳。进一步地，桨叶22在垂直方向被设计成非对称形状，使其对叶轮上下不同的流动进行最佳控制，具有较好的传质效果和混合均匀性。桨叶22被设计成圆盘21平面上下非对称结构，使得桨叶22上部外伸部分能挡住上升气体，而桨叶22深凹面内产生的强烈湍流漩涡则将气体分散，桨叶22背面无法形成气腔。桨叶22与主轴呈一定夹角23，使搅拌具有轴向推动力，将固体物如催化剂悬浮。非对称六凹叶搅拌2较高的气体分散能力，较大的界面传质速率，功率消耗随黏度和气体流量变化极小。进一步地，优化地，所述的自吸排气式搅拌桨3与非对称六凹叶式搅拌桨2之间的距离为自吸排气式搅拌桨3桨叶直径的1/4-3倍，所述的非对称六凹叶式搅拌桨为倾斜轴流式搅拌桨，非对称六凹叶式搅拌桨2直径为反应器内直径的1/5-1/2倍。进一步地，换热板4还能与非自吸排气式搅拌26使用，其搅拌直径为反应器内直径的1/5-4/5倍。非自吸排气式搅拌27直径与换热板4之间间距为换热板宽度的1/10-5倍。本实用新型根据流体力学设计的自吸排气式搅拌桨，具有更高的气体分散效率，设置于底层的设计配合轴流桨以及外形更符合流体运动的隔热板，解决了反应器的气体分散问题，同时改进了传热系统，并且具有良好的传质效率，使产品的收率得到提高。对氨基苯甲醚应用。有效容积为5000L的对氨基苯甲醚反应器，采用双叶片桨叶式搅拌，釜内盘管换热，转速200rpm，反应时间8小时，溶剂投料量为1:5。采用带换热板的自吸排气式搅拌，反应时间缩短为为5小时，溶剂投料量为1:3，产量得到提高，副产物减少，催化剂消耗减少，催化剂寿命得到延长。综上所述，本发明根据流体力学设计的带搅拌的换热板传热反应器，更符合流体运动的隔热板，改进了传热系统，同时解决了反应器的气体分散问题，自吸排气式搅拌桨，具有更高的吸气效率，设置于底层的设计配合轴流桨以及外形并且有良好的传质效率，使产品的得率显著提高。
权利要求1.带搅拌的换热板传热反应器，主要由筒体、安装于筒体中部的搅拌装置及设于筒体内壁侧的换热板组成，搅拌装置包括搅拌轴和设置于搅拌轴上的搅拌桨， 其特征在于所述换热装置主要由设置于筒体内呈扇面排布的若干换热板组成。
2.根据权利要求I所述带搅拌的换热板传热反应器，其特征在于所述换热板为带有换热介质进出口的焊接成形波纹板，钢板表面含有利于进行热交换的凹凸波纹。
3.根据权利要求I所述带搅拌的换热板传热反应器，其特征在于所述的换热板表面焊接点之间间距为O. 5-200mm，换热介质进出口在换热板上焊接长度为换热板高度的1/10-1/2 倍。
4.根据权利要求I所述带搅拌的换热板传热反应器，其特征在于所述换热板表面焊接点呈双面凹凸状或呈单面凹凸起状。
5.根据权利要求I所述带搅拌的换热板传热反应器，其特征在于所述换热板的换热介 质进出口位于换热板同侧或分别位于换热板两侧。
6.根据权利要求I所述的带搅拌换热板传热反应器，其特征在于所述换热板横截面呈直线平板形或圆弧曲线形，换热板宽度是筒体直径的1/5-1/2倍。
7.根据权利要求I所述的带搅拌的换热板传热反应器，其特征在于所述换热板装置靠近筒体端的相邻两块换热板之间的间距大于靠近搅拌端相邻两块换热板之间的间距，靠近搅拌一端的两块换热板之间的间距为换热板宽度的1/10 — 8倍，靠近筒体筒壁一端的两块换热板之间的间距为换热板宽度的1/5 - 10倍，换热板与筒壁之间有间隙。
8.根据权利要求I所述的带搅拌换热板传热反应器，其特征在于所述换热板上含有将换热介质隔开的焊接线，形成进出口换热介质流通轨迹，焊接线焊接长度占换热板长度的1/10 4/5 倍。
9.根据权利要求I所述的带搅拌的换热板传热反应器，其特征在于所述搅拌装置为自吸排气式搅拌器或者非自吸排气式搅拌器。
10.根据权利要求9所述的带搅拌换热板传热反应器，其特征在于所述空心轴自吸排气式搅拌器为组合式搅拌器，空心搅拌轴的下部依次设置自吸排气和非对称六凹叶式搅拌桨，六凹叶式搅拌桨的叶片对于圆盘上下非对称，凹叶与主轴呈一夹角。
专利摘要本实用新型涉及一种带搅拌的传热反应器，尤其是一种适合加氢、聚合、氧化、发酵等有换热要求的传热反应。主要由筒体、安装于筒体中部的搅拌装置及设于筒体内的换热板装置组成，搅拌装置包括搅拌轴和设置于搅拌轴上的搅拌桨叶，其特征在于所述换热装置主要由设置于筒体内呈扇面排布的若干换热板组成。换热板呈挡板状固定于筒体内，呈扇面排布的换热板，既能起到换热作用，又能起到挡板效果。
文档编号C12M1/02GK202638419SQ2012202483
公开日2013年1月2日 申请日期2012年5月25日 优先权日2012年5月25日
发明者程豪, 蔡慕邕 申请人:衢州安肯机电设备有限公司