一种均匀流动的渐开线流道圆环盘换热装置的制作方法

本发明涉及换热、反应、干燥、浓缩，尤其是涉及均匀传热以及强化盘内传热的转盘式搅拌及换热（加热、冷却）的反应、干燥、冷却、浓缩装置。

背景技术：

1、化工、制药、食品、淤泥等行业普遍存在需要均匀加热、以及均匀混合的单元过程，尤其是部分在催化剂辅助作用下发生放热、吸热反应的热敏物料，其对温度均匀性要求较高，需要采取适当的措施对发生反应的物料实时取热或加热，使得物料温度准确地、均匀地维持在一定范围，进而使得物料各处的反应强度、转化率一致性满足要求。部分场合除了温度稳定与均匀之外还要求物料组份均匀，需要采取措施对有限空间内的物料搅拌使其均匀化。

2、温度一致性偏差范围要求较宽的场合，一般采用管式、板式换热的方式即可满足要求，对于物料纤维、品质不敏感的场合，采用通用搅拌叶桨即可满足均质要求。但是在精细化工、制药、食品行业，部分物料恒温、均匀性要求高，使反应转化率更加一致，并且还要对物料的扰动小，以获得更高的产品品质。流动均匀（速度、方向、状态）、温度分布梯度小，换热与扰动小的搅拌在这些行业是较为复杂的单元过程与设备结构。

3、圆盘干燥机是一种常见的用于干燥、浓缩热敏性物料的设备，其通常在一根中空的中心轴上向设置多个换热圆盘，换热圆盘内的加热工质一般为蒸汽或导热油，采用蒸汽作为热源时，依靠蒸汽冷凝释放潜热换热，此时蒸汽在换热盘内的均匀流动依赖于各处密度差使得蒸汽均匀充满整个圆盘内腔，蒸汽放热冷凝后，局部密度减小，蒸汽迅速补充，盘内流动均匀性较好；蒸汽冷凝后的凝结水从中心管导出。

4、采用蒸汽作为热源加热时其温度在180℃左右，对应的饱和蒸汽压力为1mpa。如需要更高的加热温度，则蒸汽饱和压力提高较快；加热温度为220℃，对应的蒸汽饱和蒸汽压力为2.37mpa，加热温度为260℃时，对应的蒸汽饱和压力为4.7mpa。压力超过1mpa时，中心轴的动静转换接头的密封安全可靠性将是较大工程难题，换热转盘的圆环板厚度也会大幅度增加。为此当加热温度超过220℃时会采用导热油作为加热热媒工质，导热油在1mpa以下，其饱和蒸气压接近于300℃，热稳定性可满足大多数工业场合需求。采用导热油加热时依靠导热油的无相变显热温降而加热换热盘外的物料，此时换热转子的导热油的流程、换热转盘内导热油的流道对加热效果影响很大，需要合理设计换热转子上换热轮盘导热油的流程，并使得各个换热转盘内的导热油均匀地在一定速度下流动，避免导热油的短路、滞留。

5、传热学研究表明，湍流状态下单相流体的对流传热性能与流动参数、物性参数有关，表征对流传热性能的工程参数为对流传热系数，对流传热系数的关联式为h=c*re0.8*pr0.7,其中re为雷诺数，re=ρvd/μ,式中ρ-流体密度；v-流体流动速度；d-流道特征尺寸；μ-流体黏度；由关系式可以看出，流体对流传热系数的可变参量为流速与流道特征尺寸，工程上主要通过提高流速而提高对流传热系数，流体对流传热性能的稳定性主要通过调整流速、特征尺寸而实现。

6、专利文献所载，干燥行业大多采取在换热圆盘内径向流动方式或环向管子依次环绕方式，径向流动方式结构简单，较为常用。不同直径上的加热介质同流面积随直径大幅度变化，因此盘内加热介质的流速变化幅度大；流速变慢，加热介质的对流传热系数显著降低，对应部位盘面给热能力低于平均值，盘面给热能力一致性差。尤其是在盘面外缘部位局部空间内加热介质流速过低而滞流，成为盘面对流传热的洼域。环向管子环绕方式，管内流动速度一致，管壁给热能力一致性好，但是，管外盘面径向表面形状为波浪形，管外流体扰动过于剧烈，搅拌阻尼大。而且相邻管间相接触连接时焊接质量不好，盘子刚度低，相邻管间通过螺旋状扁钢相连时，扁钢为二次传热面积，给热效率低于一次传热面积。

技术实现思路

1、本发明的目的是提出一种均匀流动的渐开线流道圆环盘换热装置，实现均匀传热。

2、本发明的技术方案：一种均匀流动的渐开线流道圆环盘换热装置，圆环盘是由圆环板对接形成有内部空间的环状换热腔体，并套接在衬套管，衬套管与环状换热腔体之间通过介质流通口相连通，环状换热腔体内部设有渐开线形导流板、渐开线形隔板、渐开线形折流板，渐开线形导流板、渐开线形隔板、渐开线形折流板上下顶边连接于圆环板内壁，所述渐开线形隔板内端沿连接于衬套管外壁、外端沿连接于环状换热腔体顶部轮廓内壁，渐开线形折流板内端沿连接于衬套管外壁、外端沿与环状换热腔体顶部轮廓内壁之间留有一定距离，形成流体的回流窗口，渐开线形导流板内端沿与衬套管外壁之间留有一定距离、外端沿与环状换热腔体顶部轮廓内壁之间留有一定距离，相邻渐开线形隔板之间是渐开线形导流板、渐开线形折流板，渐开线形导流板位于渐开线形折流板两侧，渐开线形折流板与衬套管外壁连接处两侧的衬套管管壁设有介质流通孔，介质流通孔用于介质进入环状换热腔体、回流到中心管，渐开线形导流板、渐开线形隔板、渐开线形折流板与圆环板内表面形成渐开线形流道。

3、所述环状换热腔体内还设有拉撑定距柱，拉撑定距柱两端连接于圆环板内壁，拉撑定距柱有多个，位于渐开线形流道内。

4、优选的，拉撑定距柱截面轮廓形状为圆形、圆环形、椭圆形。

5、所述圆环板基本形状为平面的有一定厚度的金属环板，圆环板在外围边缘折边，两个圆环板对扣形成一定厚度的环状换热腔体，折边的圆环板外围边缘相接相连，不折边两圆环板之间通过连接环相接。

6、所述圆环盘厚度由中心向外围渐变的缩小，渐开线形导流板、渐开线形隔板、渐开线形折流板的宽度是变化的，随环状换热腔体内壁间的厚度距离的改变而变化。

7、所述圆环板表面上设有一定形状的凹凸结构。凸起或凹槽可以是与渐开线流道相适应的渐开线形，渐开线形凸起或凹槽的高度/深度、宽度根据强化传热需要而定。凸起也可以为沿径向或环向一定间距布置，轮廓外形为圆形、椭圆形。凹凸结构的制作通过圆环板整体上锻压成型。

8、所述渐开线形隔板起点端（即连接衬套管的一端）与圆环板的内径一致，渐开线形隔板外围端（即远离衬套管的一端）与中心管、衬套管间的环腔内径一致；渐开线形折流板起点端（即连接衬套管的一端）与圆环板的内径一致；渐开线形导流板的起点端半径大于圆环板的内径，渐开线形导流板外围端半径小于圆环板外缘半径。

9、多个圆环盘与一个衬套管组成一个换热转盘组件，多个圆环盘等间距布置套装在圆柱状的衬套管上，圆环板底部设翻边凸缘，翻边凸缘内径与衬套管外壁相配，相邻翻边凸缘相接，并连续焊接连接，形成一组圆环盘，一组圆环盘套装在衬套管上，圆环板的翻边凸缘内壁与衬套管外壁接触焊接相连，在衬套管上与每个圆环盘中心相对的管壁上按照每个圆环盘内流道数量开分布孔，形成进出换热圆环盘的通道。

10、本发明的有益效果：换热圆环盘采用了渐开线流道，即根据圆环盘流动均匀性要求，应用渐开线流道，不同半径位置的流道宽度保持一致，各个流道的流体通流面积基本一致，流动速度基本一致，流动不会减速、加速，圆环盘内对流传热性能稳定均匀，对流传热强度基本一致，无死区。并接多个并联的流道内增设渐开线形导流板，使得各流道通流截面的长宽比相当，避免油道长宽比过大引起的局部滞流。渐开线形流道的流道长度较短，一个折程的总长度约为转盘直径的2倍左右，流体沿程流动阻力较小。渐开线型隔板、折流板的间距大小可根据导热油流动的均匀性要求而确定。换热转盘的给热强度一致，将为换热转盘外物料温度一致创造基础条件。