一种新型管式反应器的制作方法

本发明涉及化工反应设备领域，具体地涉及一种新型管式反应器。

背景技术：

化学反应分为吸热反应和放热反应。对放热反应，需要快速的移走反应产生的热量，减少副反应的发生，降低催化剂失效的可能。对于吸热反应，需要稳定的热量数量，保持反应的转化率和选择性。

实现化学反应的设备称为反应器，按照设备结构特征可分为：釜式反应器、管式反应器、塔式反应器和喷射式反应器。其中管式反应器主要包括列管反应器、套管式反应器、微通管反应器和管式薄膜磺化反应器。

列管式反应器由固定管板式换热器改进得到，将固定管板换热器立式布置，装填或不装填催化。单一或混合组分的原料通过列管发生反应，反应快速释放的热量由列管外介质转移。此管式反应器在现有工业装置中应用较普遍。但固定管板列管反应器存在一下几个缺点：

a）反应原料如果均为液体或气体，那么必须在列管式反应器外完成混合；

b）反应原料既有气相又有液相的条件下，需要在列管上端部设置成膜头；

c）反应在列管中进行，列管沿长度方向的金属壁温高于壳体壁温，因此，列管与壳体在长度方向上的热膨胀量不一致，可能需要在壳体上设置膨胀节以解决设备的强度和安全问题；

4.由于结构原因，适用于对反应压力和反应温度要求不高的工业装置。

套管式反应器由套管式换热器改进得到。单一或混合组分的原料通过内管反应。外管和内管采用端板焊接封闭形成环形截面，反应所快速释放的热量经环形截面中的介质转移，该反应器在运行过程中存在以下几点缺陷：

a）反应在内管中进行，反应产生的热量使得内管在长度方向上的金属壁温高于外管，存在需要在外管安装管道补偿器的可能性；

b）内管为中空管，难以满足原料的均匀混合的要求；

c)由于b)的原因，内管管径一般不超过20mm；

d)由于b)和c)的原因，套管式反应器难于工业化放大，极少见于工业装置，一般用于实验研究。

微通道反应器是管式反应器的一种，反应管直径很小，反应管放置在水浴或油浴中。单一或混合组分的原料通过反应管得到所需要的产物，反应释放的热量由水浴或油浴转移。微型反应器常见于科研实验室，极少见于工业装置，且反应管管径小，不能满足工业生产需要。

管式薄膜磺化反应器见于磺化工艺，有单膜式、双膜式、列管式三种，其中双膜式磺化反应器是使用最多的一种。管式薄膜磺化反应器的在使用过程中的主要缺陷为：

a)列管式薄膜反应器需在反应管管端增设成膜器，使液体原料成膜，同时使气相原料进入反应管中；

b）单膜式和双膜式采用过量的保护气推动液膜形成，成膜厚度不容易控制，过量空气配入时需要使用风机，电能大消耗；

c）单膜式和双膜式采用过量的保护气推动液膜形成，其反应管长度较长，操作条件小，工艺条件严格，不适合经常开停车，结构复杂，设备加工及安装精度要求高，投资费用大。

技术实现要素：

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种新型管式反应器，结构简单，运行稳定，可靠性高，方便维护。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种新型管式反应器，包括内管、入口端盖、出口端盖、外管和中空管件，所述内管同轴设置在外管内部，在外管的上方和下方分别设有一个中空管件，中空管件优选扁圆管，中空管件与外管内部连通，内管两端从中空管件中穿过且其底部与所述入口端盖贯通、顶部与所述出口端盖贯通，在内管下方同轴设有一根原料进管，原料进管穿过入口端盖伸入内管中。

进一步地，热转移介质从其中一根中空管件上的开口进入外管与内管围合形成的空间内，并从另外一根中空管件上的开口流出。

进一步地，所述热转移介质包括冷却水、饱和水、熔盐和导热油等，作为优选，热转移介质选用饱和水。

进一步地，在原料进管位于内管内的一端设有喷嘴。

进一步地，在内管内部且位于原料进管的上方设有管道混合器促进传热和传质。

进一步地，在内管中填装催化剂，出口端盖是一种法兰连接的结构，内管中设置一丝网或者孔板，催化剂从出口端盖装入丝网或者孔板上。

本发明的有益效果是：

1.利用本发明公开的新型管式反应器进行反应可在不设置搅拌装置的情况下使原料在反应管内均匀混合并充分反应；

2.对于放热反应所快速释放的热量由管外介质快速转移、对于吸热反应所需的热量由管外介质快速转移入管内；

3.在不设置膨胀节的前提下，吸收内管和外管热膨胀差，适应反应管温度异常；

4.适用反应压力和温度范围更广。

附图说明

图1是本发明实施例一公开的一种新型管式反应器的结构示意图；

图2是本发明实施例二公开的一种新型管式反应器的结构示意图。

其中，1-内管，2-入口端盖，3-出口端盖，4-外管，5-中空管件，6-原料进管，7-管道混合器，8-催化剂。

具体实施方式

为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图1-2和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。

需要说明的是本发明所提供的实施例仅是为了本对发明的技术特征进行有效的说明，所述的左侧、右侧、上端、下端等定位词仅是为了对本发明实施例进行更好的描述，不能看作是对本发明技术方案的限制。

实施例一

本发明提供一种新型管式反应器，包括一根内管1、入口端盖2、出口端盖3、一根外管4和两个中空管件5，所述内管1同轴设置在外管4内部，在外管4的上方和下方分别设有一个所述中空管件5，中空管件5与外管内部连通，内管1两端从中空管件5中穿过且其底部与所述入口端盖2内部贯通、顶部与所述出口端盖3内部贯通，饱和水是吸收热量后是直接汽化成为蒸汽的，所以饱和水需从底部的中空管件5上的开口进入外管4与内管1围合形成的空间内，并从顶部的中空管件5上的开口流出，（在权利要求里和发明内容部分因为热转移介质没有具体到一种物质，所以按照从一根进入另一根出来写的，在实施例里因为具体指出选用的是饱和水所以根据您的解释直接写明了从底部进顶部出并对附图做了相应的修改，希望您确认一下）图1中箭头所示方向即为饱和水流动方向。在内管1下方同轴设有一根原料进管6，原料进管6穿过入口端盖2伸入内管中，在原料进管6位于内管1内的一端设有喷嘴。

在内管1内部且位于原料进管6的上方设有促进传质和传热的管道混合器7，在内管1中填装催化剂8，出口端盖3是法兰连接的结构，内管1中设置一丝网或者孔板，催化剂8从出口端盖3中装入丝网或者孔板上。

使用时，原料a从入口端盖2进入内管，原料b从原料进管6进入内管，原料a和原料b可以是单一物质，也可以是混合物，其相态可以为气态也可为液态。原料进管6具有分散液体或气体的功能，通过管口喷嘴能使通过的液体和/气体均匀分布在内管1的截面上，在不添加搅拌装置的情况下强化与原料a的混合效率，如有必要，可使原料进管6的管径增大并加长管长，使经过原料进管6和内管1间围合形成的空间的液体原料成膜状，反应完成后反应产物从出口端盖3流出反应器。

实施例二

本实施例公开的一种新型管式反应器与实施例一的不同之处在于其内是由多个反应器并联设置，具体包括多个并联设置的外管4，与外管4数量对应的内管1、入口端盖2、出口端盖3、和两个中空管件5，在每根外管4内部同轴设置一根内管1，在外管4的上方和下方分别设有一个所述中空管件5，中空管件5与外管4内部连通，内管1两端从中空管件5中穿过且其底部与所述入口端盖2内部贯通、顶部与所述出口端盖3内部贯通，饱和水从底部的中空管件5进入外管4与内管1围合形成的空间内，并从顶部的中空管件5流出。在每个内管1下方同轴设有一根原料进管6，原料进管6穿过入口端盖2伸入内管中，在原料进管6位于内管1内的一端设有喷嘴。

在内管1内部且位于原料进管6的上方设有促进传质和传热的管道混合器7，在内管1中填装催化剂，出口端盖是法兰连接的结构，内管1中设置一丝网或者孔板，催化剂从出口端盖中装入丝网或者孔板上。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。但是以上所述仅为本发明的具体实施例，本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式均应涵盖在本发明的专利范围之中。