一种固定床反应器的制作方法

1.本实用新型涉及化工反应装置制造领域，特别是涉及一种固定床反应器。


背景技术：

2.固定床反应器是指在反应器内装填颗粒状固体催化剂或固体反应物，形成一定高度的堆积床层，气体或液体物料通过颗粒间隙流过静止固定床层的同时，实现非均相反应过程。这类反应器的特点是充填在设备内的固体颗粒固定不动，有别于固体物料在设备内发生运动的移动床和流化床，又称填充床反应器。固定床反应器广泛用于气
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固相反应和液
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固相反应过程，例如，合成氨工业中的固定半水煤气发生炉，水处理中的固定床离子交换柱等。
3.现有的固定床反应器是由壳程和管程两部分组成，包括反应筒体、设置于反应筒体内的上、下管板和设置于反应筒体内并贯穿上、下管板的反应管，其中反应筒体上设有物料入口和物料出口。然而，由于反应筒体内上、下管板之间设有密集的反应管，载热体从上封箱进入到反应筒体内后在反应筒体中心部位易形成沟流，从而造成反应筒体中心部位温度不均匀的问题，进而降低了固定床反应器的换热效率。
4.因此，目前亟需提出一种新型的固定床反应器，以解决载热体进入反应筒体后在中心部位易形成沟流的问题，提高固定床反应器的换热效率。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种固定床反应器，通过在反应筒体的中心部位设置圆柱形腔体，使圆柱形腔体与反应筒体之间形成圆环腔，从而不仅使进入到反应筒体的原料均匀分散至所述圆环腔内，还有效阻挡载热体在反应筒体中心形成沟流，有效提升换热效率。并且在反应筒体的外壁上设置多个防形变结构，通过防形变结构对反应筒体进行形变补偿，防止反应筒体发生变形，从而提高固定床反应器的抗形变能力和稳定性。
6.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
7.一种固定床反应器，包括：
8.反应筒体，用于为催化剂或反应物提供反应空间；
9.上封箱，位于所述反应筒体的顶端，用于对所述反应筒体的顶部密封；
10.下封箱，位于所述反应筒体的底端，用于对所述反应筒体的底部密封；
11.圆柱形腔体，位于所述反应筒体的中心，与所述反应筒体形成圆环腔，使进入到所述反应筒体的催化剂或反应物均匀分散至所述圆环腔内；
12.防形变结构，位于所述反应筒体的外壁上，用于在运行时对所述反应筒体进行形变补偿，防止所述反应筒体发生变形。
13.可选的，所述反应筒体和所述上封箱之间设置有上管板，所述反应筒体和所述下封箱之间设置有下管板。
14.可选的，所述上管板分别与所述反应筒体、所述圆柱形腔体和所述上封箱焊接连
接，所述下管板分别与所述反应筒体、所述圆柱形腔体和所述下封箱焊接连接。
15.可选的，所述圆环腔内均匀设置有多个反应管，所述反应管的两端分别贯穿所述上管板和所述下管板，并与所述上管板和所述下管板密封连接。
16.可选的，所述反应筒体内还设置有折流板，所述折流板与所述反应管垂直，所述反应管穿过所述折流板并分别与所述上管板和所述下管板连接。
17.可选的，所述上封箱的顶部设有进料口，所述下封箱的底部设有出料口。
18.可选的，所述进料口的正下方设置有物料分布器，所述物料分布器用于使催化剂或反应物均匀分散至所述反应筒体内。
19.可选的，所述反应筒体下方的外壁上设置有载热体入口，所述反应筒体上方的外壁上设置有载热体出口。
20.可选的，所述反应筒体上方的外壁上还设置有排气口。
21.可选的，所述防形变结构为弯管式膨胀节、套筒式膨胀节或者弯曲金属波纹管。
22.根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：
23.1、本实用新型提供的一种固定床反应器设置有圆柱形腔体，圆柱形腔体与反应筒体之间形成圆环腔，在圆环腔内密集、均匀设置多个反应管，而在圆柱形腔体内不设置反应管，圆柱形腔体不仅可以使进入到反应筒体的催化剂或反应物均匀分散至圆环腔内，还有效阻挡了载热体在反应筒体中心形成沟流，解决了反应筒体的中心部位易形成沟流造成的反应筒体内温度不均匀的问题，有效提升了固定床反应器的换热效率。
24.2、本实用新型中设置有独立的载热体入口和载热体出口，并且载热体入口和载热体出口设置于反应筒体的外壁上，使载热体从反应筒体的侧面进入至反应筒体内，而上封箱顶部的进料口只用于投入反应原料，下封箱底部的出料口只用于排除反应后产物，从而进一步解决了载热体从上封箱进入到反应筒体内后在反应筒体中心部位易形成沟流的问题，彻底消除了因反应筒体的中心部位形成沟流而造成的反应筒体内温度不均匀的问题。
25.3、本实用新型中独立设置的载热体入口和载热体出口，可及时将反应产生的热量移出反应筒体，从而有效保障了固定床反应器的反应温度指标，提高了固定床反应器的温度控制能力。
26.4、本实用新型中，反应筒体内的载热体出口和上管板之间为换热盲区，容易聚集高温气体，通过设置排气口可将这些高温气体排出，进一步使反应热量及时移出，从而提高了固定床反应器的换热效率和稳定性。
27.5、本实用新型中，通过物料分布器可将反应原料均匀分散至反应筒体的圆环腔中，使每个反应管中都有均匀的、充分的原料进行反应，从而有效提高了固定床反应器的反应效率。
28.6、本实用新型中，在反应筒体的外壁上设置有防形变结构，由于固定床反应器反应时产生高温和高压极易使反应筒体外壁产生形变，在固定床反应器运行时，通过防形变结构有效提升了反应管和反应筒体的防形变能力，提升了对管壁内外温差的适应性，解决了因内外温差大而引发热胀冷缩从而造成反应管和反应筒体发生变形的问题，从而间接对反应筒体进行形变补偿，防止反应筒体发生变形，从而有效提高了固定床反应器的抗形变能力和稳定性。
29.7、本实用新型中，通过均匀设置多个折流板，一方面可以对反应管进行支撑，防止
反应管发生弯曲的情况，另一方面还可以使载热体在反应筒体内“s”形流动，增强载热体在反应管之间流动的湍流程度，增大传热系数，从而提高固定床反应器的传热效率。并且折流板与排气口的配合设置，可消除换热盲区，使反应筒体内的温度均匀分布，进一步提升了固定床反应器的换热效率。
30.8、本实用新型中，通过圆柱形腔体的两端分别贯穿上管板和下管板，且与上管板和下管板焊接连接，并在焊接处设置多个正三角状或倒三角状的换温口，通过换温口的温度交换作用，减小了圆柱形腔体内外的温差，避免圆柱形腔体发生热胀冷缩的情况，进而进一步提升了固定床反应器的稳定性。
附图说明
31.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为实施例1中的固定床反应器的结构示意图；
33.图2为实施例1中的固定床反应器的上管板横截面示意图；
34.图3为实施例1中的正三角状换温口示意图；
35.图4为实施例1中的倒三角状换温口示意图。
36.附图标记说明：
[0037]1‑
反应筒体，2
‑
上封箱，3
‑
下封箱，4
‑
圆柱形腔体，5
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圆环腔，6
‑
防形变结构，7
‑
上管板，8
‑
下管板，9
‑
反应管，10
‑
折流板，11
‑
进料口，12
‑
出料口，13
‑
物料分布器，14
‑
载热体入口，15
‑
载热体出口，16
‑
排气口，17
‑
换温口。
具体实施方式
[0038]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0039]
本实用新型的目的是提供一种固定床反应器，通过在反应筒体的中心部位设置圆柱形腔体，使圆柱形腔体与反应筒体之间形成圆环腔，从而不仅使进入到反应筒体的原料均匀分散至所述圆环腔内，还有效阻挡载热体在反应筒体中心形成沟流，有效提升换热效率。并且在反应筒体的外壁上设置多个防形变结构，通过防形变结构对反应筒体进行形变补偿，防止反应筒体发生变形，从而提高固定床反应器的抗形变能力和稳定性。
[0040]
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
[0041]
实施例1
[0042]
如图1所示，本实施例示出了一种固定床反应器。从图1中可直观看出，所述固定床反应器包括：反应筒体1，用于为催化剂或反应物提供反应空间；上封箱2，位于所述反应筒体1的顶端，用于对所述反应筒体1的顶部密封；下封箱3，位于所述反应筒体1的底端，用于
对所述反应筒体1的底部密封；圆柱形腔体4，位于所述反应筒体1的中心，与所述反应筒体1形成圆环腔5，使进入到所述反应筒体1的催化剂或反应物均匀分散至所述圆环腔5内；防形变结构6，位于所述反应筒体1的外壁上，用于在运行时对所述反应筒体1进行形变补偿，防止所述反应筒体1发生变形。
[0043]
本实施例通过在反应筒体1的中心部位设置圆柱形腔体4，使圆柱形腔体4与反应筒体1形成圆环腔5，在圆环腔5内均匀、密集设置有多个反应管9，而在圆柱形腔体4内不设置反应管9，圆柱形腔体4不仅可以使进入到反应筒体1的催化剂或反应物均匀分散至圆环腔5内，还有效阻挡了载热体在反应筒体1中心形成沟流，解决了反应筒体1的中心部位易形成沟流造成的反应筒体1内温度不均匀的问题，有效提升了固定床反应器的换热效率。
[0044]
所述反应筒体1和所述上封箱2之间设置有上管板7，所述反应筒体1和所述下封箱3之间设置有下管板8。所述上管板7分别与所述反应筒体1、所述圆柱形腔体4和所述上封箱2焊接连接，所述下管板8分别与所述反应筒体1、所述圆柱形腔体4和所述下封箱3焊接连接。
[0045]
图2示出了固定床反应器的上管板7横截面示意图，下管板8横截面结构与图2中上管板7横截面结构相同。从图2中可直观看出，在所述圆柱形腔体4和所述反应筒体1之间的圆环腔5中，密集、均匀地设置有多个反应管9，多个所述反应管9的直径相同。并且，从图1中还可以直观看出，所述反应管9的两端分别贯穿所述上管板7和所述下管板8，并与所述上管板7和所述下管板8密封连接。
[0046]
需要说明的是，本实施例的图2中，所述圆柱形腔体4、所述反应管9以及所述圆环腔5的尺寸并不是唯一的，图2中的尺寸不能作为对本实用新型权利要求保护范围的限定，所述圆柱形腔体4、所述反应管9以及所述圆环腔5的直径尺寸均可视实际情况而定，其尺寸可根据所述反应筒体1的尺寸、空间进行适配性设置。
[0047]
本实施例中，所述反应筒体1下方的外壁上设置有载热体入口14，所述反应筒体1上方的外壁上设置有载热体出口15。所述载热体入口14和所述载热体出口15分别用于投放或排出载热体。通过设置独立的载热体入口14和载热体出口15，并且将载热体入口14和载热体出口15设置于反应筒体1的外壁上，使载热体从反应筒体1的侧面进入至反应筒体1内，而上封箱2顶部的进料口11只用于投入反应原料，下封箱3底部的出料口12只用于排除反应后产物，从而进一步解决了载热体从上封箱2进入到反应筒体1内后在反应筒体1中心部位易形成沟流的问题，彻底消除了因反应筒体1的中心部位形成沟流而造成的反应筒体1内温度不均匀的问题。另外，独立设置的载热体入口14和载热体出口15，还可及时将反应产生的热量移出反应筒体1，从而有效保障了固定床反应器的反应温度指标，进一步提高了固定床反应器的温度控制能力。
[0048]
并且，所述反应筒体1内还设置有多个折流板10，多个所述折流板10均与所述反应管9垂直布置，且多个所述折流板10横向交错、纵向间隔布置，如图1所示。此外，多个所述反应管9贯穿所述折流板10并分别与所述上管板7和所述下管板8连接。所述折流板10，一方面可以对所述反应管9进行支撑，防止所述反应管9发生弯曲的情况，另一方面其布置方式还可以使载热体在反应筒体1内呈“s”形流动，增强载热体在反应管9之间流动的湍流程度，增大传热系数，从而提高固定床反应器的传热效率。
[0049]
本实施例中，所述上封箱2的顶部设有进料口11，所述下封箱3的底部设有出料口
12。
[0050]
需要说明的是，通过所述进料口11可以投放各种进行反应的原料、辅料，不仅局限于催化剂或反应物。在所述进料口11的正下方还设置有物料分布器13，所述物料分布器13用于使投放进所述进料口11的原料均匀分散至所述反应筒体1内。通过物料分布器13可将反应原料均匀分散至反应筒体1的圆环腔5中，使每个反应管9中都有均匀的、充分的原料进行反应，从而有效提高了固定床反应器的反应效率。
[0051]
所述反应筒体1上方的外壁上还设置有排气口16。由于反应筒体1内的载热体出口15和上管板7之间为换热盲区，容易聚集高温气体，通过设置排气口16可将这些高温气体排出，进一步使反应热量及时移出，从而提高了固定床反应器的换热效率和稳定性。固定床反应器运行时，在所述排气口16与所述折流板10相配合的作用下，可有效消除换热盲区，使反应筒体1内的温度均匀分布，进一步提升了固定床反应器的换热效率。
[0052]
本实施例中，在反应筒体1的外壁上还均匀设置有多个防形变结构6，所述防形变结构6是具有补偿轴向变形作用的挠性元件，可以是弯管式膨胀节，也可以是套筒式膨胀节，还可以采用弯曲金属波纹管，优选弯管式膨胀节，如图1所示。
[0053]
所述防形变结构6的抗变形原理是：
[0054]
由于固定床反应器反应时会产生高温和高压，极易使反应管9和反应筒体1外壁产生形变，在固定床反应器运行时，通过防形变结构6可有效降低反应管9和反应筒体1的轴向负荷，减小其温差应力，从而增加了反应管9和反应筒体1的防形变能力，提升了对管壁内外温差的适应能力，解决了因内外温差大而引发热胀冷缩从而造成反应管9和反应筒体1发生变形的问题，从而间接对反应筒体1进行形变补偿，防止反应筒体1发生变形，也就有效提高了固定床反应器的抗形变能力和稳定性。
[0055]
本实施例中，圆柱形腔体4的两端分别贯穿上管板7和下管板8，且与上管板7和下管板8焊接、密封连接。并且，在圆柱形腔体4与上管板7或下管板8焊接处的圆柱形腔体4的圆周上，还均匀设置有多个“正三角状”换温口17或“倒三角状”换温口17，如图3和图4所示，图3为正三角状换温口17示意图，图4为倒三角状换温口17示意图。通过换温口17的温度交换作用，使圆柱形腔体4内部温度与圆环腔5温度一致，减小了圆柱形腔体4内外的温差，避免圆柱形腔体4因热胀冷缩发生变形的情况，进而进一步提升了固定床反应器的稳定性。
[0056]
下面以气相放热反应为例，对本实用新型进行说明，当运行固定床反应器时，从上封箱2的进料口11充入气体原料，通过物料分布器13的均匀分散作用后进入反应筒体1的各个反应管9中，通过多个反应管9同时反应产生热效应后，经下封箱3的出料口12排出反应后的废料。反应管9反应的同时，液相载热体即冷源从反应筒体1侧面的载热体入口14进入到反应筒体1内部，并对圆环腔5中的反应管9进行冷却，载热体携带反应热在圆环腔5中流动，并沿着多个折流板10和反应筒体1内壁构成的流泾轨道呈“s”形向上流动，同时在折流板10的作用下增强载热体在圆环腔5中流动的湍流程度，提高传热效率，最终通过载热体出口15将携带反应热的载热体排出到反应筒体1外部，同时通过排气口16将反应筒体1顶部的高温气体排出。由于位于反应筒体1中心的圆柱形腔体4的阻隔作用，载热体进入反应筒体1到排出反应筒体1的流动过程，不会在反应筒体1中心产生沟流。同时，圆柱形腔体4上的多个换温口17保证了圆柱形腔体4内外温度一致，避免了由于热胀冷缩引起的圆柱形腔体4变形的问题。反应筒体1外壁上的防形变结构6也避免了由于热胀冷缩引起的反应筒体1变形的问
题。
[0057]
本实用新型提供了一种固定床反应器，通过在反应筒体1的中心部位设置圆柱形腔体4，从而在圆柱形腔体4与反应筒体1之间形成圆环腔5，不仅使进入到反应筒体1的原料均匀分散至所述圆环腔5内，还有效阻挡载热体在反应筒体1中心形成沟流，有效提升换热效率。并且在反应筒体1的外壁上设置多个防形变结构6，通过防形变结构6对反应筒体1进行形变补偿，防止反应筒体1发生变形，从而提高固定床反应器的抗形变能力和稳定性。
[0058]
本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，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。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。