一种卧式多线并行反应器用汇流管箱及反应器的制作方法

1.本实用新型涉及化工制药设备技术领域，尤其是涉及一种卧式多线并行反应器用汇流管箱及反应器。


背景技术：

2.反应器在化工制药技术领域是一种常用的制药设备，对于纯度及精度要求较高的反应器通常选择管式反应器。
3.卧式多线并行反应器是管式反应器的一种，反应物在反应器内沿水平方向设置的反应管流动，由于汇流管箱为变径结构，反应物经汇流管箱流入和流出时的流速不同，造成反应物分散尺度急剧变化，影响反应器内部反应的稳定性；同时，同心变径汇流管箱在反应物流出时会有物料残余。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本实用新型提出了一种卧式多线并行反应器用汇流管箱及反应器，这种汇流管箱能够有效的控制内部流速，防止出现反应分散尺度急剧变化，从而保证反应器内部反应的稳定性，同时，这种汇流管箱在卧式多线并行反应器中有利于物料排空。
5.一种卧式多线并行反应器用汇流管箱，包括箱体和与箱体相连通的箱体管道，所述箱体为偏心异径管，其中，与箱体管道连接的一端管径小于与远离箱体管道一端的管径，且箱体两端面的中点与箱体的中心不共线；
6.所述箱体远离箱体管道的一端设置有第一固定网，所述箱体与所述第一固定网可拆卸连接；所述箱体的另一端固定有第二固定网，所述第一固定网与所述第二固定网内设置有填充物。所述填充物为内衬球或固体催化剂。
7.在此基础上，所述填充物有若干个，若干个填充物之间的相对位置固定且存在空隙，且相对于箱体、第一固定网及第二固定网的相对位置固定。
8.在此基础上，设置有填充物的箱体内液体通过的等效管径与所述箱体管道的管径大小相同。
9.这种结构能够保证箱体管道、箱体内部同当量，有效的控制内部流速，使物料均匀的分散，防止出现反应分散尺度急剧变化，以保证后续反应的稳定性。
10.一种卧式多线并行反应器，包括壳体、反应管、管板以及上述汇流管箱，所述壳体内腔中设置有多根并联反应管，所述壳体设置有与其内腔相连通的壳程入口和壳程出口所述汇流管箱的数量为两个，两个汇流管箱分别设置于所述壳体的两端，所述壳体与所述汇流管箱可拆卸连接。
11.在此基础上，用作物料入口的汇流管箱的箱体与壳体顶部持平，用作物料出口的汇流管箱的箱体与壳体底部持平。这种结构有利于反应后的物料排空。
12.在此基础上，所述反应管内插有内扰件。
13.所述内扰件包括两个扰流片；所述扰流片为长方形的长条板片，在扰流片的一个
长侧边上形成有若干个内凹的插接槽，相邻的两个插接槽之间形成第一扰流臂；两个扰流片以十字交叉的方式插接，一个扰流片的第i 个插接槽内插接有另一个扰流片的第y个第一扰流臂，与第i个插接槽相邻的两个第一扰流臂插入到另一个扰流片的第y个第一扰流臂两侧的插接槽内。这种内扰件结构简单，制作容易，同时扰流效果好。
14.在此基础上，所述内扰件的两个扰流片的中心线重合。所述内扰件沿两个扰流片的重合的中心线为中心呈螺旋状。这种螺旋状的内扰件能够增大反应流体在反应管中的湍流程度，具有更好的扰流效果。
15.在此基础上，为了进一步增大反应流体在反应管中的湍流效果，所述扰流片的另一长侧边上形成有若干个内凹的扰流槽，相邻的两个扰流槽之间形成第二扰流臂。
16.在此基础上，任意一个扰流片上的插接槽与另一个扰流片上的第一扰流臂互补。此外，任意一个扰流片上的扰流槽与另一个扰流片上的第二扰流臂互补。这种结构可以节省生产内扰件的成本，以不锈钢板为例，在不锈钢板上切割出一个第一扰流臂的同时，会有一个与第一扰流臂互补的插接槽被切割出来。任意一个扰流片上的插接槽与另一个扰流片上的第一扰流臂形成互补。同样的方式，在不锈钢板上切割出一个第二扰流臂的同时，会有一个与第二扰流臂互补的扰流槽被切割出来。
17.在此基础上，所述扰流片为切割一体成型。
18.在此基础上，所述扰流片的材质可以为不锈钢、钛、哈氏合金、双相钢、蒙乃尔合金或钽材等。
19.在此基础上，所述第一扰流臂和第二扰流臂上设置有若干个通孔。通孔能够增加物料在流动过程中混合碰撞次数，从而提高流体流动时的湍流程度。
20.在此基础上，所述插接槽的形状为长方形或梯形。所述插接槽的形状为梯形时，长底边靠近扰流片的中心线。梯形插接槽和梯形第一扰流臂的底角处能够进一步提高物料的混合效率，同时梯形插接槽能够对与其组合固定的另一扰流片的梯形第一扰流臂进行限位，从而提高两个扰流片在组合固定时的效率。
21.本实用新型能够将卧式多线并行反应器反应管内的物料及汇流管箱内的物料排空，又能够保证物料在箱体，箱体管道以及反应器内部同当量，有效的控制内部流速，将物料均匀分配到各反应管，防止出现反应分散尺度急剧变化，保证反应器内部反应的稳定性。同时，使用本实用新型中所述汇流管箱的反应器的反应管内插有内扰件，有利于提高物料的反应效率。
附图说明
22.图1为实施例1中汇流管箱的结构示意图；
23.图2为实施例1中从图1的a-a视角的剖面结构示意图；
24.图3为实施例2中反应器的结构示意图；
25.图4为图3中反应器从右侧视角的结构示意图；
26.图5为从图3的b-b视角的剖面结构示意图；
27.图6为实施例2中反应管内设置有内扰件的立体视角结构示意图(内扰件没有螺旋)；
28.图7为实施例2中所述的内扰件的一种结构立体视角示意图；
29.图8为实施例2中所述的内扰件的爆炸示意图；
30.图9为图7中的内扰件的另一视角结构示意图；
31.图10为图9中内扰件d部分的放大示意图；
32.图11为图9中内扰件箭头方向视角的结构示意图；
33.图12为实施例2中所述的内扰件的立体视角结构示意图；
34.图13为实施例2中所述的内扰件的扰流片的一种结构示意图(插接槽为长方形)；
35.图14为实施例2中所述的内扰件的扰流片的一种结构示意图(插接槽为梯形)；
36.图15为实施例2中所述的内扰件的扰流片的一种结构示意图(带有通孔)；
37.图16为实施例3中所述的内扰件的扰流片一种切割制备方法示意图；
38.图17为实施例3中所述的内扰件的扰流片另一种切割制备方法的示意图；
39.图18为实施例4中所述的内扰件在反应管中的有限元分析模拟结果。
具体实施方式
40.为更进一步阐述本实用新型为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
41.实施例1
42.如图1和图2所示，一种卧式多线并行反应器用汇流管箱，包括箱体 1和与箱体1连通的箱体管道2；所述箱体1为偏心异径管：与箱体管道 2连接的一端管径小于与远离箱体管道2一端的管径；同时，箱体1两端面的中点与箱体1的中心不共线；
43.所述箱体1远离箱体管道2的一端设置有第一固定网5，所述箱体1 与所述第一固定网5通过螺栓、卡扣等方式可拆卸连接；
44.所述箱体1靠近箱体管道2的一端固定有第二固定网6，所述第一固定网5与所述第二固定网6内设置有填充物3。
45.由于使用汇流管箱作为反应容器的反应物，通常要求反应物具有稳定流速，而汇流管箱的箱体1为偏心异径管，流量不变的情况下，流速在箱体1内会随箱体内径大小发生改变，流速不稳定；因此，将填充物设置于第一固定网5与第二固定网6之间，所述填充物3可以为内衬球，所述内衬球有若干个，若干个内衬球之间的相对位置固定且存在空隙，且相对于箱体1、第一固定网5及第二固定网6的相对位置固定。从理论上讲，设置有填充物3的箱体1内液体通过的等效管径与所述箱体管道2的管径大小相同是最优选的方案，但实际生产过程中很难实现大小完全相同。本实施例中以箱体管道2为dn25为例进行说明，所述箱体1为两端开口分别为dn25和dn30的锥体，箱体1内填充内衬球后，使箱体1内液体通过的等效管径从理论上大小达到dn25，液体进入箱体1后沿内衬球之间的空隙流动。这种结构能够保证箱体管道、箱体内部同当量，有效的控制内部流速，使物料均匀的分散，防止出现反应分散尺度急剧变化，以保证后续反应的稳定性。
46.对于需要催化剂的特殊反应，所述填充物3也可以为固体催化剂，固体催化剂的设置方式与内衬球的形式一致，不再赘述。
47.实施例2
48.如图3-图5所示，一种卧式多线并行反应器，包括壳体11、反应管 12、管板13及实
施例1中的卧式多线并行反应器用汇流管箱，所述汇流管箱的数量为两个，两个汇流管箱分别设置于所述壳体11的两端，所述壳体11与所述汇流管箱可拆卸连接；
49.具体的，如图3所示，用作物料入口的汇流管箱的箱体1与壳体11 顶部持平，用作物料出口的汇流管箱的箱体1与壳体11底部持平，这种结构有利于反应后的物料排空。
50.所述壳体11内腔中设置有多根并联反应管12，所述反应管12为直管，每根反应管12的两端分别连接于位于壳体11两端的管板13上：物料自物料入口流入后，经反应管12的一端流入，另一端流出，最后由物料出口收集反应完成的物料，多根反应管12内的物料互不干扰；
51.所述壳体11设置有与其内腔相连通的壳程入口14和壳程出口15，所述壳程入口14和壳程出口15分别用于载冷剂的流入和流出。
52.这种结构的卧式多线并行反应器中的反应物在反应物从物料入口经汇流管箱流入反应管的过程中一直能够保持液体流速相对稳定，能够避免反应过程中其他因素的干扰，以满足对反应条件具有高要求的使用需要。同时能够确保反应后的物料尽可能排空，避免反应物在反应器内的残留。
53.在此基础上，如图6所示，所述反应管12内插有内扰件20。
54.如图7-图9所示，所述内扰件20包括两个扰流片21；
55.如图8所示，所述扰流片21为长方形的长条板片，在扰流片21的一个长侧边上形成有若干个内凹的插接槽24，相邻的两个插接槽24之间形成第一扰流臂22；
56.如图8、图9和图11所示，两个扰流片21以十字交叉的方式插接，一个扰流片21的第i个插接槽24内插接有另一个扰流片21的第y个第一扰流臂22，与第i个插接槽24相邻的两个第一扰流臂22插入到另一个扰流片21的第y个第一扰流臂22两侧的插接槽24内。如图12所示，上述的十字交叉指的是两个扰流片插接在一起且两个扰流片相互垂直。
57.这里的i和y并非指的是一个特定的数值，仅是为了清楚说明两个扰流片21的插接方式。
58.如图9和图10所示，扰流片21中，a-c/2＝b+c/2，其中：a为内扰件20的一个扰流片21的插接槽24的深度；c为另一个扰流片21的厚度； b为扰流片21的宽度减去扰流片21的插接槽24深度a；通过这种方式插接在一起的两个扰流片21的中心线重合。插接在一起的扰流片21可以在接触点使用焊接的方式进行进一步的固定，具体的焊接方式不再进行详细描述。
59.为了增大反应流体在反应管中的湍流效果，如图12所示，所述内扰件20沿两个扰流片21的重合的中心线为中心进行旋转，旋转后的内扰件 20呈螺旋状。
60.如图13所示，为了进一步增大反应流体在反应管中的湍流效果，所述扰流片21的另一长侧边上形成有若干个内凹的扰流槽25，相邻的两个扰流槽25之间形成第二扰流臂23。
61.为了便于生产加工，作为一种优选的实施方式，本专利的内扰件20 的扰流片21为切割一体成型。具体的切割方式在下面的实施方式中详细介绍。所述扰流片21的材质可以为不锈钢、钛、哈氏合金、双相钢、蒙乃尔合金或钽材等。
62.图13示出了一种扰流片21的插接槽24的形状，具体是一种长方形，图14示出了另一种扰流片21的插接槽24的形状，具体是一种梯形，更具体的是一种等腰梯形，插接槽24的
长底边靠近扰流片21的中心线。梯形的插接槽24和梯形的第一扰流臂22的在底角处能够进一步增加物料的混合效率，同时梯形的插接槽24能够对与其组合固定的另一扰流片21的梯形的第一扰流臂22进行限位，从而提高两个扰流片21组合制作时的效率。
63.本专利附图中的第一扰流臂22和第二扰流臂23的数量是示例性的并非限定性的。在实际应用中根据具体的应用环境进行调整，在此不再赘述。
64.本专利的内扰件20是用于流体反应的反应管中，含有两种或两种以上的化合物的流体在反应管中流动过程中，经过充分的混匀，可以获得更好的反应效果，基于这一目的，如图15所示，在上述的内扰件20的扰流片21上的第一扰流臂22和第二扰流臂23上设置有若干个通孔26，通孔 26能够增加物料在流动过程中混合碰撞次数，用于增加流体流动时的湍流效果。
65.在充分实现了本专利的内扰件20扰流效果的基础上，本专利的内扰件20的另一个很大的优点是可以节省生产内扰件20的成本，使用的方法是切割一体成型，以不锈钢板为例，在不锈钢板上切割出一个第一扰流臂 22的同时，会有一个与第一扰流臂22互补的插接槽24被切割出来。任意一个扰流片21上的插接槽24与另一个扰流片21上的第一扰流臂22形成互补。同样的方式，在不锈钢板上切割出一个第二扰流臂23的同时，会有一个与第二扰流臂23互补的扰流槽25被切割出来。
66.实施例3
67.如图16所示，实施例2中提到的内扰件20的扰流片21为切割一体成型，具体是通过以下方式制备出来的：
68.步骤1：
69.在方形板上按第一预设线路
①
完成第一次切割；
70.如图16中x-2所示，切割完成后，得到第一个扰流片21-1；
71.在第一个扰流片21-1的一个长侧边上切割出若干个内凹的插接槽 24，相邻的两个插接槽24之间形成第一扰流臂22；
72.切割出第一个扰流片21-1的同时，会在方形板上形成一个与第一个扰流片21-1上的插接槽24和第一扰流臂22互补的边缘；
73.步骤2：
74.步骤1完成后，按照第二预设线路
②
完成第二次切割；
75.如图16中x-3所示，第二次切割完成后，得到第二个扰流片21-2；
76.两次切割得到的扰流片的互补；可以直接使用第一个扰流片21-1和第二个扰流片21-2进行组装、焊接，制备出一个内扰件20。
77.步骤3：
78.如图16中x-4所示，按照步骤1和步骤2的顺序继续切割两次，分别得到第三个扰流片21-3和第四个扰流片21-4；按照步骤1和2的顺序依次切割，得到若干个扰流片21；
79.第一预设线路、第二预设线路指的是切割比如：激光切割的线路，线路不是固定不变的，第一预设线路是由所要得到的扰流片21的宽度e图 17中x-1所示、插接槽24的深度a、扰流片21的厚度c所决定的，其中a-c/2＝e-a+c/2；其中a和c如图10中所示
80.步骤4：组装
81.从切割下的扰流片21中任选两个，将一个扰流片21的第一扰流臂 22插入到另一
个扰流片21的插接槽24内，两个扰流片21以十字交叉的方式插接，完成组装，组装后，可以在两个扰流片21相接触的位置进行焊接固定，制备出一个内扰件20。
82.作为一种优选的方案，上述方法制备的内扰件20以其中心线为轴进行旋转，使内扰件20整体呈螺旋状。
83.作为一种优选的方案，切割前，先在方形板上冲压出若干通孔26。
84.图17展示了第二预设线路
②
为直线的切割方式。
85.为了获得一个扰流效果更好的内扰件20，第二预设线路
②
可以使用非直线的切割方式，比如与第一预设线路
①
相似，通过第二预设线路
②
切割，在第一扰流臂22的对侧长边上形成若干内凹的扰流槽25和第二扰流臂23。具体的，如图17所示。按照图12的方式切割时，在上述步骤1 之前，先在方形板上按第二预设线路
②
完成第一次切割；此次切割会在方形板上留下带有扰流槽25和第二扰流臂23的长边缘；之后再按照步骤1 的方式，进行切割，得到一个一侧为插接槽24和第一扰流臂22，另一侧为扰流槽25和第二扰流臂23的扰流片。
86.如图16和图17所示，在第一预设线路都相同的情况下，在相同尺寸的方形板上进行切割时，采用图17的方式要比图16的方式得到更多的扰流片，因此，图17的切割方式在提高了扰流片21扰流效果的同时，有效的节约了材料成本。
87.实施例4
88.在实施例2的基础上，如图18所示，建立规格为φ10*1*500mm(φ 10指的是反应管外径，1指的是反应管壁厚，500指的是反应管长度)的反应管和规格为7.8*1*500mm(7.8指的是扰流片宽度，1指的是扰流片厚度，500指的是内扰件的长度，每个扰流片的扰流槽和第二扰流臂尺寸均为2*1*5mm，插接槽和第一扰流臂的尺寸均为4.4*1*5mm)的内扰件的三维模型，并导入ansys fluent软件中进行扰流实验：以内扰件20沿两个扰流片21重合的中心线为旋转中心，旋转后，同一扰流片21上相邻的第一扰流臂22之间呈15
°
夹角。图18中的左图示出的是反应管入口的温度参数，图18中的右图示出的是反应管出口的温度参数，上述结果进一步验证了本专利的反应管12内插入的内扰件20混合效率高。
89.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。