專利名稱：帶攪拌的換熱板傳熱反應器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種帶攪拌的傳熱反應器，尤其是一種適合加氫、聚合、氧化、發酵等有換熱要求的傳熱反應。
背景技術：
反應換熱是在石化、精細化工、生物化工、醫藥化工經常碰到的一種反應現象，典型的應用有催化加氫、氧化、聚合、發酵等過程，其共同的特點是換熱效果顯著影響反應速率的高低及產品質量。反應攪拌過程常伴有放熱或吸熱現象，有時還需要將釜內的物料維持在一定的溫度下，以利于反應進行。這樣就需要對釜內的物料進行加熱或冷卻，因此多數攪拌反應器要 設置傳熱原件。攪拌過程傳熱性能主要取決于傳熱元件，攪拌物料的物性，容器的幾何形狀，攪拌器的結構尺寸與轉速，并根據相應傳熱元件的傳熱系數關聯式計算所需設置的換熱面積。攪拌的目的之一是減小攪拌設備內的物料溫度梯度。這是因為多數伴有熱效應的攪拌過程，往往需要將全(或部分)過程維持在一定溫度下，這樣就存在著對設備內物料的加熱或冷卻過程。攪拌設備傳熱方式中，最常用的是在設備內設置盤管。盤管有橫向的，也有縱向的，國內反應器對于高度放熱的反應多數內置2 3層的內盤管，但在某些劇烈換熱反應情況下，大量盤管的內置減少了有效反應容積的同時，也導致攪拌效果受盤管占用路徑的影響。由于換熱問題得不到有效解決，以至反應速率放慢。這也是為何傳統的反應器反應容積受制約的原因所在。傳統的如氫化反應器一般采用內盤管來進行熱交換。盤管的缺點是熱交換面積受到一定的限制，按容量面積比來計算，最多達到6-7m2/m3，顯然對于一些高放熱的氫化反應是遠遠不足夠的，如硝基或腈基還原等。中國專利文獻CN2617462Y公開了一種高效節能反應釜，采用盤管在反應器內進行換熱。CN202099218U公布專利只提到換熱板，但沒有任何說明。中國專利文獻CN101444715、CN101439275等公開了一些自吸排氣式攪拌反應裝置，大多采用空心攪拌槳與下層攪拌槳的雙層槳結構，空心攪拌槳置于上層以帶入更多的氣體，下槳葉為三葉或四葉推進式攪拌，在反應器中設置擾流板以期更好的混合反應。目前國內各種專利所述的傳熱反應器，沒有專利報道關于換熱板在反應器內代替盤管使用，也沒有專利報道研究將這種換熱板置于容器內這種安裝結構以及和自吸排氣攪拌或實心軸攪拌共同使用。攪拌設備內的流型取決于攪拌方式，攪拌器、釜、擋板等的幾何特征,流體性質以及轉速等因素。在一般情況下，攪拌軸安裝在釜中心時，攪拌將產生三種基本流型切向流、軸向流和徑向流。上述三種基本流型，通常可能同時存在。其中，軸向流與徑向流對混合起主要作用，而切向流應加以抑制，可通過加人擋板削弱切向流，以增強軸向流與徑向流。不同的槳型和槳徑對流型有重要的影響。對氣液分散體系，要求氣體分散造成足夠的相際接觸面，攪拌槽內的氣液傳質大都由液側阻力控制，比界面積越大，傳質能力越強。因此比界面積直接決定了傳質速率，而比界面積又是由氣液分散決定的。當攪拌器沿中心線安裝，攪拌轉動時，液體將隨著槳葉旋轉方向一起運動，為消除攪拌容器內液體的打旋現象，使被攪拌的液體上下翻騰而達到均勻的混合，通常需要再攪拌容器內加擋板。通常擋板的寬度約為容器內直徑的1/12 1/5，其中設備內的附件如溫度計、傳熱蛇管或各種支撐體也可以起到一 定的擋板作用的，但往往達不到“全擋板條件”。通常增加擋板數計其寬度，功率消耗也會增加，但增加到一定值以后，功率消耗就不會再增加。以上現有技術的反應釜內換熱及攪拌反應裝置仍存在以下技術問題I、反應器換熱效果不理想，不能及時將熱量帶走，影響反應效果。2、現有自吸排氣式攪拌槳在氣體分散方面效果不十分理想。3、需要攪拌器能提供較高的氣液分散能力，增加氣體的停留時間。4、為避免形成液體回轉，一般要另外安裝擋板。
發明內容本實用新型針對上述現有技術的不足，通過將換熱板置于反應釜內，同時將換熱板與攪拌器相結合，提供了一種帶攪拌的換熱板傳熱反應器。本發明的具體技術方案是帶攪拌的換熱板傳熱反應器，主要由筒體、安裝于筒體中部的攪拌裝置及設于筒體內的換熱板裝置組成，攪拌裝置包括攪拌軸和設置于攪拌軸上的攪拌槳葉，其特征在于所述換熱裝置主要由設置于筒體內呈扇面排布的若干換熱板組成。換熱板呈擋板狀固定于筒體內，呈扇面排布的換熱板，既能起到換熱作用，又能起到擋板效果。換熱板為由兩張鋼板經過焊接加工，鋼板表面呈現凹凸波紋，含有有利于進行熱交換的凹凸波紋。鋼板四周完全焊接封閉，并帶有換熱介質進出口。換熱總管根據換熱板平均分布，擁有多個換熱介質進出口，各段隔開均勻分布。所述換熱板上含有將換熱介質隔開的焊接線。換熱板換熱介質進出口可以在換熱板同一側或者分別位于換熱板兩側。換熱板與反應器直筒壁之間有間距。換熱板表面可進行拋光處理。所述的換熱板表面焊接點之間間距為O. 5_200mm，換熱介質進出口在換熱板上焊接長度為換熱板高度的1/10-1/2倍。所述換熱板表面焊接點呈雙面凹凸狀或呈單面凹凸起狀。所述換熱板的換熱介質進出口分別位于換熱板同側或兩側。所述換熱板橫截面呈直線平板形或圓弧曲線形。所述換熱板裝置靠近筒體端的相鄰兩塊換熱板之間的間距大于靠近攪拌端相鄰兩塊換熱板之間的間距，換熱板靠近攪拌一端的兩塊換熱板之間的間距為換熱板寬度的1/10-8倍，靠近筒體筒壁一端的兩塊換熱板之間的間距為換熱板寬度的1/5-10倍。所述的換熱板靠近筒體一端與筒體內壁之間的間距為換熱板板寬的1/10-2倍，換熱板靠近攪拌一端與攪拌槳槳葉之間的間距為換熱板板寬的1/10-4倍。[0028]所述換熱板上含有間隔焊接線，將位于同側的換熱介質進出口隔開，焊接線焊接長度占換熱板長度的1/1(Γ4/5。所述攪拌裝置為帶有自吸排氣式功能的攪拌器或者非自吸排氣功能攪拌器。所述空心軸自吸排氣式攪拌器為組合式攪拌器，空心攪拌軸的下部依次設置自吸排氣和非對稱六凹葉式攪拌槳，六凹葉式攪拌槳的葉片對于槳葉圓盤上下非對稱，凹葉與
主軸呈一夾角。
圖I為帶攪拌換的熱板傳熱反應器主視結構示意圖。圖2為換熱板傳熱反應器俯視結構示意圖。
圖3為換熱板結構示意圖。圖4為換熱板圓弧曲線結構示意圖。圖5為換熱板直線平板形結構示意圖。圖6為換熱板雙面凹凸結構示意圖。圖7為換熱板單面凹凸結構示意圖。圖8為換熱板單面凹凸結構示意圖。圖9為換熱介質進出口非同側換熱板結構示意圖。圖10為非對稱六凹葉攪拌器俯視結構示意圖。圖11為非對稱六凹葉攪拌器槳葉結構示意圖。圖12為非對稱六凹葉攪拌器槳葉夾角結構示意圖。圖13為自吸排氣式攪拌反應器流體運動示意圖。圖14為非自吸排氣式攪拌反應器流體運動示意圖。其中，筒體I,非對稱六凹葉攪拌槳2，自吸排氣攪拌3，換熱板4，換熱介質總進口5，換熱介質總出口 6，圓弧曲線換熱板7，換熱介質進總管8，換熱介質出總管9，直線平板換熱板10，換熱介質進出總管間隔11，換熱板焊接點12，換熱介質進出口 13，換熱板焊接線14，換熱板四周焊接線15，換熱介質16，圓弧曲線換熱板夾角α 17，換熱板單面凹凸焊接點18，換熱板單面凹凸焊接點19，換熱介質進出口非同側換熱板20，非對稱六凹葉攪拌圓盤21，非對稱六凹葉攪拌槳葉22，槳葉與主軸夾角β 23，自吸排氣式攪拌空心軸24，氣泡25，實心軸26，攪拌27。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步的描述。帶攪拌的換熱板傳熱反應器，主要由筒體I、安裝于筒體中部的攪拌裝置及設于筒體內的換熱板4組成，攪拌裝置包括攪拌軸24和設置于攪拌軸上的攪拌槳葉2，其特征在于所述換熱裝置主要由設置于筒體內呈扇面排布的若干換熱板4組成。換熱板呈擋板狀固定于筒體內，呈扇面排布的換熱板，既能起到換熱作用，又能起到擋板效果。所述換熱板4為鋼板經焊接和成形等加工工藝制造而成，帶有換熱介質進出口 13的波紋板，鋼板表面有有利于換熱的凹凸波紋，凸起波紋高度不超過15cm。換熱板4是由2塊厚度為O. I 7. Omm的不銹鋼薄板經焊接和成形等加工工藝制造而成，即將2塊相同規格的板片周邊進行焊接封閉，板片中央也有焊接線14，用于控制換熱介質流動軌跡，目的是使換熱板內換熱介質走完全程。換熱板上電焊的焊點12按一定規律排列，焊接點12之間間距為O. 5-200mm，2塊板片被焊接為一體。板面上焊點處下凹，未焊的地方凸起，使傳熱表面呈波紋狀。板片的兩面都是傳熱面，板腔內形成波紋狀流體通道。若有特殊要求，可做成單面凹凸，另一面保持光滑，焊接結構如圖7，8.換熱介質16在換熱板內部呈現湍流狀態，提高了表面換熱系數。換熱板具有換熱系數高，單位換熱面積空間節省。它既具有板式換熱器傳熱效率高、結構緊湊、重量輕的優點，降低能耗，節能效果好。換熱板內部流體運動激烈，形成積垢較少，工作周期長，并便于用化學方法清洗，清洗效率高。由于傳熱系數大、傳熱效率高，實現相同的傳熱量所需要的傳熱元件的面積下降。物料在換熱板4之間的間隔通過，這些波紋使流體不斷改變流動方向，產生旋轉和扭轉，形 成許多微細的渦流，從而使流體內各部分的質點不斷迅速轉移，使熱交換迅速進行；流體的強烈湍流還減少了懸浮微粒在換熱面上的沉積和結垢；換熱板表面壓成波紋也使實際換熱面積增大了許多；所有這些因素都顯著加強了傳熱過程，使它的傳熱系數比一般管式加熱器提高幾倍。換熱板由于其流道的幾何形狀所致，以及二種液體都又很高的熱效率，故可使冷卻水用量大為降低。換熱板4根據不同使用場合，更能優化流體混合效果，在流體攪動時，不會產生混合死角。安裝在筒體內壁的換熱板可把回轉的切向流動改變為徑向和軸向流，改善流體循環，增加揣流程度，改善攪拌效果，同時還能降低攪拌載荷的波動，使功率消耗保持穩定。換熱板4上焊接線優化換熱介質進出口換熱介質流動軌跡，焊接線14焊接長度L2占換熱板長度的1/1(Γ4/5。強迫換熱介質走完換熱板全程，不會發生短路現象。換熱板換熱介質進出口 13管件規格為Φ 5_80mm,同側換熱介質進出口 13間距為換熱板4板寬的1/8-2/3之間。換熱介質進出口 13在換熱板上焊接長度LI為換熱板長度的 1/10-1/2。換熱板4換熱介質進出口 13可以在換熱板同一側或者分別位于換熱板兩側20。換熱板橫截面呈直線平板形10或圓弧曲線形7。圓弧曲線形換熱板7更能有利于攪拌混合。圓弧曲線形換熱板角度17，角度α為20-180度之間。換熱板4靠近筒體端的相鄰兩塊換熱板之間的間距大于靠近攪拌端相鄰兩塊換熱板之間的間距，換熱板靠近攪拌一端的兩塊換熱板之間的間距為換熱板寬度的1/10-2倍，靠近筒體筒壁一端的兩塊換熱板之間的間距為換熱板寬度的1/5-10倍。所述的換熱板4靠近筒體I 一端與筒體內壁之間的間距為換熱板4板寬的1/10-5倍，換熱板靠近攪拌一端與攪拌槳槳葉3之間的間距為換熱板板寬的1/10- 8倍。這樣有利于攪拌混合，不會產生混合死角。換熱板4為由兩張鋼板經焊接加工后，鋼板表面呈現凹凸波紋，鋼板四周完全焊接封閉，并帶有換熱介質進出口 13。每塊換熱板介質進出口 13分別匯集到換熱介質進總管8和換熱介質出總管9上，換熱介質總管進出口從直筒壁引出5，6或者從上下封頭引出。換熱總管可根據換熱板間隔分布，可同時擁有多個換熱介質進出口，各段均勻隔開，由連接件11連接為完整一圈。多個換熱介質進出口使換熱效果得到提高。換熱板4表面凹凸焊接點有如圖雙面凹凸12或單面凸起18，19。[0062]進一步地，在某些有粘度物料或特殊要求場合，同時為提高表面光潔度，換熱板4表面可進行拋光處理。直葉圓盤渦輪背面易形成氣穴而降低效率，而半管葉片的彎曲抑制了氣穴的形成，具有了以下優點載氣能力提高，泛點轉速提高，改善了分散和傳質性能，泵送能力提聞。所述的空心軸自吸排氣式攪拌器24可為組合式攪拌器，上部槳葉為自吸排氣式攪拌3，下部槳葉為非對稱六凹葉攪拌2，下部槳葉的葉片對于圓盤21上下非對稱，槳葉22與主軸呈一夾角23，角度為β，角度范圍為30-90度之間。主要控制因素是剪切強度，軸向推進力，同時也要求有較高的循環量。氣體吸收過程以圓盤式渦輪最合適，它的剪切作用 強，而且在圓盤的下面可以保存一些氣體，使氣體的分散更平穩。進一步地，槳葉22在垂直方向被設計成非對稱形狀，使其對葉輪上下不同的流動進行最佳控制，具有較好的傳質效果和混合均勻性。槳葉22被設計成圓盤21平面上下非對稱結構，使得槳葉22上部外伸部分能擋住上升氣體，而槳葉22深凹面內產生的強烈湍流漩渦則將氣體分散，槳葉22背面無法形成氣腔。槳葉22與主軸呈一定夾角23，使攪拌具有軸向推動力，將固體物如催化劑懸浮。非對稱六凹葉攪拌2較高的氣體分散能力，較大的界面傳質速率，功率消耗隨黏度和氣體流量變化極小。進一步地，優化地，所述的自吸排氣式攪拌槳3與非對稱六凹葉式攪拌槳2之間的距離為自吸排氣式攪拌槳3槳葉直徑的1/4-3倍，所述的非對稱六凹葉式攪拌槳為傾斜軸流式攪拌槳，非對稱六凹葉式攪拌槳2直徑為反應器內直徑的1/5-1/2倍。進一步地，換熱板4還能與非自吸排氣式攪拌26使用，其攪拌直徑為反應器內直徑的1/5-4/5倍。非自吸排氣式攪拌27直徑與換熱板4之間間距為換熱板寬度的1/10-5倍。本實用新型根據流體力學設計的自吸排氣式攪拌槳，具有更高的氣體分散效率，設置于底層的設計配合軸流槳以及外形更符合流體運動的隔熱板，解決了反應器的氣體分散問題，同時改進了傳熱系統，并且具有良好的傳質效率，使產品的收率得到提高。對氨基苯甲醚應用。有效容積為5000L的對氨基苯甲醚反應器，采用雙葉片槳葉式攪拌，釜內盤管換熱，轉速200rpm，反應時間8小時，溶劑投料量為1:5。采用帶換熱板的自吸排氣式攪拌，反應時間縮短為為5小時，溶劑投料量為1:3，產量得到提高，副產物減少，催化劑消耗減少，催化劑壽命得到延長。綜上所述，本發明根據流體力學設計的帶攪拌的換熱板傳熱反應器，更符合流體運動的隔熱板，改進了傳熱系統，同時解決了反應器的氣體分散問題，自吸排氣式攪拌槳，具有更高的吸氣效率，設置于底層的設計配合軸流槳以及外形并且有良好的傳質效率，使產品的得率顯著提高。
權利要求1.帶攪拌的換熱板傳熱反應器，主要由筒體、安裝于筒體中部的攪拌裝置及設于筒體內壁側的換熱板組成，攪拌裝置包括攪拌軸和設置于攪拌軸上的攪拌槳， 其特征在于所述換熱裝置主要由設置于筒體內呈扇面排布的若干換熱板組成。
2.根據權利要求I所述帶攪拌的換熱板傳熱反應器，其特征在于所述換熱板為帶有換熱介質進出口的焊接成形波紋板，鋼板表面含有利于進行熱交換的凹凸波紋。
3.根據權利要求I所述帶攪拌的換熱板傳熱反應器，其特征在于所述的換熱板表面焊接點之間間距為O. 5-200mm，換熱介質進出口在換熱板上焊接長度為換熱板高度的1/10-1/2 倍。
4.根據權利要求I所述帶攪拌的換熱板傳熱反應器，其特征在于所述換熱板表面焊接點呈雙面凹凸狀或呈單面凹凸起狀。
5.根據權利要求I所述帶攪拌的換熱板傳熱反應器，其特征在于所述換熱板的換熱介 質進出口位于換熱板同側或分別位于換熱板兩側。
6.根據權利要求I所述的帶攪拌換熱板傳熱反應器，其特征在于所述換熱板橫截面呈直線平板形或圓弧曲線形，換熱板寬度是筒體直徑的1/5-1/2倍。
7.根據權利要求I所述的帶攪拌的換熱板傳熱反應器，其特征在于所述換熱板裝置靠近筒體端的相鄰兩塊換熱板之間的間距大于靠近攪拌端相鄰兩塊換熱板之間的間距，靠近攪拌一端的兩塊換熱板之間的間距為換熱板寬度的1/10 — 8倍，靠近筒體筒壁一端的兩塊換熱板之間的間距為換熱板寬度的1/5 - 10倍，換熱板與筒壁之間有間隙。
8.根據權利要求I所述的帶攪拌換熱板傳熱反應器，其特征在于所述換熱板上含有將換熱介質隔開的焊接線，形成進出口換熱介質流通軌跡，焊接線焊接長度占換熱板長度的1/10 4/5 倍。
9.根據權利要求I所述的帶攪拌的換熱板傳熱反應器，其特征在于所述攪拌裝置為自吸排氣式攪拌器或者非自吸排氣式攪拌器。
10.根據權利要求9所述的帶攪拌換熱板傳熱反應器，其特征在于所述空心軸自吸排氣式攪拌器為組合式攪拌器，空心攪拌軸的下部依次設置自吸排氣和非對稱六凹葉式攪拌槳，六凹葉式攪拌槳的葉片對于圓盤上下非對稱，凹葉與主軸呈一夾角。
專利摘要本實用新型涉及一種帶攪拌的傳熱反應器，尤其是一種適合加氫、聚合、氧化、發酵等有換熱要求的傳熱反應。主要由筒體、安裝于筒體中部的攪拌裝置及設于筒體內的換熱板裝置組成，攪拌裝置包括攪拌軸和設置于攪拌軸上的攪拌槳葉，其特征在于所述換熱裝置主要由設置于筒體內呈扇面排布的若干換熱板組成。換熱板呈擋板狀固定于筒體內，呈扇面排布的換熱板，既能起到換熱作用，又能起到擋板效果。
文檔編號C12M1/02GK202638419SQ2012202483
公開日2013年1月2日 申請日期2012年5月25日 優先權日2012年5月25日
發明者程豪, 蔡慕邕 申請人:衢州安肯機電設備有限公司