一種HPPO新型反應器的制作方法

本實用新型涉及用過氧化氫氧化丙烯制備環氧丙烷的反應器。

背景技術：

環氧丙烷是重要的化工原料,其傳統的生產方法有氯醇法、間接氧化法(共氧化法)和異丙苯法，然而此類方法有使用有毒原料、工藝復雜及污染環境等缺點。用過氧化氫氧化丙烯制備環氧丙烷的方法(簡稱HPPO反應)，其原料為雙氧水和丙烯，產物為環氧丙烷和水，溶劑為甲醇，反應過程副產物少、無污染，且后續分離純化過程簡單，因此得到廣泛關注。

HPPO反應具有放熱量大、反應迅速、溫度敏感且冷卻水量大的特點。基于不同系列的催化劑，HPPO反應的放熱量為700～1400MJ/h/m3,適宜反應溫度在30～60℃，所需冷卻水量為反應物料流量的10～30倍，冷卻水溫30～40℃。由于冷卻水與反應物料的溫差較小，且反應側物料流速緩慢，傳熱系數低，因此要求反應器的傳熱能力強。

專利號為“CN 104841339 A”、申請號為“201510180542.6”、名稱為“一種用于合成氣制乙二醇工藝的新型加氫反應器”的發明公開了一種用于合成氣制乙二醇工藝的新型加氫反應器，該反應器包括反應器外殼、換熱板對束、冷卻介質分配總管和支管、冷卻介質收集總管和支管；所述的反應器外殼底部設有冷卻介質入口，頂部設有冷卻介質出口，所述的換熱板對束一端通過冷卻介質分配總管和支管連接反應器外殼的冷卻介質入口，另一端通過冷卻介質收集總管和支管連接反應器外殼的冷卻介質出口。所述的換熱板對束由多個換熱板對組成，各換熱板對內為板程，相鄰換熱板對之間裝填催化劑，為殼程，草酸二甲酯和氫氣原料氣進入反應器后走殼程，并經催化劑催化反應生成乙二醇，冷卻流體走板程，帶走反應放出的熱量。但是其劣勢如下：管壁光滑且直，冷卻水側和反應物料側皆易形成邊界層，傳熱效率低；由于管心距的限制，不能通過增加水流速達到增加水側傳熱系數的目的；因放熱量大且溫度敏感，因此往往選擇較小的管徑，造成壁面效應增大，催化劑裝填的不均勻性增加。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于克服現有技術的不足，提供一種傳熱效率高的反應器。

為達到以上目的，本實用新型提供了一種HPPO新型反應器，包括上封頭、下封頭、殼體和換熱組件，所述的換熱組件包括換熱板對，換熱板對平行排列，換熱板對內形成冷卻水管道，換熱板對與反應器殼體外連通的冷卻水管焊接；所述的換熱板對由兩張金屬板片通過焊接形成一個密閉的板程腔體，所述板片表面凹凸起伏。

表面凹凸起伏的板片使得板程內流體的流行擾亂，加強水的對流傳熱。而板程和殼程的板片使得物料介質在較小流速下就可以達到湍流狀態，不易形成邊界層，而邊界層是傳熱過程中的主要熱阻。表面凹凸不平的方式為領域內常用的手段。

優選的，所述的金屬板片表面規則地分布焊點。

優選的，所述的換熱板對之間裝填有催化劑，催化劑下端鋪墊不同規格的瓷球，瓷球填滿下封頭空隙，催化劑上端同樣平鋪一定厚度的不同規格的瓷球。

優選的，小瓷球的粒徑較催化劑的粒徑相當或稍大。

優選的，鋪設于催化劑上端的大瓷球的上端用絲網和格柵固定。

上述催化劑裝填在換熱板對之間，催化劑下端鋪墊不同規格的瓷球，瓷球填滿下封頭的所有空隙，先填大瓷球，起到支撐作用，后裝小瓷球，小瓷球的粒徑較催化劑的粒徑相當或稍大，防止催化劑漏入瓷球空隙內。催化劑上端同樣平鋪一定厚度的不同規格的瓷球，先鋪小瓷球，后鋪大瓷球。大瓷球上端分別用絲網和格柵固定。

優選的，所述的換熱板對之間設置熱電偶組，熱電偶組豎直放置或水平方式；熱電偶組豎直放置時，熱電偶套管從上封頭插入；熱電偶組水平放置時，熱電偶套管從反應器筒壁插入。

板對之間設置熱電偶組，用于測量催化劑床層的溫度。熱電偶組可以豎直放置或水平放置，豎直放置時，熱電偶套管從上封頭插入；水平放置時，熱電偶套管從反應器筒壁插入。反應熱電偶組包含多個熱電偶，分別測量反應器不同高度的溫度和不同水平位置的溫度。

優選的，換熱板對的間距在10～50mm之間。

換熱板對的面積根據反應放熱和傳熱系數而定，板對間距離在10～50mm之間。

優選的，所述的上封頭設置物料出口、安全閥及人孔，下封頭設置物料入口和卸料口；反應器殼體上有冷卻水入口和冷卻水出口，冷卻水入口與分配管相連，將冷卻水分布到換熱板片中。

上封頭設置安全閥，防止超溫超壓時，物料爆炸或泄漏。

下封頭設置卸料口,瓷球和催化劑通過卸料口卸出。

物料入口內設置過濾框，防止瓷球及催化劑進入管道。

優選的，所述的物料入口內設置過濾框。

優選的，所述的殼體上設置膨脹節。

本實用新型的HPPO反應器，換熱板對可以從兩個方面提高兩側物料的傳熱系數，一方面是板程內焊點對流體的流型直接起破壞擾亂作用，加強水的對流傳熱，另一方面是板程和殼程的板片壁面均是凹凸不平的，此形狀使得物料介質在較小的流速下就可以達到湍流狀態，不易形成邊界層，而邊界層是傳熱過程中主要熱阻。

由于該反應器所需的冷卻水量非常大，若采用總管與支管結合的方式，則選用DN15～DN28的支管，一張板片上需要5～10個支管才能滿足供水量，造成排管、焊接、催化劑裝填等系列問題。故使用總管直接與板片焊接的新技術，既能滿足水量大的情況，結構又簡單，其總管與支管的結合方式可參見背景技術中的專利。

本反應器內不需要安裝液體分布器。一方面是因為反應物為液體，且流速非常緩慢，催化劑浸泡在反應液中，不存在分布不均的現象；另一方面是因為下封頭內的瓷球不僅起到固定支撐催化劑的作用，還起到反應物料擾流分配的作用。

與現有技術相比，本實用新型具有以下優點：

一、熱量移走快。換熱板對表面凹凸不平，強化了兩側流體的對流傳熱；可以根據放熱量及溫度范圍的要求，任意調節板對的間距、焊接點密度及表面凹凸幅度，使得反應熱快速移走，反應過程穩定，產品性能穩定，催化劑壽命延長。

二、冷卻水管與板對新的連接形式同時滿足水量大和結構簡單的要求。在總的水管上直接開口與板對進行焊接的新形式，可以省掉盤根錯節的大量支管，減少焊接量及腐蝕斷裂等后續可能發生的問題，并給催化劑裝填預留足夠空間。

三、該新型反應器的體積相對較小，有利于設備大型化。由于管心距等制造要求，列管式反應器的催化劑裝填率通常不超過50％，而該新型反應器的催化劑裝填率可以達到60％～80％，反應器體積大大減小，有利于提高單臺反應器產量，有利于設備大型化。

四、催化劑裝填簡便且均勻密實。列管式反應器內反應空間被分成成千上萬個圓柱型局部空間，在該HPPO新型反應器內，換熱板對將反應空間分成幾十或幾百個等寬等高的局部空間，而空間越少越大，壁面效應越不明顯，催化劑裝填過程中越不易搭橋，裝填越均勻密實。

附圖說明

圖1是本實用新型HPPO新型反應器剖視圖；

圖2為本實用新型中換熱組件軸側圖；

圖3為本實用新型中換熱板對正視圖；

其中：

1-物料入口 2-物料出口 3-殼體

4-冷卻水入口 5-冷卻水出口 6-分配管

7-冷卻水收集管 8-換熱板對 9-安全閥

10-卸料口 11-過濾框 12-焊點

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施例，對本實用新型做進一步說明。

如圖1至圖3所示的一種HPPO新型反應器，該反應器包括上封頭、下封頭、殼體3和換熱組件等，換熱組件包括換熱板對8和冷卻水管道。催化劑裝填并固定在換熱板對8之間。上封頭設置物料出口2、安全閥9及人孔。上述上封頭設置安全閥，防止超溫超壓時，物料爆炸或泄漏。下封頭設置物料入口1和卸料口10。上述下封頭設置卸料口10,瓷球和催化劑通過卸料口10卸出，下封頭物料入口內設置過濾框11，防止瓷球及催化劑進入管道。殼體3下方有冷卻水入口4，上方有冷卻水出口5，殼體3上設置膨脹節。來自預混合器的液體反應物從反應器底部物料入口1進入反應器，在催化劑床層進行反應；冷卻水從反應器下部冷卻水入口4的水管進入，由冷卻水分配管6分布到每個換熱板對8中，與反應物料成并流換熱。

上述換熱板對8由兩張金屬板片通過焊接形成一個密閉的板程腔體，板片上有規則地分布焊點12，使得板片表面凹凸起伏。換熱板對8平行排列，與反應器殼體3外連通的冷卻水管直接焊接。換熱板對8之間裝填催化劑，供反應物料通過，換熱板對8內則為冷卻水通道。換熱板對8的面積根據反應放熱和傳熱系數而定，板對間距離在10～50mm之間。

上述催化劑裝填在換熱板對8之間，催化劑下端鋪墊不同規格的瓷球，瓷球填滿下封頭的所有空隙，先填大瓷球，起到支撐作用，后裝小瓷球，小瓷球的粒徑較催化劑的粒徑相當或稍大，防止催化劑漏入瓷球空隙內。催化劑上端同樣平鋪一定厚度的不同規格的瓷球，先鋪小瓷球，后鋪大瓷球。大瓷球上端分別用絲網和格柵固定。

上述板對之間設置熱電偶組，用于測量催化劑床層的溫度。熱電偶組可以豎直放置或水平放置，豎直放置時，熱電偶套管從上封頭插入；水平放置時，熱電偶套管從反應器筒壁插入。反應熱電偶組包含多個熱電偶，分別測量反應器不同高度的溫度和不同水平位置的溫度。

上述工作原理：

上述的換熱板對8可以從兩個方面提高兩側物料的傳熱系數，一方面是板程內焊點12對流體的流型直接起破壞擾亂作用，加強水的對流傳熱，另一方面是板程和殼程的板片壁面均是凹凸不平的，此形狀使得物料介質在較小的流速下就可以達到湍流狀態，不易形成邊界層，而邊界層是傳熱過程中主要熱阻。

由于該反應器所需的冷卻水量非常大，若采用總管與支管結合的方式，則選用DN15～DN28的支管，一張板片上需要5～10個支管才能滿足供水量，造成排管、焊接、催化劑裝填等系列問題。故使用總管直接與板片焊接的新技術，既能滿足水量大的情況，結構又簡單。

本反應器內不需要安裝液體分布器。一方面是因為反應物為液體，且流速非常緩慢，催化劑浸泡在反應液中，不存在分布不均的現象；另一方面是因為下封頭內的瓷球不僅起到固定支撐催化劑的作用，還起到反應物料擾流分配的作用。

以上已對本實用新型創造的較佳實施例進行了具體說明，但本實用新型創造并不限于所述的實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本實用新型創造精神的前提下還可以作出種種等同的變型或替換，這些等同變型或替換均包含在本申請權利要求所限定的范圍內。