一种内换热式鼓泡塔反应器.pdf

本发明涉及一种内换热式鼓泡塔反应器，该反应器包括鼓泡塔、气体分布器和内换热元件，所述的气体分布器设置在鼓泡塔底部，所述的内换热元件设置在鼓泡塔内浸没在反应物料之间；所述内换热元件包括枕式传热板对和流体分配管，所述的枕式传热板对是由两块金属板通过多点焊接形成可供换热介质进行换热的板程腔体的部件，其两端设有通口分别连接流体分配管。与现有技术相比，本发明具有结构调整灵活、换热效率高、成本低、清洗方便等优点。

权利要求书
1.  一种内换热式鼓泡塔反应器，其特征在于，该反应器包括鼓泡塔、气体分 布器和内换热元件，所述的气体分布器设置在鼓泡塔底部，所述的内换热元件设置 在鼓泡塔内浸没在反应物料之间；所述内换热元件包括枕式传热板对和流体分配 管，所述的枕式传热板对是由两块金属板通过多点焊接形成可供换热介质进行换热 的板程腔体的部件，其两端设有通口分别连接流体分配管。

2.  根据权利要求1所述的一种内换热式鼓泡塔反应器，其特征在于，所述的 内换热元件是由多对枕式传热板对呈圆柱形排布组成，各枕式传热板对之间通过板 对定距件定位，整个内换热元件的直径与鼓泡塔内径相当，与塔体焊接固定，浸没 在整个反应系统中。

3.  根据权利要求1所述的一种内换热式鼓泡塔反应器，其特征在于，所述的 枕式传热板对由两个金属板片通过多点焊接冲压后成型，四周滚边焊密封，仅在两 端各留一通口。

4.  根据权利要求1或2或3所述的一种内换热式鼓泡塔反应器，其特征在于， 所述的流体分配管包括分配总管和分配支管，所述的分配支管分别连接各枕式传热 板对两端的通口，然后连接呈圆盘状的分配总管，分配总管连接换热介质出入口。

5.  根据权利要求1所述的一种内换热式鼓泡塔反应器，其特征在于，所述的 枕式传热板对上均匀设置了多个焊接触点，多个焊接触点交错设置，触点密度为 1500～5000个/m2，触点间距为20～100mm。

6.  根据权利要求1所述的一种内换热式鼓泡塔反应器，其特征在于，所述的 鼓泡塔包括筒体以及设置在筒体上的反应液入口，反应液出口，反应气入口，反应 气出口，换热流体入口，换热流体出口。

7.  根据权利要求6所述的一种内换热式鼓泡塔反应器，其特征在于，所述的 反应气入口设置在筒体底部，经过气体分布器向上流动，逆流换热时反应液入口设 置在筒体上部，顺流换热时反应液入口设置在筒体下部。

8.  根据权利要求1所述的一种内换热式鼓泡塔反应器，其特征在于，所述的 气体分布器型式为多孔板、喷嘴或多孔管。

说明书一种内换热式鼓泡塔反应器
技术领域
本发明涉及一种内换热式鼓泡塔反应器，尤其是涉及一种新型高效内换热式 鼓泡塔反应器。
背景技术
鼓泡塔是在塔体下部装上分布器，将气体分散在液体中进行传质、传热的一种 塔式反应器。最适用于缓慢化学反应系统或伴有大量热效应的的反应系统。此种反 应器形式明显的缺点是：液相有较大的返混；气相有较大的压降。热效应较大时， 可在塔内或塔外设置热交换单元。其中，在塔内设置换热单元能够更直接和有效的 控制反应，并且操作上也更简便。目前，塔内换热元件主要有蛇管和列管，管内 通过冷却或加热介质，对反应系统进行冷却或给热，此种方法虽然有一定的便捷性， 但是换热效率不是很高。此外，对于气液反应来说，气泡的大小直接关系到气液传 质面积，在同样的空塔气速下，气泡越小，说明分散越好，气液相接触面积就越大， 反应进行得就越彻底；改善气泡大小跟流体分布有关，流体分布跟塔内件有很大关 系，对于有内换热元件的反应器形式来说，除了气体分布器，还跟换热内件的结构 有很大的关系。
为了进一步加强换热，一般使流体在湍流情况下进行，此时若增大表观气速会 加快大气泡生成的速率，导致气含率的增长变缓。为了解决这一问题，一般考虑在 鼓泡塔中加入一些横向构件，起到破碎气泡和加强湍动的作用，从而有效地加强气 液的传热。有关文献研究了用针翅管代替光管，针翅管是针形翅片垂直固定在列管 外壁，针翅不仅能加快流体湍动，同时能够改善流体分布，破碎大气泡；但是此种 形式在实际应用中，易造成气体短路，不利于工业放大。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构调整灵 活、换热效率高、成本低、清洗方便的内换热式鼓泡塔反应器。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种内换热式鼓泡塔反应器，其 特征在于，该反应器包括鼓泡塔、气体分布器和内换热元件，所述的气体分布器设 置在鼓泡塔底部，所述的内换热元件设置在鼓泡塔内浸没在反应物料之间；所述内 换热元件包括枕式传热板对和流体分配管，所述的枕式传热板对是由两块金属板通 过多点焊接形成可供换热介质进行换热的板程腔体的部件，其两端设有通口分别连 接流体分配管。
所述的内换热元件是由多对枕式传热板对呈圆柱形排布组成，各枕式传热板对 之间通过板对定距件定位，整个内换热元件的直径与鼓泡塔内径相当，与塔体焊接 固定，浸没在整个反应系统中。可以根据鼓泡塔的大小灵活选择不同的径向板对长 度的枕式传热板对进行排布，并调整各枕式传热板间的间距，板对间距和触点密度 根据换热要求和允许压降值进行调整。
所述的枕式传热板对由两个金属板片通过多点焊接冲压后成型，四周滚边焊密 封，仅在两端各留一通口。
所述的流体分配管包括分配总管和分配支管，所述的分配支管分别连接各枕式 传热板对两端的通口，然后连接呈圆盘状的分配总管，分配总管连接换热介质出入 口。
所述的枕式传热板对上均匀设置了多个焊接触点，多个焊接触点交错设置，触 点密度为200～5000个/m2，触点间距为20～100mm。
所述的鼓泡塔包括筒体以及设置在筒体上的反应液入口，反应液出口，反应气 入口，反应气出口，换热流体入口，换热流体出口。
所述的反应气入口设置在筒体底部，经过气体分布器向上流动，逆流换热时反 应液入口设置在筒体上部，顺流换热时反应液入口设置在筒体下部。
所述的气体分布器型式为多孔板、喷嘴或多孔管。
本发明鼓泡塔反应器在两侧同时加强的换热。冷却或给热介质走换热元件板程 腔体，通过触点连接处和凹凸的板程腔体表面，加强了流体扰动使其处于湍流，强 化了移热或给热效率；反应物系相当于处于换热元件的壳程腔体(相邻枕式传热板 对之间的腔体为壳程腔体)，同样由于板对间的凹凸表面，加强了流体扰动，强化 了换热。
另一方面，气体通过气体分布器进入反应系统后，由于换热元件表面的不平整 性，能在一定程度上使大气泡破碎，由此增加了气液相接触表面积，同时强化了反 应过程和换热过程。
在总体结构上，由于枕式传热板对将整个反应系统空间均匀分隔成若干个通 道，起到了有效的导流作用，使得流体均匀分布在整个空间中；此外，反应系统空 间的分隔也很大程度减少了液体物料的返混，大大提高了反应结果的选择性。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、在合理的结构形式下强化了换热；
触点和凹凸不平的表面强化了两侧流体的扰动，增强了换热效率，增加了单位 体积内的换热面积，减小了相同物料处理量所需的设备体积。同时，由于枕式传热 板对间没有接触点以及枕式传热板对表面没有尖峰角点，通道比较通透，不会使气 体出现短路现象。
二、板对布置可以降低液体返混，增大反应选择性；
由于枕式传热板对将整个反应系统空间均匀分隔成若干个通道，使流体均匀分 布在整个空间中，很大程度减少了液体物料的返混，大大提高了反应结果的选择性。
三、板片结构参数可以灵活调节，适应范围较广；
根据不同的工况要求，可以灵活调节板间距、板对间距和触点密度，达到不同 程度的换热效果。由此可以适应不同反应特性和换热要求的气-液，气-固，液-液等 形式的反应。
四、结构紧凑，不易结垢；
整个换热元件与塔体紧凑连接，无需较多复杂接口；由于触点存在，且流体流 动形式为湍流，由此产生壁面剪切力较大，使换热元件本身有了自清洁功能。
附图说明
图1为本发明枕式换热元件的正面局部结构示意图；
图2为本发明枕式换热元件的侧面局部结构示意图；
图3为本发明整体换热元件的排布示意图；
图4为本发明鼓泡塔反应器的整体结构示意图；
图中标号所示：
a、板片表面，b、板间腔体，c、焊接触点；
1.鼓泡塔壳体，11.反应液入口，12.反应液出口，13.反应气入口，14.反应气出 口，15.换热流体入口，16.换热流体出口，2.枕式传热板对，21.换热流体入口分配 总管，22、换热流体入口分配支管，23.板对定距件，24.换热流体出口收集支管， 25.换热流体出口收集总管，3.气体分布器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1～4所示，一种内换热式鼓泡塔反应器，是由图1，2中的换热元件组和 常规的鼓泡塔巧妙结合而成，形成如图3所示的内换热式鼓泡塔式反应器。所述反 应器包括鼓泡塔、气体分布器和内换热元件，所述的鼓泡塔包括筒体1以及设置在 筒体上的反应液入口11，反应液出口12，反应气入口13，反应气出口14，换热流 体入口15，换热流体出口16。所述的反应气入口13设置在筒体1底部，经过气体 分布器3向上流动，逆流换热时反应液入口11设置在筒体上部，顺流换热时反应 液入口11设置在筒体下部(本实施例中反应液入口11设置在筒体下部)。所述的 气体分布器3设置在鼓泡塔底部，气体分布器型式可根据反应特性分为多孔板、喷 嘴和多孔管等，作用是使气体均匀分布，强化传质、传热。
所述的内换热元件设置在鼓泡塔内浸没在反应物料之间；所述内换热元件包括 枕式传热板对和流体分配管，所述的内换热元件主要是由多对枕式传热板对2呈圆 柱形排布组成，各枕式传热板对2之间通过板对定距件23定位，可以根据鼓泡塔 的大小灵活选择不同的径向板对长度的枕式传热板对2进行排布，并调整各枕式传 热板间的间距，板对间距和触点密度根据换热要求和允许压降值进行调整。整个内 换热元件的直径与鼓泡塔内径相当，与塔体焊接固定，浸没在整个反应系统中。所 述的枕式传热板对2由两个金属板片通过多点焊接冲压后成型，四周滚边焊密封， 形成可供换热介质进行换热的板程腔体b的部件，仅在两端各留一通口分别连接流 体分配管，相邻枕式传热板对2之间以及与鼓泡塔壳体1之间空间形成了气液反应 介质接触流动空间(壳程腔体)。由于点焊使得枕式传热板对2表面平面部分均匀凸 起，板片表面a内外侧均形成了触点，触点密度根据工况可调，对流体进行扰动。 所述的枕式传热板对2上均匀设置了多个焊接触点c，多个焊接触点c交错设置， 触点密度为200～5000个/m2，触点间距为20～100mm。
所述的流体分配管包括分配总管和分配支管，所述的分配支管分别连接各枕式 传热板对两端的通口，然后连接呈圆盘状的分配总管，分配总管连接换热介质出入 口。如3所示，流体分配管包括换热流体入口分配总管21，换热流体入口分配支 管22，换热流体出口收集支管24，换热流体出口收集总管25。换热介质从换热流 体入口15流入，经换热流体入口分配总管21分配到换热流体入口分配支管22， 再分别流入各枕式传热板对2的板程腔体中，经热交换后，从换热流体出口收集支 管24收集，汇流至换热流体出口收集总管25，然后从换热流体出口16流出。
反应液从塔底底部反应液入口11进入反应空间，反应气体从反应气入口13 流入，经过气体分布器3分流后进入反应空间与反应液进行反应，完成反应后液体 由反应液出口12排出，气体由塔顶反应气出口14排出。
以放热反应为例进行说明，反应产生的热量由走板程的冷却介质通过对流换热 带走，根据要求可副产蒸汽，冷却介质由换热流体入口15进入鼓泡塔换热流体入 口分配总管21，经过换热流体入口分配支管22均匀地分配到板间，由下往上的流 动过程即为换热过程；经过换热后的流体(液体或气液混合物)先从每个板对从换 热流体出口收集支管24收集，汇流至换热流体出口收集总管25，然后从换热流体 出口16流出鼓泡塔反应器(气液混合物出塔后再进行气液分离)。
根据反应和换热工况要求，可以灵活调节壳程(即反应空间)和板程的结构参 数。对于反应侧，反应空间的大小可以通过调节板对间的距离任意调整，板对间距 根据板对定距件23来控制；对于换热侧，可以调节板间距来调整板程空间；另一 个可调的是触点密度，如图2-c所示，触点密度与强化传热的效果有关。几个可调 的参数个根据传热要求、允许压降以及介质通过能力进行合理调整，得到一个最有 设计结构参数。