專利名稱：板式熱交換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及用于化學反應器的熱交換單元的熱交換器。
具體而言，本發(fā)明涉及具有大體為盒狀的扁平結構的板式熱交換器，所述扁平結構具有限定內室的大體為平行六面體矩形構造，并且所述板式熱交換器包括用于使熱交換工作流體進入和離開所述室的入口連接件和出口連接件、以及在所述結構中的長側延伸的所述室中的所述工作流體的分配器管。
本發(fā)明也涉及包括多個上述類型的板式熱交換器的熱交換單元。
背景技術：
已知，為了獲得例如氨、甲醇、甲醛的合成反應或苯乙烯合成反應等放熱或吸熱化學反應的最佳完成，必須去除熱，或將熱供給外部環(huán)境，通常供給催化床，以控制在事先計算的理論值的受限范圍內的溫度。
也已知道，對于此目的，適用包括多個板式熱交換器的熱交換單元，所述單元布置在所述催化床中；板式熱交換器舉例來說由熱交換器流體在徑向上或縱向上從內部傳過。
從入口連接件進入的熱交換工作流體供給分配器管；接著工作流體由在出口連接管中結束的收集管收集。
已知，為了擁有良好的熱交換單元性能，優(yōu)選的是，使上述分配器管和收集管熱絕緣，以防止任何穿過上述管的熱交換工作流體和板式熱交換器外部的反應物流體之間的所謂的寄生熱交換。
這樣的寄生熱交換舉例來說在放熱反應中引起流過分配器管的熱交換工作流體的不理想的加熱，沿板式熱交換器的長側的總長度(此長度有時是相當大的)產生不均勻的溫度場，從而在催化床中產生不均勻的溫度場。換言之，寄生熱交換影響進入板式熱交換器的熱交換工作流體，使得所述流體在板式熱交換器的不同高度處具有不同溫度，從而使反應效率變差。
并且，只要涉及寄生熱交換，則必須考慮流速影響。在放熱反應的情形下，隨著分配器管中的熱交換工作流體的不斷前進，所述熱交換工作流體由板式熱交換器外部的流體加熱。由于穿過正在討論的管中的流體的流速減小，所以離開分配器管的入口連接件或離開收集管的出口連接件越遠，則這種效果就越強。
因此，由于在分配器管和收集管內流動的熱交換工作流體的流速減小，所以在圍繞這些管的催化床中產生不均勻的熱交換，阻止這些區(qū)域中的理想的溫度控制。
在現(xiàn)有技術中，為了獲得這種熱絕緣，已經提出用低導熱涂層覆蓋分配器管和收集管。通常使用陶瓷涂層，同時基體(base)用例如鋯、釔、氧化鋁、鈰、氧化鎂及其混合物形成。
根據上述示意性描述形成的化學反應器熱交換單元的板式熱交換器提供了很好地滿足此目的的優(yōu)良的熱絕緣。相反，在許多情形下，已經證明，甚至對于熱交換的正確工作的工作需要來說太完美了。

發(fā)明內容
構成本發(fā)明的基礎的問題是提供一種能滿足上述要求的用于化學反應器的熱交換單元的板式熱交換器，所述板式熱交換器同時能簡化工作方式和避免關于現(xiàn)有技術描述的上述缺陷。
根據本發(fā)明，通過上述類型的熱交換器解決此問題，所述熱交換器的特征在于，所述分配器管包括一個在另一內設置的第一管和第二管，在所述管之間，分別設置外管和內管，限定在一側上通過設置在所述分配器管的外管中的多個開口與所述室流體連通和在另一側上與相同分配器管的內管流體連通的間隙，所述內管液壓地連接至用于所述熱交換工作流體的所述入口連接件。
根據對下面參看附圖描述的作為象征性的而非限制性的實例的本發(fā)明的實施例的描述，根據本發(fā)明的化學反應器的熱交換單元的板式熱交換器的進一步的特征和優(yōu)點將變得顯然。


圖1示意性地表示裝配有熱交換單元的化學反應器的縱截面圖，所述熱交換單元包括根據本發(fā)明的板式熱交換器。
圖2示意性地表示圖1的熱交換單元的板式熱交換器的放大的透視圖。
圖3示意性地表示圖2的細節(jié)的截面圖。
圖4示意性地表示可能獲得根據本發(fā)明的板式熱交換器的變化實施例的元件的截面圖。
圖5示意性地表示圖4的板式熱交換器的部件的截面圖。
圖6示意性地表示在裝配步驟期間包含在熱交換器的變化實施例中的分配器管的截面圖，圖5的部件用在所述分配器管中。
圖7示意性地表示工作位置中的圖6的分配器管的截面圖。
具體實施例方式
參看附圖，示出根據本發(fā)明的板式熱交換器，所述板式熱交換器整體用20表示，用于化學反應器60的熱交換單元40。
化學反應器60包括柱形殼62，所述柱形殼在相對的端用分別為下底部63和上底部64的底部封閉。在殼62內設置反應環(huán)境69，所述反應環(huán)境包括本質上已知的頂部開口的環(huán)形催化床50，并且側壁上具有用于使反應物流體在徑向上或軸向-徑向上穿過其的孔。
在反應環(huán)境69中，更準確地在催化床50內，熱交換單元40以本質上傳統(tǒng)的方式被支撐，預定浸入圖中未示出的適當的大量催化劑中。所述熱交換單元40具有大體為柱形的構造，并且包括在徑向上彼此并排放置的多個板式熱交換器20。
每個板式熱交換器20都包括大體為盒狀的扁平件22，所述扁平件具有限定內室24的大體為平行六面體的矩形構造；用于使熱交換工作流體進入和離開所述室24的入口連接件28和出口連接件29。
分配器管10和導管11設置在在所述元件22的長側22a和22b處，從一側分別通過多個入口開口26和出口開口27與所述室24流體連通，在另一側上分別通過所述入口連接件28和所述出口連接件29與板式熱交換器20的外部連通。
應指出，作為可選方案，也可僅設置上述分配器管10和收集管的其中之一。
元件22的短側用22c和22d表示。更具體地，每個板式熱交換器優(yōu)選由一對金屬板20a和20b構成，這對金屬板通過周緣焊接件20c形成并列、相互結合、預建立的隔開關系，從而將所述室24限定在這對金屬板之間。
所述熱交換工作流體的入口連接件28和出口連接件29反過來分別與設置在反應器60的上底部64上的開口66和67連接。
根據本發(fā)明的一方面，所述分配器管10和所述收集管11的每個都包括一個設置在另一個內的第一管30、31和第二管32、33。具體而言，分配器管10和收集管11包括分別通過所述多個相應的入口開關26和出口開口27以及內管32和33與所述室24流體連通的外管30和31。
內管32和33以分別用一間隙(內管32和外管30之間的間隙在圖中用30a表示)限定它的方式設置在外管30和31內。內管32和33通過分別分布在所述內管32和33上的多個另外的開口34和35與相應間隙流體連通，并且它通過用于所述熱交換工作流體的所述相應的入口連接件28和出口連接件29與板式熱交換器20的外部流體連通。
優(yōu)選地，外管30和31及內管32和33大體為直線形。
在圖3中所示的實例中，舉例來說具有光滑壁的內管32在入口連接件28下面的部分中具有大體為橢圓形的截面，并且它被插入外管30中，所述外管通常大體為紡錘形，換言之，具有類似于兩個具有相同直徑并且中心之間具有小于所述直徑的距離的圓相交的形式。例如，可通過壓圓形管或通過使用市場上可買到的具有橢圓形截面的管形成橢圓形內管32。應指出，可選地，也可將簡單的圓形截面管作為內管32，因此沒有使其變成橢圓形。
設置在內管32上的開口34通常為圓形，并且具有確保熱交換工作流體的良好分布的直徑。有利地，開口34的直徑可沿內管32的長度變化，以平衡在內管32中流動的流體的壓力損失。
內管32的外部尺寸稍小于外管30包圍的空間的尺寸。換言之，間隙30a在所述紡錘形外管30和所述橢圓形內管32之間形成。更準確地，大體布置在共軸的位置中的內管32和外管30在與軸交叉的方向上被相互限制。
交叉帶(cross-wise tie)由舉例來說通過用從外部向著外管30移動的壓印器(punch)壓印(emboss)外管30自身形成的外管30的內表面上的相對脊部36構成。脊部36的數量優(yōu)選為四，舉例來說全都在外管30的相同高度處，優(yōu)選在橢圓形內管32和紡錘形外管30之間的四個最小距離帶處。應指出，這四個脊部36優(yōu)選在外管30的不同高度處重復，例如外管30的每米處?？蛇x地，脊部36設置在外管30的不同高度處，大致交錯成大體為螺旋形布置。
自然地，有利地是，收集管結構11完全類似于分配器管10的上述結構。
圖4、5、6、和7示出根據本發(fā)明的變化實施例的板式熱交換器120，特別示出所述板式熱交換器120的分配器管110。
必須指出，在所述變化中，結構或功能類似于板式熱交換器120的元件用相同的參考標號表示，并且為了簡潔起見不重復對其進行詳細的描述。
板式熱交換器120包括分配器管110，所述分配器管包括通過所述多個入口開關26與所述室24流體連通的外管130和設置在所述外管130內通過用于所述熱交換工作流體的所述入口連接件28與板式熱交換器120的外部流體連通的內管132，在所述內管132上分布有多個通常為圓形的開口34。
同樣在此情形下，內管132具有大體為橢圓形的外部尺寸，并且被插入具有大體為紡錘形截面的外管30內。
然而，在此變化中，使得內管132從有筋條加強(finning)138(圖4)的圓形管開始，例如通過產生兩個平坦的相對并平行的面132a和132b的銑削步驟從所述圓形管的兩個相對側至少部分地去除筋條加強138。
在其余描述和所附權利要求書中，術語“筋條加強”通常是指從所述圓形管的外表面沿其周緣凸出的凸起部，所述凸起部優(yōu)選為環(huán)形盤狀。
內管132的外部尺寸稍小于外管130包圍的空間的尺寸。換言之，間隙30a在所述紡錘形外管130和所述橢圓形內管132之間形成；更準確地，通過使橢圓形內管132與紡錘形外管130共軸設置，內管132和外管130之間的距離約為幾毫米。
內管132和外管130在與軸交叉的方向上被相互限制。
交叉帶由受限制的接頭(restrained joint)構成。更準確地，內管132插入外管130內，同時兩個平坦面132a和132b大體平行于外管130(圖6)的紡錘的較寬尺寸的方向設置，或換言之，平行于由形成紡錘的兩個圓弧的兩個交叉點限定的弦。在所述插入后，內管132優(yōu)選旋轉約90°(圖7)，直到仍完全有筋條加強的內管132的相對區(qū)132c和132d優(yōu)選在紡錘的上述較寬尺寸的正交方向上阻擋外管130的內壁。
自然地，有利地是，可在熱交換器120中使用的收集管結構完全類似于分配器管110的上述結構。
下而描述根據本發(fā)明的化學反應器的熱交換單元的板式熱交換器的操作。
反應物流體通過上底部64中的開口70進入化學反應器并到達催化床50。這里，多個板式熱交換器20分別根據吸熱或放熱反應供熱或吸熱，這有助于催化床50中化學反應的進行。反應產物通過下底部63的開口71從反應器離開。
熱交換工作流體從入口開口66通過入口連接件28供給每個板式熱交換器20，直到它到達分配器管10。
熱交換工作流體在穿過熱交換室24內部后由收集管11收集，并且通過出口連接件29，到達用于熱交換工作流體的出口開口67。
由于在所述分配器管和收集管的內管(32，33)和外管(30，31)之間形成的間隙，使得實現(xiàn)本發(fā)明的板式熱交換器的分配器管10和收集管11的熱絕緣。
如前所述，內管插入外管內，并且在交叉位置中限制在外管中這種執(zhí)行首先是為了防止內管在外管的內壁上的振動造成的任何損壞。
值得重復的是內管必須自由進入外管，因為，由于這兩種元件通常由奧氏體鋼制成，所以如果得不到一定間隙，則在將內管插入外管內期間容易發(fā)生在這兩個管之間出現(xiàn)卡住的情況。
也應強調，將橢圓形截面管作為內管，以最優(yōu)方式利用外管的紡錘形。
根據本發(fā)明的化學反應器的熱交換單元的板式熱交換器獲得的主要優(yōu)點是以異常簡單而可靠的方式獲得熱絕緣。
另一重要的優(yōu)點是，將分配器管和收集管的外管的外表面完全用作在板式熱交換器中流動的熱交換工作流體和催化劑的反應流體之間的熱交換區(qū)域。事實上，通過向著板式熱交換器的外邊緣指引設置在內管中的開口，熱交換工作流體為了向著所述板式熱交換器的內部流動，必須流經圍繞內管的間隙，這樣，與板式熱交換器外部的反應流體正確交換熱，并且同時保護內管內的熱交換工作流體。
顯然，為了滿足具體和偶然的需要，本領域的技術人員可將改變和修改應用于上述板式熱交換器，然而，這些改變和修改全都落在如所附權利要求書所限定的本發(fā)明的保護范圍內。
權利要求
1.一種用于化學反應器(60)的熱交換單元(40)的板式熱交換器(20，120)，具有大體為盒狀的扁平結構(22)，所述扁平結構具有限定內室(24)的大體為平行六面體矩形構造，并且所述板式熱交換器包括用于使熱交換工作流體進入和離開所述室(24)的入口連接件(28)和出口連接件(29)、以及在所述結構(22)中的長側(22a)延伸的所述室(24)中的所述工作流體的分配器管(10，110)，其特征在于，所述分配器管(10，110)包括第一管(30，130)和第二管(32，132)，在所述管之間一個在另一內分別設置外管(30，130)和內管(32，132)，限定在一側上通過設置在所述分配器管(10，110)的外管(30，130)中的多個開口(26)與所述室(24)流體連通和在另一側上與相同分配器管(10，110)的內管(32，132)流體連通的間隙(30a)，所述內管(32，132)液壓地連接至用于所述熱交換工作流體的所述入口連接件(28)。
2.根據權利要求1所述的板式熱交換器(20，120)，其特征在于，所述間隙(30a)通過設置在其中的多個另外的開口(34)與所述分配器管(10，110)的內管(32，132)連通。
3.根據權利要求2所述的板式熱交換器(20，120)，其特征在于，設置在所述內管(32，132)上的所述另外的開口(34)為圓形。
4.根據權利要求3所述的板式熱交換器(20，120)，其特征在于，所述另外的開口(34)的直徑沿所述內管(32，132)的長度改變。
5.根據權利要求2所述的板式熱交換器(20，120)，其特征在于，所述開口(26)和所述另外的開口(34)沿所述相應的外管(30，130)和內管(32，132)的全部長度分布。
6.根據權利要求1所述的板式熱交換器(20，120)，其特征在于，所述外管(30，130)和所述內管(32，132)大體為直線形。
7.根據權利要求1所述的板式熱交換器(20，120)，其特征在于，所述內管(32，132)具有大體為橢圓形的截面。
8.根據權利要求1所述的板式熱交換器(20，120)，其特征在于，所述外管(30，130)具有大體為紡錘形的截面。
9.根據權利要求1所述的板式熱交換器(20，120)，其特征在于，所述內管(32，132)具有圓形截面。
10.根據權利要求1所述的板式熱交換器(20，120)，其特征在于，它裝配有用于所述工作流體的收集管(11)，所述收集管在所述結構(22)的另一長側(22b)延伸，并且包括第一管(31)和第二管(33)，在所述管之間一個在另一個內分別設置外管(31)和內管(33)，限定在一側上通過設置在所述收集管(11)的外管(31)中的多個開口(27)與所述室(24)流體連通和在另一側上與相同收集管(11)的內管(33)流體連通的間隙，所述內管(33)液壓地連接至用于所述熱交換工作流體出口連接件(29)。
11.一種用于執(zhí)行根據權利要求1所述的板式熱交換器(20，120)的方法，其特征在于，大體共軸設置的所述內管(32，132)和所述外管(30，130)相互在交叉方向上限制到所述軸。
12.根據權利要求11所述的方法，其特征在于，從裝配有筋條加強(138)的圓形管開始形成所述內管(132)，所述筋條加強(138)在兩個相對側至少部分地去除。
13.根據權利要求12所述的方法，其特征在于，通過銑削步驟產生兩個相對并平行的平面(132a，132b)，執(zhí)行所述筋條加強去除。
14.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述內管(132)插入外管(130)內，同時兩個平面(132a，132b)設置為大體平行于外管(130)的紡錘的較寬尺寸的方向，所述內管(132)接著旋轉大約90°，直到仍完全有筋條加強的內管(132)的相對側(132c，132d)阻擋外管(30)的內壁。
15.執(zhí)行根據權利要求11所述的方法的板式熱交換器(20)，其特征在于，交叉帶由外管(30)的內表面的相對脊部(36)構成。
16.根據權利要求15所述的板式熱交換器(20)，其特征在于，所述脊部(36)數量為四個，并且全都設置在外管(30)的相同高度處。
17.根據權利要求16所述的板式熱交換器(20)，其特征在于，這四個脊部(36)在外管(30)的不同高度處重復。
18.根據權利要求15所述的板式熱交換器(20)，其特征在于，所述脊部(36)布置在外管(30)的不同高度處，大致交錯成大體為螺旋形布置。
19.執(zhí)行根據權利要求12所述的方法的板式熱交換器(120)，其特征在于，所述交叉帶由受限制的接頭構成。
20.一種化學反應器(60)的熱交換單元(40)，其特征在于，它包括根據權利要求1所述的多個板式熱交換器(20，120)。
21.一種化學反應器(60)，包括柱形殼(62)，所述柱形殼在相對端用分別為下底部(63)和上底部(64)的底部封閉，在殼(62)內設置反應環(huán)境(69)，所述反應環(huán)境包括其中設置熱交換單元(40)的催化床(50)，其特征在于，所述熱交換單元(40)包括根據權利要求1所述的多個板式熱交換器(20，120)。
22.根據權利要求22所述的化學反應器(60)，其特征在于，所述熱交換單元(40)具有大體為柱形的構造，并且包括以徑向布置彼此并排放置的多個所述板式熱交換器(20，120)。
全文摘要
用于化學反應器(60)的熱交換單元(40)的板式熱交換器(20，120)有利地具有以異常簡單并可靠的方式獲得的熱絕緣，并且具有大體為盒狀的扁平結構(22)，所述扁平結構具有限定內室(24)的大體為平行六面體矩形構造，并且所述板式熱交換器包括用于使熱交換工作流體進入和離開所述室(24)的入口連接件(28)和出口連接件(29)、以及在所述結構(22)中的長側(22a)延伸的所述室(24)中的所述工作流體的分配器管(10，110)，所述分配器管(10，110)包括第一管(30，130)和第二管(32，132)，在所述管之間一個在另一內分別設置外管(30，130)和內管(32，132)，限定在一側上通過設置在所述分配器管(10，110)的外管(30，130)中的多個開口(26)與所述室(24)流體連通和在另一側上與相同分配器管(10，110)的內管(32，132)流體連通的間隙(30a)，所述內管(32，132)液壓地連接至用于所述熱交換工作流體的所述入口連接件(28)。
文檔編號F28F27/02GK1905934SQ200580001612
公開日2007年1月31日 申請日期2005年4月1日 優(yōu)先權日2004年5月24日
發(fā)明者埃爾曼諾·菲利皮, 恩里克·里西, 米爾科·塔羅齊 申請人:卡薩爾甲醇公司