專利名稱：一種急冷混合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種急冷混合器，屬于氣液混合、換熱設(shè)備領(lǐng)域，適用于溫度不同的氣液兩相間的換熱，尤其是一種用于加氫反應(yīng)器內(nèi)熱的液相和氣相與冷氫進(jìn)行混合、換熱的設(shè)備。
背景技術(shù)：
加氫反應(yīng)屬放熱反應(yīng)，特別加氫裂化反應(yīng)過程放熱更多。因此，對(duì)于多床層加氫反應(yīng)器來說，油和氫氣在上一床層反應(yīng)后溫度升高，為了下一床層繼續(xù)加氫反應(yīng)的需要，就必須采用中間加入冷氫的方式來控制溫度，即用冷氫降低反應(yīng)物料溫度。由于加氫反應(yīng)多為高溫、高壓工況，靠增加冷氫輸入量或增加空間，都會(huì)大大增加設(shè)備投資和運(yùn)作成本。因此，冷氫與熱的反應(yīng)物料必須進(jìn)行充分的混合，獲得較好的換熱效率，以便減少內(nèi)件空間，提高反應(yīng)器使用效率，使下一床層可得到更均勻的溫度和物料分布。隨著加氫技術(shù)的進(jìn)步，反應(yīng)器越來越龐大，在催化劑床層徑向截面上換熱不均勻會(huì)導(dǎo)致物料溫度分布不均勻，徑向截面上的溫度分布出現(xiàn)差異，即出現(xiàn)局部過熱，甚至?xí)?dǎo)致催化劑結(jié)焦，不但損害催化劑的性能，反應(yīng)器還出現(xiàn)偏流現(xiàn)象，從而大大降低催化劑的使用周期，同時(shí)還引起反應(yīng)器的操作波動(dòng)。因此，冷氫和高溫反應(yīng)物料高效均勻換熱，使下一床層得到更均勻的床層徑向截面上的溫度和物料分布是充分發(fā)揮催化劑性能以及裝置平穩(wěn)運(yùn)行的前提。
加氫反應(yīng)器中冷氫箱的主要結(jié)構(gòu)型式有蜂窩管式、岐管式、帶齒盒式、繞流式、旋葉式、帶折流式以及抽吸式，其中最常用的是抽吸式冷氫箱。上述結(jié)構(gòu)型式都存在或多或少的缺點(diǎn)或不足，主要體現(xiàn)在混合效果不佳、換熱效率低、壓降大、再分布差等。專利CN2448440Y公開了一種旋流式冷氫箱，該冷氫箱由冷氣管、檔板、半圓形混合通道、切向?qū)Я鞴?、混合箱?gòu)成。專利CN2294771Y公開了一種急冷混合器，該急冷混合器由冷氣管、物流導(dǎo)向盤、環(huán)形節(jié)流板、物流分散盤、弧形混合槽、隔板、物流導(dǎo)向板構(gòu)成。專利CN2167776Y披露了一種并流向下的氣液混合急冷箱，該混合急冷箱由上塔盤、中間混合箱和下篩孔板構(gòu)成。專利US3723072披露了一種急冷箱，該結(jié)構(gòu)為高溫物流通過一環(huán)形截面流入急冷箱，冷氫導(dǎo)入中心區(qū)域的四周開設(shè)若干小孔的圓形箱體內(nèi)，急冷箱與中心區(qū)域的四圓形箱間有圓環(huán)形混合箱，高溫物流與冷氫相向而入，在此完成混合、換熱，底面設(shè)篩板，用于分布物流。專利US38809691披露了一種急冷箱，該結(jié)構(gòu)為設(shè)置錐形受液盤及冷氫管，冷熱相從受液盤的小孔進(jìn)入混合箱，然后從混合箱的側(cè)壁條縫進(jìn)入篩板分配盤。專利US3787189披露了一種急冷箱，該結(jié)構(gòu)為在一隔板(盤)上凸、下吊的帶葉片的急冷箱，上下兩層葉片彎曲方向相反。專利US3502445披露了一種急冷箱，該結(jié)構(gòu)設(shè)置兩個(gè)對(duì)稱的梯形沖擊箱，利用折流、噴濺實(shí)現(xiàn)冷熱物流換熱。
上述冷氫箱設(shè)置各種結(jié)構(gòu)目的是延長(zhǎng)冷熱物流流動(dòng)路程，便于延長(zhǎng)接觸時(shí)間，或擾動(dòng)物流，增加接觸面積，從而實(shí)現(xiàn)冷熱物流的換熱。但這些冷氫箱主要采用冷物流與熱物流并流動(dòng)方式，因?yàn)槔湮锪魇菤庀啵瑹嵛锪髦饕璞焕鋮s的部分是液相，并流方式不易使氣、液兩相充分換熱，特別是液相可能產(chǎn)生溫度不均勻的現(xiàn)象，換熱效率和均勻性需進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明將冷、熱物流進(jìn)行直接混合，并均勻分布，從而提高換熱效率，縮短混合、換熱時(shí)間，達(dá)到減小急冷混合器所占空間的目的。
本發(fā)明急冷混合器結(jié)構(gòu)包括冷氫分布器、鱗片式冷卻盤、布?xì)湎洹⒁悍饷詫m環(huán)及環(huán)形濺板組件；冷氫分布器設(shè)置在布?xì)湎鋬?nèi)，布?xì)湎渖厦嬖O(shè)置鱗片式冷卻盤，布?xì)湎湎旅嬖O(shè)置環(huán)形濺板組件，液封迷宮環(huán)連接在冷卻盤上并與布?xì)湎鋫?cè)壁形成液封排液結(jié)構(gòu)。
木發(fā)明急冷混合器具體部件結(jié)構(gòu)如下冷氫分布器為直管、環(huán)管或耙狀結(jié)構(gòu)，與冷氫進(jìn)口管相通，其下表面或側(cè)面均勻開設(shè)若干個(gè)小孔。鱗片式冷卻盤設(shè)置在冷氫分布器上方，鱗片式冷卻盤外沿開設(shè)完整的圓環(huán)形導(dǎo)流槽，或?yàn)槿舾啥位⌒螌?dǎo)流槽，導(dǎo)流槽是流體流通的通道。在鱗片式冷卻盤表面上設(shè)置若干個(gè)鱗片式折流板，其形狀為U型、倒置V型、矩形、半圓形或其它幾何形狀，邊緣均勻分布若干個(gè)小齒，開設(shè)的縫隙正對(duì)相近的導(dǎo)流槽(縫隙外側(cè)沿反應(yīng)器徑向朝外)，折流板下面有通氣孔。冷氫分布器設(shè)置在布?xì)湎鋬?nèi)，布?xì)湎湓O(shè)置在鱗片式冷卻盤的下面，由內(nèi)、外筒體和底板構(gòu)成，內(nèi)、外筒體的上沿與鱗片式冷卻盤存在環(huán)隙。液封迷宮環(huán)設(shè)置在連接在鱗片式冷卻盤的下面，液封迷宮環(huán)與鱗片式冷卻盤間為密封結(jié)構(gòu)連接，置于布?xì)湎鋬?nèi)、外筒體之間，液封迷宮環(huán)底沿與布?xì)湎涞装宕嬖陂g隙。環(huán)形濺板組件設(shè)置在布?xì)湎湎旅妫舾蓚€(gè)以適當(dāng)寬度和軸向間距的環(huán)形板構(gòu)成錐形，所有的環(huán)形板呈同心圓排列，每個(gè)相鄰的環(huán)形板間在軸向、徑向均存在適當(dāng)?shù)拈g隙，若干個(gè)環(huán)形板由連接件固定成一體，形成倒置有軸向和徑向環(huán)隙的錐體。
本發(fā)明通過設(shè)置冷氫分布器、鱗片式冷卻盤、布?xì)湎浼耙悍饷詫m環(huán)，構(gòu)造了冷氫輸入和分布所需的空間和場(chǎng)所；鱗片式冷卻盤上設(shè)置若干個(gè)鱗片式折流板，其縫隙構(gòu)成冷氫分布通道，盤面為液相的聚集及流動(dòng)場(chǎng)；設(shè)置液封迷宮環(huán)，該液封迷宮環(huán)底沿存在間隙，構(gòu)成急冷混合器集液排泄通道；設(shè)環(huán)形濺板組件，實(shí)現(xiàn)液相的再混合和初分布。通過上述可以看出，本發(fā)明急冷混合器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、安裝方便、氣液相分布均勻。因?yàn)椴缮硕啻蔚睦湮锪髋c熱物流的直接混合錯(cuò)流式接觸，大大提高了換熱效率，并且物流流過該急冷混合器時(shí)壓降較小。本發(fā)明急冷混合器適用于溫度不同的氣液兩相間的換熱，尤其適用于加氫反應(yīng)器內(nèi)熱的液相和氣相與冷氫進(jìn)行混合、換熱。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為俯視圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳述。如圖1、圖2所示，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)由冷氫分布器1、鱗片式冷卻盤2、布?xì)湎?、液封迷宮環(huán)3及環(huán)形濺板組件4組合而成。
冷氫分布器1設(shè)置在布?xì)湎?的內(nèi)部，呈直管、環(huán)狀或耙狀結(jié)構(gòu)，其下表面或側(cè)面均勻開設(shè)若干個(gè)小孔。布?xì)湎?由內(nèi)、外筒體和底板構(gòu)成，吊置于鱗片式冷卻盤2下面；內(nèi)、外筒體的上沿與鱗片式冷卻盤存在環(huán)隙，該環(huán)隙不大于筒體高度的1/5，優(yōu)選不大于1/10，但最好大于1mm。內(nèi)筒高度最好不高于外筒，一般內(nèi)筒高度可以是外筒高度的1/10～9/10，以利于排液。布?xì)湎湟部梢灾挥幸粋€(gè)外筒，在側(cè)壁適當(dāng)位置設(shè)置一個(gè)或幾個(gè)液封排液結(jié)構(gòu)。布?xì)湎涞装暹吘壧幓蚱渌m宜位置開設(shè)若干放凈孔，孔徑一般為0.5～5mm，用于排凈冷氫箱內(nèi)可能存在的液體。設(shè)置鱗片式冷卻盤2，其外沿開設(shè)的環(huán)隙流體通道為完整的圓環(huán)，或?yàn)槿舾啥位⌒瘟黧w通道(流體通道即為流體的導(dǎo)流槽)，該通道為若干段弧形時(shí)，開設(shè)弧長(zhǎng)不小于鱗片式冷卻盤周長(zhǎng)的50％，優(yōu)選值為95％；在適當(dāng)?shù)膮^(qū)域里設(shè)置若干個(gè)鱗片式折流板；鱗片式折流板呈U型、倒置V型、矩形、半圓形或其它幾何形狀，其邊緣均勻分布若干個(gè)齒，齒形呈V型、半圓形或其它幾何形狀，鱗片式折流板與鱗片式冷卻盤面的夾角0.5～10°優(yōu)選2°；開設(shè)的縫隙均正對(duì)相近的導(dǎo)流槽，即若干個(gè)鱗片式折流板呈扇形排布。液封迷宮環(huán)3連接在鱗片式冷卻盤2的下面、置于布?xì)湎?內(nèi)、外筒體之間，并與鱗片式冷卻盤間為密封連接；液封迷宮環(huán)的底沿與布?xì)湎涞牡装宕嬖陂g隙，其結(jié)構(gòu)為環(huán)形或其它任何幾何形狀；其結(jié)構(gòu)為其它任何幾何形狀時(shí)，數(shù)量若干，呈規(guī)則或不規(guī)則排列，其高度不大于布?xì)湎涓叨鹊?/3。若干個(gè)以適當(dāng)寬度和軸向間距的環(huán)形板構(gòu)成錐形，所有的環(huán)形板呈同心圓排列，每個(gè)相鄰的環(huán)形板間在軸向、徑向均存在適當(dāng)?shù)拈g隙，若干個(gè)環(huán)形板由連接件固定成一體，形成倒置有軸向和徑向環(huán)隙的錐體。上層環(huán)形板內(nèi)徑介于相鄰下層環(huán)形板內(nèi)徑和外徑之間，相鄰兩環(huán)形板之間的垂直距離一般為5～400mm。其它結(jié)構(gòu)和具體參數(shù)可以根據(jù)需要按本領(lǐng)域一般知識(shí)設(shè)計(jì)確定。
通過設(shè)置冷氫分布器、鱗片式冷卻盤、布?xì)湎浼耙悍饷詫m環(huán)，上述部件構(gòu)造了冷氫輸入和分布所需的空間和場(chǎng)所；鱗片式冷卻盤上設(shè)置若干個(gè)鱗片式折流板，其縫隙構(gòu)成冷氫分布通道，盤面為液相的聚集及流動(dòng)場(chǎng)；設(shè)置液封迷宮環(huán)，該液封迷宮環(huán)底沿存在間隙，構(gòu)成急冷混合器集液排泄通道；設(shè)置環(huán)形濺板組件，構(gòu)造冷熱兩相再混合的場(chǎng)所，實(shí)現(xiàn)氣液相的再混合、換熱和初分散。
工作時(shí)，液相自上一催化劑床層滴落至鱗片式冷卻盤上，并形成較均勻分布、向鱗片式冷卻盤外沿流動(dòng)的液層，冷氫自反應(yīng)器外通過冷氫分布器輸入到布?xì)湎鋬?nèi)，在氣體壓力的作用下充滿布?xì)湎?，冷氫通過鱗片式冷卻盤與鱗片式折流板間的縫隙吹入到鱗片式冷卻盤上流動(dòng)的液層里，由于鱗片式折流板的邊緣開設(shè)均勻分布若干個(gè)齒，冷氫通過齒間時(shí)形成一串串的氣泡，如同曝氣一般，氣泡穿過液層，與液相混合，進(jìn)行換熱過程。鱗片式折流板的翹起，揚(yáng)起流經(jīng)此處的液相，利于冷氫完成碎流動(dòng)作，便于氣液充分混合。由于在整個(gè)反應(yīng)器截面上分布了若干個(gè)鱗片式折流板，而且鱗片式折流板的布置與液相流動(dòng)的方向一致，這種曝氣式的氣液混合會(huì)在流體流出鱗片式冷卻盤之前會(huì)進(jìn)行若干次，所以，氣液兩相有了充分混合的機(jī)會(huì)，換熱效率高。氣液兩相混合后經(jīng)鱗片式冷卻盤外沿的環(huán)隙流落至環(huán)形濺板組件，液相在冷卻盤外沿形成液膜，冷氫流至環(huán)形濺板組件時(shí)穿過該液膜，使液相碎流，完成再混合過程。冷氫和液相墜落環(huán)形濺板組件，并逐級(jí)噴濺，直至整個(gè)反應(yīng)器截面，液相從環(huán)形板噴濺散落至相鄰的環(huán)形板上，形成分散，冷氫在分散的液滴層穿過，不但完成氣液混合，還實(shí)現(xiàn)初分配功能。經(jīng)過鱗片式冷卻盤的若干次曝氣式混合、換熱，鱗片式冷卻盤外沿環(huán)隙處的碎流、混合，環(huán)形濺板組件引起的混合、換熱等多個(gè)過程，大大提高了換熱效率。
權(quán)利要求
1.一種急冷混合器，其特征在于包括冷氫分布器、鱗片式冷卻盤、布?xì)湎洹⒁悍饷詫m環(huán)及環(huán)形濺板組件；冷氫分布器設(shè)置在布?xì)湎鋬?nèi)，布?xì)湎渖厦嬖O(shè)置鱗片式冷卻盤，布?xì)湎湎旅嬖O(shè)置環(huán)形濺板組件，液封迷宮環(huán)連接在冷卻盤上并與布?xì)湎鋫?cè)壁形成液封排液結(jié)構(gòu)。
2.按照權(quán)利要求1所述的冷氫箱，其特征在于所述的冷氫分布器為直管、環(huán)管或耙狀結(jié)構(gòu)，與冷氫進(jìn)口管相通，其下表面或側(cè)面均勻開設(shè)若干個(gè)小孔。
3.按照權(quán)利要求1所述的冷氫箱，其特征在于所述的鱗片式冷卻盤外沿開設(shè)完整的圓環(huán)形導(dǎo)流槽，或?yàn)槿舾啥位⌒螌?dǎo)流槽。
4.按照權(quán)利要求1所述的冷氫箱，其特征在于所述的鱗片式冷卻盤表面上設(shè)置若干個(gè)鱗片式折流板，其形狀為U型、倒置V型、矩形、半圓形或其它幾何形狀，邊緣均勻分布若干個(gè)小齒，開設(shè)的縫隙沿反應(yīng)器徑向朝外，折流板下面有通氣孔。
5.按照權(quán)利要求1所述的冷氫箱，其特征在于所述的布?xì)湎溆蓛?nèi)、外筒體和底板構(gòu)成，內(nèi)、外筒體的上沿與鱗片式冷卻盤存在環(huán)隙，內(nèi)筒高度不高于外筒。
6.按照權(quán)利要求5所述的冷氫箱，其特征在于液封迷宮環(huán)連接在鱗片式冷卻盤的下面，與鱗片式冷卻盤間為密封連接，置于布?xì)湎鋬?nèi)外筒體之間，液封迷宮環(huán)底沿與布?xì)湎涞装宕嬖陂g隙。
7.按照權(quán)利要求1所述的冷氫箱，其特征在于所述的鱗片式折流板與鱗片式冷卻盤面的夾角0.5～10°。
8.按照權(quán)利要求1所述的冷氫箱，其特征在于所述的環(huán)形濺板組件由若干個(gè)以適當(dāng)寬度和軸向間距的環(huán)形板構(gòu)成錐形，所有的環(huán)形板呈同心圓排列，每個(gè)相鄰的環(huán)形板間在軸向、徑向均存在適當(dāng)?shù)拈g隙，若干個(gè)環(huán)形板由連接件固定成一體，形成倒置有軸向和徑向環(huán)隙的錐體。
9.按照權(quán)利要求8所述的冷氫箱，其特征在于所述的環(huán)形濺板組件上層環(huán)形板內(nèi)徑介于相鄰下層環(huán)形板內(nèi)徑和外徑之間。
10.按照權(quán)利要求8所述的冷氫箱，其特征在于所述的環(huán)形濺板組件相鄰兩環(huán)形板之間的垂直距離為5～400mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種急冷混合器。包括冷氫分布器、鱗片式冷卻盤、布?xì)湎?、液封迷宮環(huán)及環(huán)形濺板組件；冷氫分布器設(shè)置在布?xì)湎鋬?nèi)，布?xì)湎渖厦嬖O(shè)置鱗片式冷卻盤，布?xì)湎湎旅嬖O(shè)置環(huán)形濺板組件，液封迷宮環(huán)連接在冷卻盤上并與布?xì)湎鋫?cè)壁形成液封排液結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將冷、熱介質(zhì)直接混合，并均勻分布，從而提高換熱效率，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、安裝方便、氣液相分布均勻、壓降小等特點(diǎn)，通過提高換熱效率，縮短了混合、換熱時(shí)間，達(dá)到減小該部件所占空間的目的。本發(fā)明急冷混合器可以有于各種以冷氣體冷卻熱液體的過程，特別適用于加氫反應(yīng)器中以氫氣冷卻反應(yīng)物料。
文檔編號(hào)B01F3/04GK1765482SQ200510068649
公開日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2005年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月29日
發(fā)明者彭德強(qiáng), 楊福利, 樸勇, 劉忠信, 劉杰, 辛若凱 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司撫順石油化工研究所