CN116078275B - 一种高效气体分布器及立式大型反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于压力容器技术领域，特别涉及一种高效气体分布器及立式大型反应器。其技术方案为：一种高效气体分布器，包括喇叭形的外层导流板，外层导流板通过第一筋板连接于立式大型反应器的上封头内，外层导流板位于立式大型反应器的进气接管下方，外层导流板的上段直径小于进气接管的内径，外层导流板内设置有喇叭形的内层导流板，内层导流板上设置有螺旋形的导流叶片。本发明提供了一种能将气体的流动方向转化成径向的高效气体分布器及带有高效气体分布器的立式大型反应器。
Description
技术领域
本发明属于压力容器技术领域，特别涉及一种高效气体分布器及立式大型反应器。
背景技术
随着我国经济的发展、科学技术的进步，化工设备也越来越趋向于大型化，各种化工反应器更是如此。设备产能增大意味着流量增大，对于进口物料为气体、且中心区域不布管的反应器来说，通常进气接管在反应器的正中心轴向布置，高流速的气体通过进气接管进入反应器，直接冲击到未布管的管板区，对管板进行冲击，不利于设备安全。同时在反应器上端的空腔内会出现气速分布不均，一方面影响反应的效率；另一方面，在空腔内会造成气体旋涡，危害设备安全。气体分布越均匀，越有利于化学反应的稳定进行和放热，设备可靠性越高。在气体进口下端增加气体分布器强化气体均匀分布是一种有效的手段。在反应器不断大型化的前提下，新型的气体分布器结构设计也需跟上步伐。
传统的反应器气体分布器一般为正锥柱体或倒锥柱体，锥面上开孔来强化气体分布；也有中国专利设计了带有导流叶片的气体分布器，利用气压差带动气体螺旋分布，进而提高气体在进口的分布均匀程度。这些气体分布器在小型设备中应用效果很好，然而当设备规模尺寸比较大时，这种结构只能影响以气体进口为中心，一定区域内的气体分布，而在设备边缘和靠近反应管的区域，依然不能保证均匀分布。由此，气体分布器的结构优化还有很大的提升空间。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种能将气体的流动方向转化成径向的高效气体分布器及带有高效气体分布器的立式大型反应器。
本发明所采用的技术方案为：
一种高效气体分布器，包括喇叭形的外层导流板，外层导流板通过第一筋板连接于立式大型反应器的上封头内，外层导流板位于立式大型反应器的进气接管下方，外层导流板的上段直径小于进气接管的内径，外层导流板内设置有喇叭形的内层导流板，内层导流板上设置有螺旋形的导流叶片。
本发明的外层导流板将分流过来的气体速度方向由轴向改为轴向和径向，使得气体在上封头外边缘部分气体分布更均匀。内层导流板表面和导流叶片形成螺旋形流道，气体通过流道时，能够改变其气流方向，产生径向力，气体离开流道时，继续螺旋流动。并且，内层导流板可遮挡管板中部，进而减少对管板的冲击。气体沿着内层导流板径向扩散，管板未布管区域的上部空间气体分布的更少，有利于反应器的安全，管板布管区因螺旋气流的加入，可使得上封头内部的气体分布更加均匀。
外层导流板上段直径小于进气接管内径，保证外层导流板外侧与上封头内壁之间的气流流道，减少上封头的流动死区。
作为本发明的优选方案，还包括转动连接于进气接管内的外磁体，外磁体内设置有内磁体，内磁体通过第二筋板和第三筋板连接有轴，轴的下端与内层导流板连接。
作为本发明的优选方案，所述外磁体通过传动机构连接有动力设备。当动力设备通过传动机构驱动外磁体旋转时，内磁体也跟着旋转，进而固定在内磁体的内层导流板也会同步旋转。外接动力设备的功率越大，内层导流板旋转的越快。当反应气接触到内层导流板和导流叶片时，气体开始改变方向，沿着形成的螺旋形流道流动，离开导流叶片后，反应气开始呈螺旋均匀分布。
作为本发明的优选方案，所述外层导流板和内层导流板均包括上部直段、中间圆弧过渡段、下部正锥段。
作为本发明的优选方案，所述外层导流板的上部直段的直径为进气接管内径的0.4～0.7倍、高度为上封头高度的0.18～0.25倍。
作为本发明的优选方案，所述外层导流板的下部正锥段的母线与水平线的夹角为0～45℃。
一种立式大型反应器，包括筒体，筒体内连接有管板，筒体上连接有上封头，上封头连接有进气接管，进气接管连接有接管法兰；所述上封头内设置有气体分布器，气体分布器包括喇叭形的外层导流板，外层导流板通过第一筋板连接于上封头内，外层导流板位于进气接管下方，外层导流板的上段直径小于进气接管的内径，外层导流板内设置有喇叭形的内层导流板，内层导流板上设置有螺旋形的导流叶片。
本发明的外层导流板将分流过来的气体速度方向由轴向改为轴向和径向，使得气体在上封头外边缘部分气体分布更均匀。内层导流板表面和导流叶片形成螺旋形流道，气体通过流道时，能够改变其气流方向，产生径向力，气体离开流道时，继续螺旋流动。并且，内层导流板可遮挡管板中部，进而减少对管板的冲击。气体沿着内层导流板径向扩散，管板未布管区域的上部空间气体分布的更少，有利于反应器的安全，管板布管区因螺旋气流的加入，可使得上封头内部的气体分布更加均匀。
外层导流板上段直径小于进气接管内径，保证外层导流板外侧与上封头内壁之间的气流流道，减少上封头的气体死区。
作为本发明的优选方案，所述进气接管内转动连接有外磁体，外磁体内设置有内磁体，内磁体通过第二筋板和第三筋板连接有轴，轴的下端与内层导流板连接。
作为本发明的优选方案，所述外磁体通过传动机构连接有动力设备。当动力设备通过传动机构驱动外磁体旋转时，内磁体也跟着旋转，进而固定在内磁体的内层导流板也会同步旋转。外接动力设备的功率越大，内层导流板旋转的越快。当反应气接触到内层导流板和导流叶片时，气体开始改变方向，沿着形成的螺旋形流道流动，离开导流叶片后，反应气开始呈螺旋均匀分布。
作为本发明的优选方案，所述外层导流板和内层导流板均包括上部直段、中间圆弧过渡段、下部正锥段。
作为本发明的优选方案，所述外层导流板的上部直段的直径为进气接管内径的0.4～0.7倍、高度为上封头高度的0.18～0.25倍。
作为本发明的优选方案，所述外层导流板的下部正锥段的母线与水平线的夹角为0～45℃。
本发明的有益效果为：
1.本发明的外层导流板将分流过来的气体速度方向由轴向改为轴向和径向，使得气体在上封头外边缘部分气体分布更均匀。内层导流板表面和导流叶片形成螺旋形流道，气体通过流道时，能够改变其气流方向，产生径向力，气体离开流道时，继续螺旋流动。并且，内层导流板可遮挡管板中部，进而减少对管板的冲击。气体沿着内层导流板径向扩散，管板未布管区域的上部空间气体分布的更少，有利于反应器的安全，管板布管区因螺旋气流的加入，可使得上封头内部的气体分布更加均匀。
2.本发明的外层导流板上段直径小于进气接管内径，保证外层导流板外侧与上封头内壁之间的气流流道，减少上封头的气体流动死区。
附图说明
图1是立式大型反应器的结构示意图；
图2是气体分布器的主视图；
图3是气体分布器的俯视图。
图中：1-筒体；2-上封头；3-进气接管；4-接管法兰；5-气体分布器；6-管板；51-外层导流板；52-内层导流板；53-第一筋板；54-第二筋板；55-第三筋板；56-轴；57-导流叶片；58-内磁体；59-外磁体。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1：
如图1～图3所示，本实施例的高效气体分布器5，包括喇叭形的外层导流板51，外层导流板51通过第一筋板53连接于立式大型反应器的上封头2内，外层导流板51位于立式大型反应器的进气接管3下方，外层导流板51的上段直径小于进气接管3的内径，外层导流板51内设置有喇叭形的内层导流板52，内层导流板52上设置有螺旋形的导流叶片57。
本发明的外层导流板51将分流过来的气体速度方向由轴向改为轴向和径向，使得气体在上封头2外边缘区域分布更均匀。内层导流板52表面和导流叶片57形成螺旋形流道，气体通过流道时，能够改变其气流方向，产生径向力，气体离开流道时，继续螺旋流动。并且，内层导流板52可遮挡管板6中部，进而减少对管板6的冲击。气体沿着内层导流板52径向扩散，管板6未布管区域的上部空间气体分布的更少，有利于反应器的安全，管板6布管区因螺旋气流的加入，可使得上封头2内部的气体分布更加均匀。
外层导流板51上段直径小于进气接管3内径，保证外层导流板51外侧与上封头2内壁之间的气流流道，减少上封头2的气体流动死区。
更进一步，立式大型反应器的进气接管3内转动连接有外磁体59，外磁体59内设置有内磁体58，内磁体58通过第二筋板54和第三筋板55连接有轴56，轴56的下端与内层导流板52连接。所述外磁体59通过齿轮或皮带等传动机构连接有动力设备。当动力设备通过传动机构驱动外磁体59旋转时，内磁体58也跟着旋转，进而固定在内磁体58的内层导流板52也会同步旋转。外接动力设备的功率越大，内层导流板52旋转的越快。当反应气接触到内层导流板52和导流叶片57时，气体开始改变方向，沿着形成的螺旋形流道流动，离开导流叶片57后，反应气开始呈螺旋均匀分布。
其中，所述筒体1直径为6～12m，管板6的中心区域设置了不布管区域，管板6中心不布管区域的直径为筒体1直径的0.25～0.35倍。
其中，所述外层导流板51和内层导流板52均包括上部直段、中间圆弧过渡段、下部正锥段。外层导流板51的上部直段伸进进气接管3内部。所述外层导流板51的中间圆弧过渡段和内层导流板52的中间圆弧过渡段的圆弧半径为150～300mm。
所述外层导流板51的上部直段的直径为进气接管3内径的0.4～0.7倍、高度为上封头2高度的0.18～0.25倍。所述外层导流板51的下部正锥段的母线与水平线的夹角为0～45℃。
所述内层导流板52的下部正锥段底面圆直径为进气接管3内径的0.5～1倍、高度为150～300mm。所述内层导流板52的下部正锥段母线与水平线的夹角在0～45℃。所述的导流叶片57之间形成的流道为螺旋形，导流叶片57数量为至少三个。
工作原理：
对于某列管式反应器，入口反应气为空气和某物质的混合气。反应气沿上游管道进入到接管法兰4，再进入到进气接管3中。气体分布器5设置在进气接管3正下方。本实施例中，由于有外层导流板51在，进气接管3中的气体分为两路流动，一路通过上封头2与外层导流板51形成的空腔流动。当反应气沿轴向方向流动直到接触到外层导流板51的外表面时，反应气开始沿外层导流板51的外表面流动，离开外层导流板51外表面后，气体速度继续分为两个方向，沿轴向向下和沿径向向外流动，反应气能在进入管板6前沿径向走的更远，上封头2气体死区小。另外一路反应气在外层导流板51与内层导流板52形成的空腔之间流动。当反应气接触到内层导流板52和导流叶片57时，气体开始改变方向，沿着形成的螺旋形流道流动，离开导流叶片57后，反应气开始呈螺旋均匀分布。当外磁体59在外接动力的驱动下旋转时，内磁体58也跟着旋转，进而固定在内磁体58的内层导流板52也会同步旋转。外接动力的功率越大，内层导流板52旋转的越快。同时，反应气不会直接冲击管板6，管板6不布管区域的上部空间气体流动极慢，减少气体的流动路径。本发明的气体分布器5使得反应气进入到上封头2后，在上封头2内部分布得更加均匀。
当无外接动力时，内磁体58固定，这时内层导流板52和导流叶片57固定。内层导流板52和螺旋形的内层导流叶片57之间会形成螺旋形的通道。当反应气接触到内层导流板52和导流叶片57时，气体开始改变方向，沿着形成的螺旋形流道流动，离开导流叶片57后，反应气开始呈螺旋均匀分布。
实施例2：
如图1～图3所示，本实施例的立式大型反应器，包括筒体1，筒体1内连接有管板6，筒体1上连接有上封头2，上封头2连接有进气接管3，进气接管3连接有接管法兰4；所述上封头2内设置有气体分布器5，气体分布器5包括喇叭形的外层导流板51，外层导流板51通过第一筋板53连接于上封头2内，外层导流板51位于进气接管3下方，外层导流板51的上段直径小于进气接管3的内径，外层导流板51内设置有喇叭形的内层导流板52，内层导流板52上设置有螺旋形的导流叶片57。
本发明的外层导流板51将分流过来的气体速度方向由轴向改为轴向和径向，使得气体在上封头2外边缘分布更均匀。内层导流板52表面和导流叶片57形成螺旋形流道，气体通过流道时，能够改变其气流方向，产生径向力，气体离开流道时，继续螺旋流动。并且，内层导流板52可遮挡管板6中部，进而减少对管板6的冲击。气体沿着内层导流板52径向扩散，管板6未布管区域的上部空间气体分布的更少，有利于反应器的安全，管板6布管区因螺旋气流的加入，可使得上封头2内部的气体分布更加均匀。
外层导流板51上段直径小于进气接管3内径，保证外层导流板51外侧与上封头2内壁之间的气流流道，减少上封头2的气体流动死区。
更进一步，所述进气接管3内转动连接有外磁体59，外磁体59内设置有内磁体58，内磁体58通过第二筋板54和第三筋板55连接有轴56，轴56的下端与内层导流板52连接。所述外磁体59通过齿轮或皮带等传动机构连接有动力设备。当动力设备通过传动机构驱动外磁体59旋转时，内磁体58也跟着旋转，进而固定在内磁体58的内层导流板52也会同步旋转。外接动力设备的功率越大，内层导流板52旋转的越快。当反应气接触到内层导流板52和导流叶片57时，气体开始改变方向，沿着形成的螺旋形流道流动，离开导流叶片57后，反应气开始呈螺旋均匀分布。
其中，所述筒体1直径为6～12m，管板6的中心区域设置了不布管区域，管板6中心不布管区域的直径为筒体1直径的0.25～0.35倍。
其中，所述外层导流板51和内层导流板52均包括上部直段、中间圆弧过渡段、下部正锥段。外层导流板51的上部直段伸进进气接管3内部。所述外层导流板51的中间圆弧过渡段和内层导流板52的中间圆弧过渡段的圆弧半径为150～300mm。
所述外层导流板51的上部直段的直径为进气接管3内径的0.4～0.7倍、高度为上封头2高度的0.18～0.25倍。所述外层导流板51的下部正锥段的母线与水平线的夹角为0～45℃。
所述内层导流板52的下部正锥段底面圆直径为进气接管3内径的0.5～1倍、高度为150～300mm。所述内层导流板52的下部正锥段母线与水平线的夹角在0～45℃。所述的导流叶片57之间形成的流道为螺旋形，导流叶片57数量为至少三个。
工作原理：
对于某列管式反应器，入口反应气为空气和某物质的混合气。反应气沿上游管道进入到接管法兰4，再进入到进气接管3中。气体分布器5设置在进气接管3正下方。本实施例中，由于有外层导流板51在，进气接管3中的气体分为两路流动，一路通过上封头2与外层导流板51形成的空腔流动。当反应气沿轴向方向流动直到接触到外层导流板51的外表面时，反应气开始沿外层导流板51的外表面流动，离开外层导流板51外表面后，气体速度方向继续分为两个方向，沿轴向向下和沿径向向外流动，反应气能在进入管板6前沿径向走的更远，上封头2气体死区小。另外一路反应气在外层导流板51与内层导流板52形成的空腔之间流动。当反应气接触到内层导流板52和导流叶片57时，气体开始改变方向，沿着形成的螺旋形流道流动，离开导流叶片57后，反应气开始呈螺旋均匀分布。当外磁体59在外接动力的驱动下旋转时，内磁体58也跟着旋转，进而固定在内磁体58的内层导流板52也会同步旋转。外接动力的功率越大，内层导流板52旋转的越快。同时，反应气不会直接冲击管板6，管板6不布管区域的上部空间气体流动极慢，减少气体的流动路径。本发明的气体分布器5使得反应气进入到上封头2后，在上封头2内部分布得更加均匀。
当无外接动力时，内磁体58固定，这时内层导流板52和导流叶片57固定。内层导流板52和螺旋形的导流叶片57之间会形成螺旋形的通道。当反应气接触到内层导流板52和导流叶片57时，气体开始改变方向，沿着形成的螺旋形流道流动，离开导流叶片57后，反应气开始呈螺旋均匀分布。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高效气体分布器，其特征在于：包括喇叭形的外层导流板(51)，外层导流板(51)通过第一筋板(53)连接于立式大型反应器的上封头(2)内，外层导流板(51)位于立式大型反应器的进气接管(3)下方，外层导流板(51)的上段直径小于进气接管(3)的内径，保证外层导流板(51)外侧与上封头(2)内壁之间的气流流道，外层导流板(51)内设置有喇叭形的内层导流板(52)，内层导流板(52)上设置有螺旋形的导流叶片(57)。
2.根据权利要求1所述的一种高效气体分布器，其特征在于：还包括转动连接于进气接管(3)内的外磁体(59)，外磁体(59)内设置有内磁体(58)，内磁体(58)通过第二筋板(54)和第三筋板(55)连接有轴(56)，轴(56)的下端与内层导流板(52)连接。
3.根据权利要求2所述的一种高效气体分布器，其特征在于：所述外磁体(59)通过传动机构连接有动力设备。
4.根据权利要求1所述的一种高效气体分布器，其特征在于：所述外层导流板(51)和内层导流板(52)均包括上部直段、中间圆弧过渡段、下部正锥段。
5.根据权利要求4所述的一种高效气体分布器，其特征在于：所述外层导流板(51)的上部直段的直径为进气接管(3)内径的0.4～0.7倍、高度为上封头(2)高度的0.18～0.25倍，外层导流板(51)的下部正锥段的母线与水平线的夹角为0～45℃。
6.一种立式大型反应器，包括筒体(1)，筒体(1)内连接有管板(6)，筒体(1)上连接有上封头(2)，上封头(2)连接有进气接管(3)，进气接管(3)连接有接管法兰(4)；其特征在于：所述上封头(2)内设置有气体分布器(5)，气体分布器(5)包括喇叭形的外层导流板(51)，外层导流板(51)通过第一筋板(53)连接于上封头(2)内，外层导流板(51)位于进气接管(3)下方，外层导流板(51)的上段直径小于进气接管(3)的内径，保证外层导流板(51)外侧与上封头(2)内壁之间的气流流道，外层导流板(51)内设置有喇叭形的内层导流板(52)，内层导流板(52)上设置有螺旋形的导流叶片(57)。
7.根据权利要求6所述的一种立式大型反应器，其特征在于：所述进气接管(3)内转动连接有外磁体(59)，外磁体(59)内设置有内磁体(58)，内磁体(58)通过第二筋板(54)和第三筋板(55)连接有轴(56)，轴(56)的下端与内层导流板(52)连接。
8.根据权利要求7所述的一种立式大型反应器，其特征在于：所述外磁体(59)通过传动机构连接有动力设备。
9.根据权利要求6所述的一种立式大型反应器，其特征在于：所述外层导流板(51)和内层导流板(52)均包括上部直段、中间圆弧过渡段、下部正锥段。
10.根据权利要求9所述的一种立式大型反应器，其特征在于：所述外层导流板(51)的上部直段的直径为进气接管(3)内径的0.4～0.7倍、高度为上封头(2)高度的0.18～0.25倍，外层导流板(51)的下部正锥段的母线与水平线的夹角为0～45℃。
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