本技術(shù)設(shè)計(jì)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生設(shè)備，具體涉及一種具有反應(yīng)熱回收功能的反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

1、甲醛是一種重要的化工產(chǎn)品，其下游產(chǎn)品主要有：生產(chǎn)脲醛樹脂膠、酚醛樹脂膠和三聚氰胺甲醛樹脂膠的膠粘劑產(chǎn)品；綜合性能十分優(yōu)異的工程塑料原料聚甲醛；生產(chǎn)除草劑甘膦、乙草胺、丁草胺、草克胺、三環(huán)唑等農(nóng)藥等的主要原料多聚甲醛；皮革pu聚氨酯生產(chǎn)中mdi(二苯甲烷二異氰酸酯)是產(chǎn)品的主要原料；服裝的面料的防皺劑、防縮劑、阻燃劑等；35％～40％的甲醛水溶液俗稱福爾馬林，具有防腐殺菌性能，可用來(lái)浸制生物標(biāo)本，醫(yī)院殺菌消毒等。

2、工業(yè)上生產(chǎn)的甲醛90％以上都是以甲醇為原料，采用甲醇空氣氧化法制得。甲醇空氣氧化法又分為甲醇過(guò)量氧化法(即甲醇銀催化氧化法)、空氣過(guò)量氧化法(即甲醇鐵鉬催化氧化法)。目前世界甲醛生產(chǎn)能力約70％采用銀法工藝，約30％左右采用鐵鉬法生產(chǎn)工藝。氧化器在甲醛生產(chǎn)裝置中是最主要的關(guān)鍵設(shè)備，也是所有設(shè)備中最貴的。

3、目前甲醇銀法氧化反應(yīng)器使用的是三段式氧化反應(yīng)器(見圖1),即由三部分組成,上段為氧化段,甲醇、空氣、水蒸汽(或尾氣)三元(或四元)混合氣體在進(jìn)入催化劑層時(shí)發(fā)生甲醇氧化反應(yīng)并放出大量熱量,生成甲醛氣體；中段為圓盤-圓環(huán)型三回程反應(yīng)熱回收段換熱器,氧化段產(chǎn)生的高溫甲醛氣體走管程,水走殼程,對(duì)高溫氣體冷卻，熱能將水加熱產(chǎn)生過(guò)熱水或蒸汽，在余熱鍋爐頂端分離成低壓蒸汽；下段為氣體冷卻段,從余熱回收段來(lái)的甲醛氣體走管程,冷卻水走殼程,逆向換熱后,將甲醛冷卻到100℃以下。

4、現(xiàn)有銀法氧化器反應(yīng)熱回收段均為圓盤-圓環(huán)型多回程反應(yīng)熱回收段換熱器，基本形式都是上下兩片圓環(huán)，中間一片圓盤，構(gòu)成中心-四周-中心三回程流通換熱，這種圓盤-圓環(huán)型換熱器制作相對(duì)簡(jiǎn)單，如圖1所示。但這類圓盤-圓環(huán)管板式折流型結(jié)構(gòu)換熱器存在以下缺點(diǎn)：

5、1、各處水流通狀態(tài)不同，換熱系數(shù)存在較大差異，整個(gè)換熱器內(nèi)換熱情況錯(cuò)綜復(fù)雜。

6、如圖2、3所示：圖2為下圓環(huán)折流板至下管板間冷卻水流路徑平面示意圖，從圖中可以看出，整個(gè)盤面分為流通區(qū)和滯留區(qū)；冷卻水回流量路徑主要集中在4個(gè)循環(huán)管流通路徑上，即流通區(qū)。4個(gè)循環(huán)管之間的大部分筒體空間主要靠入口回流滲透至此，在高溫列管加熱下再緩慢上浮流向折流環(huán)板中部，這里的冷卻水相對(duì)靜止，為滯留區(qū)。

7、圖3為換熱器豎向剖面，從圖中可以看出，水流量主要集中在折流板間大通道空間，滯留區(qū)主要集中在折流管板附近，流通區(qū)與滯留區(qū)水流速度和流通形式不同，導(dǎo)致傳熱系數(shù)存在較大差異，流通區(qū)傳熱系數(shù)大，滯留區(qū)傳熱系數(shù)小，某些地方甚至以列管表面汽化方式傳熱，傳熱系數(shù)極小。

8、2、換熱情況存在差異，導(dǎo)致整改換熱器各處列管熱膨脹產(chǎn)生差異，存在換熱列管“脹多縮少”現(xiàn)象(多數(shù)列管膨脹量大，少數(shù)列管膨脹量小)。導(dǎo)致產(chǎn)生大量列管膨脹大拉撐少量列管。

9、將上面圖2、圖3中所示水流方向云圖重疊綜合判斷，在冷卻水流流通途徑上，換熱系數(shù)大，傳熱效果好，換熱列管溫度低，產(chǎn)生熱膨脹小，在滯留區(qū)特別是平面立面重疊區(qū)，水流很小，甚至靜止，傳熱效果差，換熱列管溫度高，產(chǎn)生熱膨脹大。不同膨脹量列管之間產(chǎn)生巨大拉-撐力。膨脹量大的列管將通過(guò)兩端管板支撐，對(duì)膨脹量小的列管產(chǎn)生向兩端的拉力，相反，膨脹量小的列管也通過(guò)兩端管板對(duì)膨脹量大的列管施加壓縮，導(dǎo)致膨脹量大的列管與管板之間產(chǎn)生撐力。從圖2圖3的平面立面水流云圖看出，膨脹量大的列管數(shù)量遠(yuǎn)多于多于膨脹量小的列管數(shù)，二者約為2～3倍關(guān)系，導(dǎo)致受拉列管處于弱勢(shì)。

10、3、在折流板附近部分區(qū)域因水流不暢并列管內(nèi)外側(cè)溫差巨大作用下，冷卻水急劇汽化和破滅，對(duì)該處換熱列管表面產(chǎn)生氣蝕。在換熱過(guò)程中，相對(duì)靜止的水在二三百度溫差情況下即會(huì)發(fā)生：因表面的水來(lái)不及移熱而導(dǎo)致加熱塊表面接觸的水急劇汽化，產(chǎn)生的過(guò)熱氣泡遇到外側(cè)水又瞬間破滅，這種在換熱列管表面發(fā)生的急劇汽化——瞬間破滅如無(wú)數(shù)個(gè)“微型爆炸”，導(dǎo)致整個(gè)水體產(chǎn)生振動(dòng)，會(huì)對(duì)附近固體產(chǎn)生破壞作用，即氣蝕。從豎向水流云圖可以看到，這種破壞主要集中在圓環(huán)——圓盤折流板兩側(cè)，折流板上側(cè)更為嚴(yán)重。在換熱器頂端，剛反應(yīng)完的600～700℃高溫產(chǎn)物與管外側(cè)約130～150℃冷卻水存在500多度溫差，導(dǎo)致在上部折流管板上側(cè)氣蝕現(xiàn)象更為嚴(yán)重，氣蝕導(dǎo)致?lián)Q熱列管表面破壞，強(qiáng)度降低。

11、綜合以上三點(diǎn)：復(fù)雜的流通狀態(tài)導(dǎo)致各處列管熱膨脹量不同步，熱膨脹量小的列管數(shù)量處于劣勢(shì)并且處于受拉狀態(tài)，在折流板表面附近發(fā)生換熱列管表面氣蝕。最終導(dǎo)致“在某些區(qū)域換熱列管集中整齊斷裂”的破壞性事件發(fā)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本實(shí)用新型是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)反應(yīng)熱換熱器存在弊端，提供一種無(wú)死角全回流回收反應(yīng)熱的反應(yīng)器，應(yīng)用于銀法甲醇氧化制甲醛。

2、本實(shí)用新型解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：一種反應(yīng)器，包括：反應(yīng)段、進(jìn)氣段、換熱段、出料段、進(jìn)液管和蒸汽管，所述換熱段為管殼式換熱結(jié)構(gòu)，所述換熱段的管程一端連通所以進(jìn)氣段、另一端連通所述出料段，所述進(jìn)液管用于向所述換熱段的殼程供冷流體，所述蒸汽管用于釋放所述換熱段的殼程產(chǎn)生的蒸汽，其特征在于：所述換熱段包括：螺旋導(dǎo)流機(jī)構(gòu)、上管板、下管板、換熱列管的陣列，所述換熱列管的陣列上下貫穿螺旋導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，換熱列管的上下端分別固定在所述上管板、下管板上，所述螺旋導(dǎo)流機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)流筒和螺旋導(dǎo)流板，所述螺旋導(dǎo)流板布置在導(dǎo)流筒內(nèi)部從而形成螺旋而上的殼程。

3、作為本技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施方案之一，所述反應(yīng)器還包括設(shè)備筒體，所述換熱段位于所述設(shè)備筒體內(nèi)部，所述導(dǎo)流筒與所述設(shè)備筒體之間形成環(huán)形通道，所述螺旋導(dǎo)流機(jī)構(gòu)與所述環(huán)形通道在底部接通。

4、作為本技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施方案之一，所述導(dǎo)流筒的中心為上下貫通的中心混流區(qū)，所述螺旋導(dǎo)流板環(huán)繞所述中心混流區(qū)。沿著螺旋導(dǎo)流板螺旋而上的流體在上涌的同時(shí)向中心混流區(qū)匯流，提高中心換熱列管的換熱效率，有助于實(shí)現(xiàn)導(dǎo)流筒內(nèi)部均勻換熱。

5、作為本技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施方案之一，所述螺旋導(dǎo)流機(jī)構(gòu)還包括冷熱流分流板，所述冷熱流分流板設(shè)置在所述導(dǎo)流筒上端，所述環(huán)形通道向上延伸到所述冷熱流分流板外側(cè)。從而實(shí)現(xiàn)冷流體向中心導(dǎo)流筒底部均勻進(jìn)液。

6、作為本技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施方案之一，所述螺旋導(dǎo)流板的外側(cè)螺旋面與水平面夾角α在15～70°；優(yōu)選20～50°。

7、作為本技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施方案之一，所述螺旋導(dǎo)流板有多個(gè)，在所述導(dǎo)流筒內(nèi)相對(duì)導(dǎo)流筒中心軸均勻設(shè)置。螺旋導(dǎo)流板優(yōu)選6的整數(shù)倍，形成多道螺旋流道。

8、作為本技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施方案之一，所述環(huán)形通道底部設(shè)置有冷流體導(dǎo)流板，所述冷流體導(dǎo)流板沿螺旋導(dǎo)流機(jī)構(gòu)環(huán)向均勻分布用于環(huán)形通道向螺旋導(dǎo)流機(jī)構(gòu)均勻?qū)Я?。有助于?shí)現(xiàn)向螺旋導(dǎo)流機(jī)構(gòu)均勻進(jìn)液。

9、作為本技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施方案之一，所述冷流體導(dǎo)流板設(shè)置在所述下管板上，冷流體導(dǎo)流板與下管板水平徑向的夾角β在0～60℃，實(shí)現(xiàn)向螺旋導(dǎo)流機(jī)構(gòu)螺旋均勻進(jìn)液。

10、作為本技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施方案之一，所述導(dǎo)流筒的上端同心設(shè)置流筒上固定環(huán)、上外環(huán)、上內(nèi)環(huán)，三者通過(guò)上徑向支撐連接為一體與導(dǎo)流筒固定；所述導(dǎo)流筒的下端同心設(shè)置流筒下固定環(huán)、下外環(huán)、下內(nèi)環(huán)，三者通過(guò)下徑向支撐連接為一體與導(dǎo)流筒固定，在上外環(huán)與下外環(huán)、上內(nèi)環(huán)與先內(nèi)環(huán)之間貫穿固定桿，所述固定桿的端部與上管板、下管板連接。該支撐結(jié)構(gòu)有助于螺旋導(dǎo)流板的結(jié)構(gòu)安裝和提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

11、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)的反應(yīng)器具有如下優(yōu)點(diǎn)：

12、1、換熱器內(nèi)部外部各點(diǎn)冷卻水均保持流動(dòng)，不存在滯留區(qū)等流通死角。

13、2、換熱器內(nèi)高溫介質(zhì)走管程自上而下，冷卻水自下而上，完全逆流熱交換，在換熱形式最佳。

14、3、換熱器內(nèi)冷卻水流體作螺旋柱塞狀流動(dòng)，流體橫向沖刷管束錯(cuò)流換熱，保持換熱列管傳熱系數(shù)最優(yōu)化。

15、4、冷卻水加熱后比重減輕上浮，水流上浮過(guò)程中具有向抬升曲率大的部位分流補(bǔ)償特性，冷卻水向冷卻器中心部位自然補(bǔ)償，保持中心部位最大流量正態(tài)分布，保證高溫上管板下方冷卻水流量充足，大流速避免上管板下方大溫差發(fā)生急劇汽化現(xiàn)象。急劇汽化會(huì)導(dǎo)致整個(gè)反應(yīng)器產(chǎn)生振動(dòng)。

16、5、冷卻水流通道平滑一致，冷卻水流動(dòng)方向一致，不存在“對(duì)撞”流向；各流通截面面積相同、形狀一致，不存在流通截面忽大忽小，流速流向急劇變化；保持通截面最大化，系統(tǒng)流動(dòng)阻力最小化。

17、6、換熱器內(nèi)冷卻水流動(dòng)平穩(wěn)，不存在局部劇烈汽化——破滅，導(dǎo)致該處換熱列管表面產(chǎn)生氣蝕，降低強(qiáng)度現(xiàn)象。

18、7、系統(tǒng)運(yùn)行平順穩(wěn)定，不產(chǎn)生振動(dòng)，不需要加厚螺旋導(dǎo)流板板材提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

19、8、螺旋導(dǎo)流機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用材少，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求低，易加工。