本实用新型设计一种用于强放热反应的多螺纹盘管反应器，特别是一种用于伴有气体副产、液相强放热反应的多螺纹盘管反应器。
背景技术：
强放热反应往往伴随着大量的副反应，不仅机理复杂，而且反应会释放较大的热量，易“飞温”失控。反应体系中往往含有大量不稳定的化合物，易燃易爆、发生分解后会产生大量的气泡，因此，需要提高移热效率、控制反应物的浓度、防止反应过于激烈。管式反应器作为工业生产的核心设备之一，具有结构简单、比表面积大、可控性高、在线量低、返混小等一系列优点。管式反应器可以有效控制管内流速，避免反应过于激烈。在管内流速过低时，传热、传质、混合的效果会受到影响。
目前，如何安全、有效地进行强放热反应已经成为一个难度较大、迫切需要解决的问题。本实用新型结合强放热反应的特点，综合考虑安全、生产效率、操作等要素，开发了一种用于强放热反应的多螺纹盘管反应器：以实现传热传质、混合等过程的强化，改善反应过程，降低安全隐患。
技术实现要素：
本实用新型要解决的问题是，提供一种用于强放热反应的多螺纹盘管反应器。该发明的应用范围广、操作简单，可实现以下功能：在相对较低的流速下，可加强流体的湍流；在进行强热反应时，可有效地交换热量、提高反应过程的安全性；采用自上而下、自然流动方式，提供气体副产流动的空间、防止出现段塞流，同时强化了液相流动；反应器采用多段的连接，在段间增加排气和紧急卸料阀，可减少系统性风险。
为解决上述问题，本实用新型提供了一种多螺纹盘管反应器，包括多螺纹盘管反应器、球面混合器和换热搅拌釜；所述的多螺纹盘管反应器设置在换热搅拌釜内，多螺纹盘管反应器提供反应发生的场所；所述的换热搅拌釜提供换热的场所；所述的球面混合器的至少一个侧面为球冠面，球面混合器的入口管口正对球冠面的凹侧，球面混合器的出口管口与多螺纹盘管反应器相连；所述的多螺纹盘管反应器的头数为2-10头，外径为10-100mm，槽深为2-20mm，导程为1倍至10倍的外径；所述的换热搅拌釜设有夹套，用于通冷流体。
优选的，多螺纹盘管反应器采用盘曲的外结构，盘曲直径为100-2000mm，螺距为1-5倍外径。
优选的，所述的多螺纹盘管反应器采用分段连接，分段连接可以降低在反应器内的物料在线量，每段多螺纹盘管反应器均设置在换热搅拌釜内。采用夹套流量、搅拌桨转速的协同调节，让釜内液量不变、使温度分布更均匀。
优选的，多段连接的多螺纹盘管反应器之间采用管路连接，段与段之间的管路上设有紧急操作的装置，如排气阀和紧急卸料阀。
优选的，所述的多螺纹盘管反应器的外壁面(105)做压花粗糙处理。压花处理后，可增加30％左右的换热面积、增强换热效果。
所述多螺纹盘管反应器可以在强放热反应中的应用：两股或多股反应物料喷射进入混合器，撞击球冠面并实现快速的预混合；预混后，反应物自上而下、自然流动进入多螺纹盘管反应器并发生反应；换热搅拌釜内装有大量换热载体(如盐水或油)，可快速移除反应放出的热量。
优选的，夹套内的冷流体从位于夹套下方的入口(204)进入夹套，从位于夹套上方的出口(205)离开夹套，换热搅拌釜内的换热载体与夹套内的冷流体进行换热。
优选的，换热搅拌釜内的温度波动时，通过改变夹套内的冷流体的流量和换热搅拌釜内搅拌桨的转速来调节。
优选的，所述强放热反应为以液相反应为主、有气体副产的强放热反应，如硝化、硝解、重氮化等反应。在多头螺旋管反应器中，产生的气体随着主流体快速地扰动，对液体湍流有较大的强化。
本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果和优点：1、采用多头螺旋波纹盘管作为反应器，可实现传热、传质、传动的强化，且多螺纹盘管反应器之间采用多段连接，降低了反应器内的物料在线量；2、采用自上而下的自然流动方式，提供气体流动的空间，防止段塞流的形成，使反应过程更加安全；3、球面混合器采用了球面反射结构，通过流体撞击球冠面、实现多股流体的快速混合；4、盘管内的反应体系与夹套内的冷流体通过釜内的换热载体间接换热，当温度波动较小时，可以调节搅拌桨的转速，当温度波动较大时，可同时调节冷流体的流量和搅拌桨的转速，使得反应温度的可控性更高、釜内温度分布更均匀。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施案例中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图，其中：
图1为本实用新型提供的用于强放热反应的多螺纹盘管反应器流程示意图；
图2为本实用新型提供的核心反应器：多螺纹盘管反应器的结构图；
图3为本实用新型提供的多螺纹盘管反应器截面图；
图4为本实用新型提供的多螺纹盘管反应器粗糙处理的管壁面示意图；
图5为本实用新型提供的换热搅拌釜 多螺纹盘管反应器的结构示意图；
图6为本实用新型提供的球面混合器的正视图与左视图。
具体实施方式
为了使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，并不是全部的实施例。
以下对附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
值得注意的是，实施例中涉及的设备标号与附图中保持一致。
下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细的说明。
第一实施例
实例1参见附图1，一种用于强放热反应的多螺纹盘管反应器主要包括了包括多螺纹盘管反应器1，换热搅拌釜2，球面混合器3以及阀门；所述的多螺纹盘管反应器1可提供反应发生的场所；所述的换热搅拌釜2提供流体换热的场所，通过搅拌桨可强化换热效果；所述的球面混合器3采用球面反射结构，实现两股或多股流体的快速预混合；所述的阀门可实现排气、紧急卸料等功能。
如附图2所示，一种用于强放热反应的多螺纹盘管反应器的核心是多螺纹盘管反应器1。根据不同的反应特点，可选择不同的结构参数：螺纹数2-10条，外径10-100mm，槽深2-20mm，导程1-10倍的外径。盘管反应器可采用盘管的形式，包括螺旋式、长号式、变径式等盘曲：盘管盘曲直径100-2000mm，螺距1倍至5倍管径。通过盘曲的外结构，可以使流体发生离心运动、引发二次流，加强传动、传热、传质，进而改善反应。
附图3提供了两种常见的多螺旋波纹管截面图，包括四螺纹盘管反应器的截面101和六螺纹盘管反应器的截面102。
附图4提供了一种粗糙处理的管壁面105，用于增大比表面积，同时不会增加管外的流动阻力。
如附图5所示，所述的多螺纹盘管反应器置于换热搅拌釜2内：反应流体采取自上而下的流动方式，从反应器入口管201进入、从出口管202离开；搅拌桨203可以采用推进桨、四斜叶桨等多种形式，调整转速使釜内温度分布更加均匀；冷流体从位于夹套下方的入口204进入夹套，从位于夹套上方的出口205离开夹套，换热搅拌釜内的换热载体与夹套内的冷流体进行换热。位于换热搅拌釜下端的出口206可放出釜内换热载体。
如附图6所示，所述的球面混合器包括反应液入口301和302、反应液出口303和球冠面304，两股反应流体分别从管口301、管口302进入球面混合器，撞击球冠面304、实现反应流体的预混合，然后从反应液出口303进入多螺纹盘管反应器。
第二实施例
使用多螺纹盘管反应器进行含能化合物的硝化反应：反应为强放热反应，采用搅拌釜进行换热；当反应器采用四螺纹盘管，外径16mm内径9mm，导程35mm，管长5m；盘管盘曲直径400mm，螺距20mm，匝数5匝；反应液进料温度为-10℃，搅拌釜内换热载体的温度为-16℃。在此操作条件下，反应时间控制在15min。反应物的转化率可达到90％以上，产物收率为60％左右。与相同截面积的12mm圆管反应器对比，收率提高了5个百分点。
虽然已经举例说明和描述本实用新型的具体实施方式，但是对于本领域技术人员是显而易见的，在不脱离本实用新型的实质和范围的情况下可作出多个其他改变和修改，因此，本文旨在所附权利要求书中涵盖属于本实用新型范围内的所有这些改变和变型。
应当理解，本文所述的实施方案仅为示例性的，并且本领域技术人员在不脱离本实用新型的实质和范围的情况下作出变型和修改。所有这些变型和修改旨在包括在如上上文所述的本实用新型的范围之内。此外，所公开的所有实施方案不必须为所选实施方案的形式，因为本实用新型的实施方案可以通过组合达到期望的效果。
1.一种多螺纹盘管反应器，其特征在于，包括多螺纹盘管反应器、换热搅拌釜和球面混合器等；所述的多螺纹盘管反应器设置在换热搅拌釜内，多螺纹盘管反应器提供反应的场所；所述的换热搅拌釜设有夹套和搅拌桨，提供换热的场所；所述的球面混合器的至少一个侧面为球冠面，球面混合器的入口管口正对球冠面的凹侧，球面混合器的出口管口与多螺纹盘管反应器相连；所述的多螺纹盘管反应器的螺纹数为2-10，截面外切圆的外径为10-100mm，槽深为2-20mm，导程为1-10倍的外径。
2.根据权利要求1所述的多螺纹盘管反应器，其特征在于，多螺纹盘管反应器采用盘曲式外结构，盘曲直径为100-2000mm，螺距为1-5倍的外径。
3.根据权利要求1所述的多螺纹盘管反应器，其特征在于，所述的多螺纹盘管反应器采用多段连接，每一段都设置在换热搅拌釜内，段与段之间设有排气阀和紧急卸料阀。
4.如权利要求1所述的多螺纹盘管反应器，其特征在于，所述的多螺纹盘管反应器的外壁面（105）做压花粗糙处理。
技术总结