一種換熱反應器及其應用的製作方法

2024-03-26 19:58:05 2

本發明涉及換熱器領域，尤其是一種換熱反應器及其應用。

背景技術：

換熱器在石油、化工、輕工、製藥、能源等工業生產中，常常需要把低溫流體加熱或者把高溫流體冷卻，把液體汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液體。這些過程均和熱量傳遞有著密切聯繫，因而均可以通過換熱器來完成。換熱器是實現化工生產過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設備。換熱器的類型比較廣泛：反應釜、壓力容器、冷凝器、反應鍋、螺旋板式換熱器、波紋管換熱器、列管換熱器、板式換熱器、螺旋板換熱器、管殼式換熱器、容積式換熱器、浮頭式換熱器、管式換熱器、熱管換熱器、汽水換熱器、換熱機組、石墨換熱器空氣換熱器、鈦換熱器等。

隨著經濟的發展，各種不同型式和種類的換熱器發展很快，新結構、新材料的換熱器不斷湧現。為了適應發展的需要，在熱量交換中常有一些腐蝕性、氧化性很強且易附著於換熱器上的物料。雖然可以用石墨、陶瓷、玻璃等非金屬材料以及不鏽鋼、鈦、鉭、鋯等金屬材料製造具有抗強腐蝕性能的換熱器。但對於易附著的物料隨著換熱的進行，易附著物料會逐漸附著在換熱器上，逐漸降低換熱性能，直至使其失去換熱性能。

隨著工業大生產的工藝日趨複雜和自動化水平不斷提高，對生產過程的環境汙染要求也越來越高。目前國內粉體輸送主要採用氣動輸送和螺旋輸送兩種方式，螺旋輸送受到設備自身的影響對輸送距離有著明顯的限制，氣動輸送雖然解決了輸送距離的限制，但存在能耗大、管道內壁易磨損，尤其是彎頭處需定期更換，且具有較大噪音，輸送效率低下等問題。

中國發明專利申請cn201310712719.3公開了一種繩式管道輸送裝置，需要在彎頭處加裝傳動裝置，以帶動板鏈在管道的中心線行進，傳動裝置有帶動力的主動式，也有不帶動力的被動式，這些裝置使得板鏈式管道輸送設備結構複雜，維護成本高。如果板鏈式管道輸送設備不在彎頭處加裝傳動裝置，板鏈通過彎頭時，其中心線不能沿著彎頭的中心線行走，送料板會被拉成側翻或者倒伏，導致卡死。

技術實現要素：

本發明提出一種換熱反應器，其結構簡單，製造成本低；其具有耐腐耐壓和高效的節能的優點；使用過程中維護簡單、方便、成本低。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種換熱反應器，其包括：

反應容器，為物料反應的器具；

閉合的送料管路，所述送料管路與反應容器底部相連通；在所述送料管路內設有球鎖鏈以及驅動所述球鎖鏈運動的驅動輪；所述球索鏈包括若干個送料球以及連接相鄰兩個所述送料球的連接件；所述球索鏈為首尾相接的閉合等球距鏈條；所述送料球的直徑小於所述送料管路的內徑，所述送料球與送料管路之間的間距小於0.05-5mm；所述驅動輪設置在驅動腔內，在所述驅動輪上均布有若干球形槽，所述球形槽直徑與所述送料球的直徑相匹配；所述驅動腔具有球索鏈進口和球索鏈出口；

載熱顆粒處理器，設置在所述送料管路的物料出口與反應容器之間；所述載熱顆粒處理器上設有物料收集口；

使用時，所述驅動輪帶動球鎖鏈在送料管路內運動，並將所述反應容器內的物料輸送到載熱顆粒處理器內，經過對物料的烘乾、分離處理後，物料完成回收，分離出的載熱顆粒重新進入所述反應容器內繼續使用。

作為優選的技術方案，所述物料出口設置在所述送料管路的水平管路上，所述物料出口的寬度至少大於相鄰兩個所述送料球的圓心之間的間距；或者

所述物料出口設置在所述送料管路的豎直管路上，所述物料出口為所述送料管路上的360度的鏤空體，所述鏤空體的高度至少大於相鄰兩個所述送料球的圓心之間的間距。更優選的，所述物料出口的寬度大於相鄰兩個所述送料球的圓心之間的間距的2倍。

作為優選的技術方案，所述球索鏈進口高於所述球索鏈出口，在所述球索鏈進口和球索鏈出口之間設有傾斜的面板，在重力的作用下，粘附於所述送料球或未完全排出的物料通過傾斜的面板滑入球索鏈出口處，在所述球索鏈的帶動下重新進入所述送料管路進行傳輸。

作為優選的技術方案，所述載熱顆粒處理器包括依次連接的烘乾段、物料剝離段和加熱段；所述物料剝離段設有物料收集口；所述加熱段的末端通過管路與所述反應容器的載熱顆粒進口相連接。

作為優選的技術方案，所述反應容器為管道反應器或反應釜。

作為優選的技術方案，相鄰兩個所述送料球中心線之間的間距為送料球半徑的2.1～5倍。優選3～4倍。

作為優選的技術方案，所述連接件為鉸鏈或繩索；所述連接件的兩端分別與送料球的兩個端面上的連接環固定連接，若干個所述連接件及送料球首尾閉合連接形成等球距的閉合的球鎖鏈；

作為優選的技術方案，所述連接件沿所述送料球的球體中心線穿過整個球體，並通過設置在所述送料球兩端的鎖扣將所述送料球固定在連接件上，所述連接件為首尾閉合的繩索，所述送料球等間距的分布在該繩索上；

作為優選的技術方案，所述送料球為空心的球體。

作為優選的技術方案，所述送料球在與鉸鏈或繩索固定處切成與中心線垂直的平臺，切去的厚度為送料球半徑的0.1～0.5倍。

作為優選的技術方案，所述送料球的表面設有耐磨層和/或防腐層。

一種熱量交換反應方法，其使用上述的換熱反應器進行反應，包括如下步驟：

在所述反應容器中加入載熱顆粒，在載熱顆粒的作用下使得反應容器中的物質升溫；

所述載熱顆粒與所述反應容器中的物質在接觸的過程中，表面附著了固體；

移除表面附著了固體後的載熱顆粒，經過載熱顆粒處理器分離出物料和載熱顆粒，載熱顆粒循環使用。

作為優選的技術方案，所述載熱顆粒是由碳化矽陶瓷、高鎳合金、鑄鐵、氟塑料、氟橡膠等材料的一種或幾種製成的物體。其中載熱顆粒為球體，直徑大於送料球121與送料管路11之間的間距，優選的直徑為3-20mm。

有益效果

(1)該換熱反應器，能夠有效解決換熱性能降低的問題。載熱顆粒能在換熱的同時將附著的物料帶出進行乾燥、剝離、收集。

(2)該換熱反應器結構簡單，製造成本低；其具有耐腐耐壓和高效的節能的優點。使用過程中維護簡單、方便、成本低。

(3)該換熱反應器採用閉合送料管路、球索鏈和驅動腔相結合的方式，有效解決了在運輸物料的過程中彎道易卡死或側翻漏料的問題，同時結構簡單。

(4)球索鏈進口高於球索鏈出口，在球索鏈進口和球索鏈出口之間設有傾斜的面板，在重力的作用下，粘附於送料球或未完全排出的物料通過傾斜的面板滑入球索鏈出口處，在球索鏈的帶動下重新進入送料管路進行傳輸，以防止物料對驅動輪產生影響。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施方案或現有技術中的技術方案，下面將對實施方案或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施方案，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例1的換熱反應器的結構示意圖。

圖2為實施例1的球鎖鏈的結構示意圖。

圖3為實施例1的驅動輪的結構示意圖。

圖4為實施例2的換熱反應器的結構示意圖。

圖5為球鎖鏈的第二種結構示意圖。

具體實施方式

下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

實施例1

參見圖1所示：一種換熱反應器1，包括：反應容器101、球索型管道輸送裝置102和載熱顆粒處理器103。其中反應容器101為物料反應的器具，其可以為管道反應器或反應釜，本領域技術人員可以根據需要選擇。球索型管道輸送裝置102包括閉合的送料管路11、球索鏈12、驅動腔13以及驅動輪131。該送料管路11與反應容器101的底部相連通，該送料管路11採用防腐材料，本領域技術人員也可以根據需要選擇使用普通材料，在送料管路11的內壁塗覆防腐層。送料管路11內設置有用於傳輸物料的球索鏈12。該球索鏈12包括若干個送料球121以及連接相鄰兩個送料球121的連接件122，其中連接件122可以選用鉸鏈，還可以選用繩索等。參見圖2所示：該鉸鏈與送料球121相連接，鉸鏈的兩端分別與送料球121的兩個端面上的連接環1211固定連接，若干個鉸鏈及送料球121首尾閉合連接形成等球距的閉合的球鎖鏈。送料球121的直徑小於送料管路11的內徑，送料球121與送料管路11之間的間距小於0.05-5mm。相鄰兩個送料球121之間的中心線間距為送料球121半徑的2.1～5倍，更優選3～4倍。送料球121在與鉸鏈固定處切成與中心線垂直的平臺，切去的厚度為送料球半徑的0.1～0.5倍。參見圖3所示：驅動腔13設置在送料管路11上，其內部設有驅動輪131，該驅動輪131由驅動電機15帶動旋轉，提供動力。該驅動輪131上均布有若干球形槽1311，球形槽1311直徑與送料球121的直徑相匹配。驅動腔13具有球索鏈進口132和球索鏈出口133。載熱顆粒處理器103，其設置在送料管路11的物料出口112與反應容器101之間。該物料出口112可以設置在送料管路11的水平管路上，物料出口112的寬度至少大於相鄰兩個送料球121的圓心之間的間距；或者物料出口112可以設置在送料管路11的豎直管路上，物料出口112為送料管路11上的360度的鏤空體，鏤空體的高度至少大於相鄰兩個送料球121的圓心之間的間距；本實施例中為360度的鏤空體。該載熱顆粒處理器103包括烘乾段1031、物料剝離段1032和加熱段1033，其中烘乾段1031、物料剝離段1032和加熱段1033依次連接。物料剝離段1032設有物料收集口10321。通過球索型管道輸送裝置102輸送來的物料，該物料附著在載熱顆粒上，經過烘乾段1031烘乾，在物料剝離段1032通過互相摩擦把烘乾後的物料從載熱顆粒上剝離，分離了物料後的載熱顆粒通過加熱段1033再次加熱至工藝溫度後，進入反應容器101中進行循環使用。

使用時，驅動輪131帶動球鎖鏈12在送料管路11內運動，並將反應容器101內的物料輸送到載熱顆粒處理器103內，經過對物料的烘乾、分離處理後，物料完成回收，分離出的載熱顆粒重新進入反應容器101內繼續使用。

該實施例中的送料球121為空心的球體，其製作簡單，節省材料，成本較低，即將2個半球合在一起的結構。採用衝壓、鑄造、注塑、壓製成型等均可。送料球121的表面可以根據需要設置耐磨層和/或防腐層。

採用上述的換熱反應器進行熱量交換反應，包括如下步驟：

將載熱顆粒加入反應容器101中，由於加入的載熱顆粒是高溫的，所以在載熱顆粒的作用下使得反應容器101中的物料升溫，達到要求的反應溫度即可。通過控制加入的載熱顆粒的溫度即可控制反應溫度。該載熱顆粒是由碳化矽陶瓷、高鎳合金、鑄鐵、氟塑料、氟橡膠等材料的一種或幾種製成的物體；載熱顆粒為球體，直徑大於送料球121與送料管路11之間的間距，優選的直徑為3-20mm。該載熱顆粒與反應容器101中的物料在接觸的過程中，表面附著了該物料，通過球索型管道輸送裝置102將附著了物料的載熱顆粒輸送到載熱顆粒加熱器103處，經過烘乾段1031烘乾，在物料剝離段1032通過互相摩擦把烘乾後的物料從載熱顆粒上剝離，分離了物料後的載熱顆粒通過加熱段1033再次加熱至工藝溫度後，進入反應容器101中進行循環使用。

傳統換熱器對於易附著的物料隨著換熱的進行，易附著物料會逐漸附著在換熱器上，逐漸降低換熱性能，直至使其失去換熱性能。對於這一問題，傳統換熱器目前還無法解決。採用上述換熱反應器，能夠有效解決換熱性能降低的問題。載熱顆粒能在換熱的同時將附著的物料帶出進行乾燥、剝離、收集。該換熱反應器結構簡單，製造成本低；其具有耐腐耐壓和高效的節能的優點。使用過程中維護簡單、方便、成本低。另外該換熱反應器採用閉合送料管路、球索鏈和驅動腔相結合的方式，有效解決了在輸送物料的過程中彎道易卡死或側翻漏料的問題，保證了物料輸送的可靠性。

實施例2

參見圖4所示：一種球索型管道輸送裝置2，該輸送裝置與實施例1的區別如下：

其物料出口112設置在送料管路11的水平管路上，物料出口112的寬度至少大於相鄰兩個送料球121的圓心之間的間距。更好的方案是物料出口112的寬度大於相鄰兩個送料球121的圓心之間的間距的2倍。

參見圖5所示：該實施例中連接件122為繩索。繩索沿送料球121的球體中心線穿過整個球體，並通過設置在送料球121兩端的鎖扣1212將送料球固定在繩索上，該繩索首尾閉合，送料球等間距的分布在該繩索上。

球索鏈進口132高於球索鏈出口133，在球索鏈進口132和球索鏈出口133之間設有傾斜的面板14，在重力的作用下，粘附於送料球121或未完全排出的物料通過傾斜的面板14滑入球索鏈出口處，在球索鏈12的帶動下重新進入送料管路11進行傳輸，以防止物料對驅動輪131產生影響。驅動輪131的下端與面板14具有一定間距。

另外，還可以根據需要在球索鏈進口132和球索鏈出口133的下端設有傾斜過橋管路16，其作用與面板14相似，即防止物料進入驅動腔13，防止其對驅動輪131造成影響，防止打滑。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。