反应釜螺旋管夹套新型结构研究

2022-09-10

带冷却夹套的反应器、反应釜是化工、制药、食品、制糖等行业广泛使用的一种设备。这种反应器有结构简单、制造方便、成本低、适应性广等特点, 但也存在着不足之处。

一、有夹套存在的主要问题

1. 冷却介质在夹套内流速低, 夹套传热系数小, 而总的传热系数K值偏小, 反应器反应效果不良。

2. 由于冷却介质在夹套内流速低, 使得冷却水易于结构, 从而传热阻力增大, 而总的传热系数K值降低影响传热, 降低冷却效果。

3. 反应器的内筒需按外压来设计, 但内筒和夹套壁过大, 使设备十分笨重, 而且又难以清洗。

二、国内外现有先进结构述评

针对夹套的不足之处, 国内外出现的先进技术主要有一下改进:

1. 整体冷却夹套改成分片式夹套, 同时明显减少夹套间隙的宽度来提高冷却介质流动速度, 在内筒和夹套之间加设焊接点, 以便提高强度和刚度来降低设计壁厚的目的。

2. 变整体夹套为螺旋缠绕结构, 如采用角钢或半管螺旋缠绕在内筒外壁作为冷却夹套。这种结构同样能起到增加冷却介质的流动速度, 提高传热系数和加强刚度的目的。

3. 在夹套间分流道, 减少流道截面积, 从而提高流速达到强化传热效果。

从以上改进方向来看, 大部分夹套改进技术方向都通过提高冷却介质流速消除传热死区, 在很大程度上起到强化传热的效果, 但是他们都存在着结构复杂、加工制作困难的缺点。

与以上改进方法相比, 夹套间螺旋缠绕流态化清洗技术能在根本上解决夹套的低效和清洗, 其原理是在不改变原夹套的基础上增加一些卡口用于固定塑料管, 使其形成螺旋通道, 进行流态化清洗, 对防垢除污、强化传热都有良好效果, 又降低了改造难度系数。

三、技术方案论证

此方案是采用流态化在线清洗污垢的技术, 流态化技术用于清洗工业操作有一下有点:

1. 颗粒流动平稳, 操作易于实现在线、连续化和自动化清洗。

2. 由于固体颗粒的激烈运动和迅速混合, 使温度均匀, 便于调节和维持所需的温度。流态化清洗污垢技术主要从流速方面的改变来研究传热强化的效果, 采用流态化使流体产生湍流, 流态化的固体粒子随机运动, 不仅使整个主体部分的湍流程度大大增加, 更重要的是在较低流速, 较厚的湍流边界层也受到不断的扰动, 并且不断地碰撞擦洗传热面, 从而强化了边界层的传热, 并使传热面得以除垢防垢。具体是在夹套的间距中加塑料管使其成螺旋状形成螺旋通道消除了死区, 在清洗液中加入规定目数的沙子, 在一定的流速下进行在线自动除垢和防垢, 而且沙与水可以循环使用, 减少了费用和资源。原理图如右。