用于生产疏水型白炭黑的流化床反应器

技术领域

本发明涉及流化床领域，特别涉及一种用于生产疏水型白炭黑的用于生产疏水型白炭黑的流化床反应器。

背景技术

目前，使用亲水性白炭黑制备疏水性白炭黑所使用的流化床反应器，由于结果上存在不合理性，使其反应产物所含的有效成分偏低，导致生产成本偏高，影响经济效益。而流化床的关键部分为床体底部的气体分布器及床体内部的换热装置，前者影响原料气的流化质量，后者将影响反应器的换热效率。

现在大多数的气体分布器被设计成筛板型、球冠型以及类似结构，这类结构对于质量较轻的白炭黑来说，容易将白炭黑吹散，导致气体与白炭黑之间的接触不均匀，反应不稳定，反应产物中有效成分偏低，生产成本较高。

而另一关键部件——设置在床体内部的换热装置，多数被设计成U型管结构，或带内外管的指型管结构，U型管结构的缺点在于：一是相邻换热管之间是通过其上下端的U型弯头或横向短管连接，影响了物料流化的通道，不利于流化，而且这种形式的换热管在与外管连接时，往往接口较多，给安装、检修带来不便。由于上述原因，现在有些流化床反应器采用了带内外套管的指型管结构，这种结构尽管避免了U型管结构的缺点，但是在换热管的布管方式上以及对进入换热管的导热油的分配上还存在着不足之处。例如有些较大型的流化床利用导热油分配箱来分配导热油，这种分配箱减少了内部换热管与外管连接接头的数量，方便了安装、检修，但这种分配箱在分配导热油时，是把进入油箱的导热油同时分配给每根换热管然后又同时排出的，而当换热管数量较多时，则需要选用较大流量的导热油泵来供油，给油泵选型带来不便，况且，每次循环泵入的导热油在换热管内流经的时间过短，带走热量有限，导致传热效率低而动力消耗高，影响经济效益。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于生产疏水型白炭黑的流化床反应器，换热管数量多且换热效率高，对导热油泵的选型限制小，热传导效率高；尤其是针对质量较轻的固体物料，能够将固体物料与气体物料充分混合均匀，反应均匀稳定，反应产物中有效成分较高，生产综合成本低。

技术方案：本发明提供了一种用于生产疏水型白炭黑的流化床反应器，包括床体，所述床体底部安装有气体分布室，顶部安装有上封头；所述床体内部安装有若干组换热管组件，每组所述换热管组件中均至少包括两个U型换热管组，各所述U型换热管组共用同一个导热油进口且共用同一个导热油出口；各所述U型换热管组由至少三个U型换热管串联而成。

优选地，所述换热管组件为六组。换热管组件的数量确定，不仅要考虑到导热油泵的功率选择因素，还要考虑到换热效率，最终折弯数量应根据实际生产需要进行选择。

进一步地，在所述气体分布室内安装有进气管、分布板和若干气体分布头，所述分布板安装在所述进气管的上方，所述气体分布头竖直安装在所述分布板上。

优选地，所述气体分布头的气体出口为开设在其侧壁上倾斜向下的出口，所述气体出口与所述气体分布头的中轴线之间的预设夹角α1为锐角。与筛板型和球冠型气体分布头相比，本申请中将气体分布头采用倾斜向下的出口设计，能够有效避免气体分布头的气体出口被床体内的固体物料堵塞，其次能够将进入到气体分布头内的气体先在其壳体内进行初步缓冲后，再经过倾斜的气体出口从内向外、从高到低喷出气体分布头，然后气体再从底部均匀缓慢地分散上升到床体内与固体物料接触反应，尤其是针对白炭黑这种质量较轻的反应物料，由气体分布头分布出的气体物料不需要流量太大就能够将该种固体物料吹散上浮，通过本申请中的这种倾斜出口设计，能够有效地均匀地分散质量较轻的固体物料，从气体分布头喷出的气体物料能够充分与固体物料混合均匀，从而床体内的反应更加均匀稳定，提高反应产物中的有效成分，降低成本。

优选地，所述预设夹角α1为20°~60°。倾斜出口与气体分布头的中轴线之间的预设夹角大小根据该倾斜出口距离气体分布头的气体进口的间距决定，若倾斜出口距离气体分布头的气体进口距离较短，则预设夹角需要开设大一些，反之则小一些。

优选地，所述分布板为V型结构。与平面结构的分布板相比，V型结构的分布板设计能够增加其上安装的气体分布头的数量，使得气体被分布的更加密布，被分散的物料也会被分散的更加均匀。

优选地，所述V型结构的夹角α2为100°~150°。

优选地，在所述分布板与所述进气管之间还安装有气体加热管。反应时如果需要对气体进行加热，则气体加热管能够将从进气管出来的气体先进行加热后再往上进入到气体分布头内进行分布。

优选地，所述进气管的出气端开口向下，且其出气端安装有喇叭状气体分散罩。进气管的开口向下是为了避免气体直接向上喷出气流集中在出气端的上方，周围的气流较少，导致气体分散不均，影响反应均匀性，在出气端安装喇叭状的气体分散罩也是为了使得从进气管的出气端喷出的气体能够更加均匀地向周围分散开来，便于后续气体分布头的均匀分布。

有益效果：本用于生产疏水型白炭黑的流化床反应器中各组换热管组件中至少包括两个U型换热管组，每个U型换热管组至少由三个U型换热管串联而成，各U型换热管组之间共用同一个导热油进口且共用同一个导热油出口，即相当于每组换热管组件中各U型换热管组之间是并联结构，而且每组换热管组件中只需要通过一个导热油进口和一个导热油出口与外管连接，大大减少了接头的数量，便于安装和检修。

本申请中换热管组件中，由于每组U型换热管组之间并联，能够实现通过导热油泵给一个导热油进口泵入导热油时，同时给多个U型换热管组泵入导热油，导热油从多个U型换热管组泵出时，也可以同时从一个导热油出口泵出，这样就无需较高流量的导热油泵就能够实现同时为多组换热管组件泵入或泵出导热油。

值得一提的是，本申请中每组U型换热管组由多个U型管换热管串联而成，所以与指型换热管相比，U型换热管数量较多，且每根换热管都是U型单层换热管，不仅能够增加物料的换热行程，而且各U型换热管由于结构上的优势能够在床体内均匀布管，均匀布管则直接提高了床体内物料反应的效果和稳定性，最终提高了反应产物中有效成分，降低了生产成本。

附图说明

图1为实施方式1中用于生产疏水型白炭黑的流化床反应器的整体结构示意图；

图2为实施方式1中一组换热管组件的结构示意图；

图3为实施方式1中气体分布头的结构示意图；

图4为实施方式1中用于生产疏水型白炭黑的流化床反应器中换热管的布管截面图；

图5为实施方式2中气体分布头的结构示意图；

图6为实施方式3中安装有气体分布头的分布板的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的介绍。

实施方式1：

本实施方式提供了一种用于生产疏水型白炭黑的流化床反应器，如图1至3所示，主要包括床体1，床体1底部安装有气体分布室2，顶部安装有上封头3，床体1内部安装有六组换热管组件，每组换热管组件中均至少包括两个U型换热管组4，每个U型换热管组4均至少由三个U型换热管串联而成。两个U型换热管组4共用同一个导热油进口5且共用同一个导热油出口6。在气体分布室2内安装有进气管201、分布板202和若干气体分布头203，分布板202安装在进气管201的上方，气体分布头203竖直安装在分布板202上，进气管201的出气端开口向下，且其出气端安装有喇叭状气体分散罩206，在分布板202与进气管201之间还安装有气体加热管205。

本实施方式中的用于生产疏水型白炭黑的流化床反应器的工作原理如下：

在反应物料进入床体1之前，先经导热油进口5将导热油泵入各组换热管组件，泵入的导热油经导热油进口5后分两路分别进入到一个U型换热管组4的各U型换热管内，导热油流经两个U型换热管组4的各U型换热管后从同一个导热油出口6泵出。

气体物料从进气管201通入，经出气端的气体分散罩206后向上经气体加热管205加热，加热后的气体物料再向上进入气体分布头203，经气体分布头203分布的气体物料进入到床体1内，与经物料入口101进入床体1内的固体物料接触后，将固体物料吹散均匀的同时，气体物料与固体物料之间发生反应，反应后的废气经上封头3顶部的气体出口301排出，固体产物经固体产物出口302排出。

本实施方式中气体分布头203的气体出口204开设在顶端，且气体出口204边缘设计为锥形，这样床体内的物料可以顺着锥形边缘滑落，防止物料堵塞气体分布头203的气体出口204。

本实施方式中的用于生产疏水型白炭黑的流化床反应器中，各组换热管组件中至少包括两个U型换热管组4，每个U型换热管组4至少由三个U型换热管串联而成，各U型换热管组4之间共用同一个导热油进口5且共用同一个导热油出口6，即相当于每组换热管组件中各U型换热管组4之间是并联结构，而且每组换热管组件中只需要通过一个导热油进口5和一个导热油出口6与外管连接，大大减少了接头的数量，便于安装和检修。

本申请中换热管组件中，由于每组U型换热管组4之间并联，能够实现通过导热油泵给一个导热油进口5泵入导热油时，同时给多个U型换热管组4泵入导热油，导热油从多个U型换热管组4泵出时，也可以同时从一个导热油出口6泵出，这样就无需较高流量的导热油泵就能够实现同时为多组换热管组件泵入或泵出导热油。

值得一提的是，本申请中每组U型换热管组4由多个U型管换热管串联而成，所以与指型换热管相比，U型换热管数量较多，且每根换热管都是U型单层换热管，不仅能够增加物料的换热行程，而且各U型换热管由于结构上的优势能够在床体内均匀布管，均匀布管则直接提高了床体内物料反应的效果和稳定性，最终提高了反应产物中有效成分，降低了生产成本。

实施方式2：

本实施方式为实施方式1的进一步改进，主要改进之处在于，在实施方式1中，气体分布头203的气体出口204开设在气体分布头203的顶端，这样的设计对于床体1内质量较大的固体物料来说比较优选，但是当床体1内需要通入质量较小的比如像白炭黑这样的固体物料时，由于气体出口204正向上吹气，会导致较小质量的固体物料随气流迅速被吹上床体1内较上部的位置，容易导致固体物料分散不均，与下部的气体接触不均，影响反应均匀性、稳定性，影响反应产物中的有效成分含量。

而在本实施方式中，将气体分布头203的气体出口204开设在气体分布头203侧壁上，该气体出口204为与气体分布头203的中轴线之间具有45°夹角α1的倾斜出口，如图5所示，该倾斜的气体出口204从气体分布头203的内壁到外壁高度逐渐降低。

这样设计后的气体出口204能够使得气体物料进入到气体分布头203后，先经气体分布头203壳体的缓冲后，再经过倾斜的气体出口204从内向外、从高到低喷出气体分布头203，然后气体再从底部均匀缓慢地分散上升到床体1内，尤其是针对白炭黑这种质量较轻的反应物料，通过本申请中的这种倾斜的气体出口204设计，能够有效地均匀地分散物料，能够充分将气体物料与固体物料混合均匀，从而反应均匀稳定，提高反应产物中的有效成分，降低成本。

除此之外，本实施方式与实施方式1完全相同，此处不做赘述。

实施方式3：

本实施方式为实施方式2的进一步改进，主要改进之处在于，本实施方式中，如图6，气体分布室2内的分布板202为夹角α2为140°的V型结构。与平面结构的分布板相比，V型结构的分布板202设计能够增加其上安装的气体分布头203的数量，使得气体被分布的更加密布，被分散的物料也会被分散的更加均匀。

除此之外，本实施方式与实施方式2完全相同，此处不做赘述。

上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。