CN101022873A - 能承受部分载荷的降膜式蒸发器和部分载荷的运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明的对象是一种降膜式蒸发器(1)，它配备一分成区段的液体分配器(5)，使得可以仅仅给有限数量的蒸发管(3)供给液体，蒸发器(1)也可以在部分载荷下最佳地运行。其次本发明的对象是这种降膜式蒸发器(1)的运行方法，其中还赋予它这样的任务，即，将在气体蒸汽混合物冷凝时释放出来的热量传递给至少部分待蒸发的液体。这样装备和运行的降膜式蒸发器(1)可以有意义的用于例如在制造1.2二氯乙烷中的废热回收系统中。

Description

能承受部分载荷的降膜式蒸发器和部分载荷的运行方法

技术领域

本发明的内容是一种降膜式蒸发器，它至少具有：

·一包围的外壳，

·大量管子，液体薄膜可在这些管子的内侧上流下，

·顶面的用来将液体分配到各个管子中的装置，

·底面的用来收集残液和蒸汽的装置，

·一用于在管内侧产生的蒸汽的蒸汽抽出装置，

·一用于在管内侧未蒸发液体的液体抽出装置，

·分隔件，它们将管内空间和与它液压连接的用来分配和汇集液体的装置与管外空间隔开，

·一用于将气体蒸汽混合物输入管外空间的装置，

·一用于从管外空间排出冷凝液的装置，

·一用于从管外空间排出未冷凝蒸汽和不可冷凝气体的装置。

背景技术

为此降膜式蒸发器配备一分体式分配器，它设计成这样，使得降膜式蒸发器也可以在部分负荷下运行，另一个内容是，这种降膜式蒸发器的运行方法，其中它有这样的任务，即，将在气体蒸汽混合物冷凝时释放的热量传递给这时至少部分待蒸发的液体。这样装备和工作的降膜式蒸发器可有价值地用于例如在制造1.2二氯乙烷(下面称为EDC)中的热量回收系统中。

薄膜式汽化气之所以有名，是因为用它可以对敏感液体柔和地加热。这在于管内壁高的导热系数，其使得在通常由热介质加热的外壁和作为膜掉落在管内壁上并蒸发的液体之间只需要小的温差。而且这种情况还使得可以利用低值热源作为热介质，其温度水平只需要略高于管内侧的待蒸发液体的温度水平。

如果在管外侧上也作用高的导热系数，那么这种现象便越明显，因为热源由可冷凝的蒸汽组成。这样热介质和待蒸发液体之间所需要的温差便下降到3K。在此是哪种类型的蒸汽，则这是无关紧要的。除水蒸汽外，在相应过程中附带产生的其他物质蒸汽，例如由蒸馏或蒸汽形逸出的化学地形成的产品组成的水蒸汽，也是适用的。

因此降膜式蒸发器对于大型设备中的废热回收工作也越来越有吸引力。特别是它们可以作为液相加热器(Sumpfaufheizer)用在精馏塔中，例如在制造EDC时，如由EP 1228 022 B1和DE 36 04 968 A1所知。

但是在实际应用中采用可部分冷凝的气体蒸汽混合物作为其加热介质的降膜式蒸发器有这样的缺点，即它只能很差地在部分载荷条件下运行。如果它们用作精馏塔中的液相加热器，那么还包括可调节性差的缺点，因为热量输入减少由于调节作用使降膜式蒸发器至少有时进入部分载荷运行。起动和停机过程也造成很大困难。

部分负荷下的不利性能归因于加热介质的冷凝特性。在全负荷时加热的气体蒸汽混合物可无阻碍地通过受调节的输入装置(下面也称为调节阀)进入管外空间，调节阀完全打开。对于部分负荷运行的调节作用造成调节阀部分关闭，并在流动通过阀时产生压力损失。在管外腔内由此降低的压力首先造成加热蒸汽的局部压力下降，从而温度也降低，冷凝在管外侧上发生。由于管外侧和管内侧之间非常小的温差，管内侧上的蒸发温度也下降，这通常是不希望的，因为由此会改变精馏塔的温度状况。

第二个缺点是，如果不再具有足够的剩余压力，气体蒸汽混合物中的气体只能在困难的条件下从降膜式蒸发器中去除。根据入口压力和通过调节阀的压力损失，为了抽出气体需要真空泵。如果不是全部蒸汽冷凝，那么真空泵必须同样抽出蒸汽成分。

另一个问题在于，气体蒸汽混合物中的气体有一个爆炸区的话。特别是如果蒸汽进入全部冷凝的话，这是关系重大的。例如在采用由乙烯、氧气和EDC组成的以EDC作为最主要的可冷凝成分、氧气和乙烯作为冷凝期间爆炸混合物的组分的气体蒸汽混合物时便出现这种问题，因此在这种情况下需要可靠地防止EDC蒸汽全冷凝。

这里上述问题不仅是静态现象，还与调节作用的速度有关。一般快速作用的调节作用比慢的调节作用更难保持稳定，这里普通结构和运行方式的降膜式蒸发器特别敏感。

发明内容

因此本发明的目的是，克服上述缺点，并提供一种具有良好部分负荷特性的降膜式蒸发器及其运行方法。

这个目的通过按权利要求1的装置和按权利要求4的方法实现。

本发明由此实现这个目的：

·液体分配器，它将待蒸发液体分配到各个管内侧，分成至少两个区段，

·每一区段可单独通或不通液体。

在一种优选实施形式中，各个区段做成不同尺寸，使得每个区段给不同数量的管子供给液体。分区最好应该这样进行，使得最小的区段及其再大一点的区段之间在待供给液体的管子数量方面存在1∶4至2∶3，理想情况下为1∶2的比例。

在采用两个区段时，较小的区段设计成这样，使它给20至40％尤其是33％的管子通入液体。在采用3个区段时，最小的区段给4.8至21％之间尤其是14％的管子供给液体，中间的区段给19至32％之间尤其是28％的管子，最大的区段给47至76％之间尤其是57％的管子供给液体。

各区段的布局及其几何形状无关紧要。各区段例如可以由同心圆，蛋糕形扇形块或圆孤段组成，也可以是任何其他几何布局。由于待蒸发液体和蒸汽形加热介质之间小的温差而没有临界的热应力，就像否则在换热器中所担心的在所谓的倾斜载荷时可能导致机械问题那样。

运行方法在于，根据所希望的部分负荷情况单个中断分配系统各个区段的液体输入。因此根据液体含量，分配器区段可以在非常宽的运行范围内以分钟的间隔快速地调节。由于仅仅少得多的管子内通液体，有效的换热面积大大减小。微调可以通过由仍供给液体的分配器区段所得到的液体量进行。

因此不再需要，采用气体蒸汽混合物的调节阀来调节降膜式蒸发器的待传递热量。因此调节阀可以承担新的任务，即通过压力损失调整一起促成液相加热器温度的微调，当然在上述界限之内。

如果不需要液相加热器温度的这种调节，那么可以通过简单的低压力损失的截止阀代替普通的调节阀，这是本发明的另一个优点。

因为在这种情况下整个结构可以做得压力损失特别小，也存在这样的可能性，即在冷凝后待抽出的残余气体蒸汽混合物以小的耗费再压缩到输出压力。因此也可以采用只需要一个支流和只有一个支流分流出来的热源，它可以重新掺入剩余的气体蒸汽混合物，这是本发明的另一优点。

在本发明装置的一种优良结构中存在用于取出在管内侧产生的蒸汽和从一中心管中抽出不可冷凝气体的抽出装置，中心管由一朝下定向的入口和连接在上面的垂直分段构成。这里在理想情况下管子的直径等于或大于所有蒸发管自由的内部流通横截面之和，从而尽可能地抑制带出流体小颗粒。

附图说明

借助于在图1和2中所示的例子详细说明本发明。

具体实施方式

图1表示一降膜式蒸发器1，它具有一环绕包围的外壳2和大量管子3，它们两端固定在未详细画出的管底内。输入管3内的液体通过管道4输入上端的分配装置5，并通过它分配到两个管区段，其中较小的管区段6通过虚线框表示。管道4按照分配装置5的区段数分成两个管道7和8，其中在管道7和8中每一个内设一阀9或10，使得分配装置5的各区段可以在流体动力学方面相互分开。

在管子3下方设一汇集装置11，它接收来自管3中的残留液体，并通过管道12从降膜式蒸发器1中导出。流过管子3的或在那里形成的蒸汽和气体通过管道13从降膜式蒸发器1中引出。

通过管道14将气体蒸汽混合物输入管外空间。在那里形成的冷凝物通过管道15引出，未冷凝的蒸汽和不可冷凝的气体通过管道16离开管外空间和降膜式蒸发器1。

图2中表示一实施例，其中液体从管内侧汇集在落膜式汽化器1的底部内，并通过管道12导出。来自管内侧的蒸汽和不可冷凝的气体通过中心管14引出，中心管具有一朝下定向的入口、一连接在上面的垂直分段和一大的直径，从而抑制在气流中带出液体。蒸汽和气体通过中心管14的水平分段和管道13从降膜式蒸发器中导出。

在一种简单和未单独画出的方案中，来自管3的液体与蒸汽一起汇集在降膜式蒸发器1的下部内，并在一共同的管道12中排出。

Claims (7)

1.降膜式蒸发器，具有：

·一环绕包围的外壳，

·许多管子，液膜可在这些管子的内侧上流下，

·顶部的用于将液体分配到各管子中的装置，

·下部的用于汇集残留液体和蒸汽的装置，

·一用于在管内侧产生的蒸汽的蒸汽抽出装置，

·一用于管内侧未蒸发液体的液体抽出装置，

·分隔件，它们将管内空间和与它液压连接的用于分配和汇集的装置与管外空间隔开，

·一用于将气体蒸汽混合物输入管外空间的装置，

·一用于从管外空间引出冷凝液体的装置，

·一用于从管外空间引出未冷凝蒸汽和不可冷凝气体的装置，

其特征为：

·液体分配器，它将待蒸发液体分配到各个管子内侧，并且分成至少两个区段，

·每个区段可单独地通入或不通入液体。

2.按权利要求1的装置，其特征为：各个区段做成不同大小，使得每个区段可给不同数量的管子供给液体。

3.按权利要求2的装置，其特征为：在较小的区段和其再大一点的区段之间在待供给液体的管子的数量方面存在1∶4至2∶3，尤其是1∶2的比例。

4.按权利要求1至3之任一项的装置，其特征为：设有用于将在管内侧产生的蒸汽和不可冷凝的气体从一个管子中抽出的装置，该管子包括一朝下定向的入口和一连接在它上面的垂直分段。

5.按权利要求4的装置，其特征为：管子的直径等于或大于所有蒸发管自由的内部流通横截面之和。

6.用于运行按权利要求1至5之任一项所述装置的方法，其特征为：根据所希望的部分载荷情况，单个中断分配系统各个区段的液体输入。

7.按权利要求6的方法用来制造EDC的应用。

Images