CN102597679A - 用于脱臭机的热交换器系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于结合到脱臭机中的热交换器系统。所述热交换器系统包括纵向热传递装置、入口分配集管、出口收集集管、具有孔以支承纵向装置的隔离物、补偿器、以及两个或更多个支承器件。纵向热传递装置被引导穿过隔离物的孔并被布置成束，束中的每一个附连到入口分配集管以及出口收集集管，并且隔离物中的至少一些安装在至少一个支承器件上。本发明还涉及具有所述热交换器系统中的一个或多个的半连续脱臭机以及脱臭机的使用。

Description

用于脱臭机的热交换器系统

本发明涉及热交换器系统、脱臭机、脱臭机的使用和在脱臭机中用于加热或冷却的方法。

本发明

食用油脂的脱臭是精炼过程中的重要步骤。一种脱臭机设计类别包括包含多个竖直地堆叠的盘的真空容器，其中油被连续地从盘传送到盘。基于盘的脱臭机类型的子类以半连续模式运转，其中，存在于盘中的一批油在传送到其它盘期间保持为单独的实体。这种半连续模式允许在不中断运转的情况下更换原料，但在批切换时导致瞬间和显著的材料温度变化。

在基于盘的半连续类型的脱臭机中，油的加热或冷却在专用的盘中恰当地执行，其中热交换盘管布置在用于加热和冷却的区域中。现有技术的热交换器盘管为或者螺旋形或者蜿蜒式设计。螺旋形盘管设计不可避免地导致在中央的、其中不存在热传递区域的空的空间，这负面地影响可安装的总的热传递表面积。此外，热交换器的结构十分刚性，这会导致材料疲劳，并且由于源自不同温度的油批的频繁切换的热致膨胀或收缩而最终导致盘管开裂。

因此，本发明通过新的热交换器系统提供了对所述问题的解决方案，该热交换器系统使在一定的盘直径中安装更大的热交换区域成为可能并且大幅地降低热应力和疲劳开裂。因而，本发明涉及一种用于脱臭机的热交换器系统，该热交换器系统包括用于传热流体的纵向热传递装置、入口分配集管、出口收集集管、具有孔以支承纵向装置的隔离物、以及两个或更多个支承器件。该设计还允许热交换器与用于油的受控搅动的喷气系统的合适的一体化，这对于整个热传递来说是重要的。

纵向热传递装置被引导穿过隔离物的孔并被布置成束，且束中的每个纵向热传递装置附连到入口分配集管并附连到出口收集集管，并且一些隔离物安装在至少一个支承器件上。纵向热传递装置的加热表面分布到遍及脱臭容器的整个横截面，这导致单位体积结合更多的表面积。较大的每盘热面积提供较好的热回收，这将导致较低的每千克加工的油的能耗和CO₂排放。纵向热传递装置可以为例如U形管，但根据本发明可使用任何类型的合适的纵向形式。

根据本发明的纵向热传递装置在压缩盘底部正上方的加热表面面积方面特别有效，从而允许较低的液体高度，这会导致较高的容量降低和较好的汽提效率。本发明因而提供了对不同脱臭工艺的更灵活的解决方案并且因此能够适合于具体的应用。新的热交换器系统的另一个有益效果是设备制造成本，其小于螺旋形或蜿蜒式类型的设备制造成本。

热交换器系统还可包括至少一个连接到集管歧管的补偿器，该集管歧管可为入口集管歧管或出口集管歧管。补偿器进一步降低结构中的热应力。补偿器的位置在热交换器系统中为或者竖直或者水平的，并且优选地，补偿器连接在纵向装置上方。还可行的是补偿器连接在热交换器系统下方。优选地，补偿器连接到填充有两相传热流体的纵向热传递装置。两相传热流体为合适的液体和蒸气。

热交换器系统可包括用于分配搅动剂、汽提气或用于汽提蒸汽(下文称为搅动/汽提剂)的管布置。搅动/汽提剂的其中一个作用是引起搅动，并且搅动/汽提剂可为按剂量给料的或受调节的。管布置可被引导穿过支承器件中的至少一个，在该支承器件上安装有隔离物。隔离物可为例如管板，但可选择任何其它合适的隔离物，隔离物被布置成支承引导穿过隔离物的孔的纵向热传递装置。第一组支承器件可连接到第二组支承器件，并且支承器件可通过诸如杆、链、线材或它们的组合的柔性装置彼此连接。两组支承器件支承着纵向装置的束，该纵向装置的束布置在这两组支承器件之间。支承器件可为支承梁。从而，一个支承梁连接到在第一支承梁上方的第二支承梁。

热交换器系统还可包括至少一个分配传热流体到入口分配集管的歧管和至少一个从出口收集集管收集传热流体的歧管。纵向热传递装置可安装在诸如水平位置、竖直位置、倾斜位置或它们的组合的任何位置中，并且纵向热传递装置填充有具有一个或两个相的传热流体，两相传热流体为液体和蒸气。填充有两相传热流体的纵向热传递装置优选地安装在竖直位置中并彼此并联连接。传热流体、液体或蒸气可为任何合适的流体，但优选地为选自包括水、盐水(即盐+水)、蒸汽、热油、乙二醇、成品油、成品脂肪或脂肪酸馏分的组中的流体的一种或多种的流体。

根据本发明的热交换器系统还包括为U形管的合适的纵向热传递装置、为管板的合适的隔离物、以及为支承梁的合适的支承器件。

本文将包括支承件的所有加热元件定义为本发明的热交换器系统。该系统经受由于温度梯度暴露导致的热膨胀或收缩，温度梯度暴露由用具有不同于热交换系统的温度的油迅速填充盘所引起。外壳和盘是保持由热交换器系统加热或冷却的液体体积的元件。纵向热传递装置被布置成束，并且这些束可在热交换器系统中或者彼此串联地或者彼此并联地连接到彼此。

单独的热传递装置可设计为单一的纵向U形管形成的元件，但其它设计也是可行的。束合适地安装有隔离元件以使束能够紧密地堆叠，隔离元件为例如管板，但是其它类型的隔离元件也是可行的。堆叠的束可由支承梁柔性地支承。从而，新设计使得能够有比螺旋形或蜿蜒式盘管的设计更紧密和更灵活的设计，并且该设计使得可以通过容器的整个横截面分布热面积。通过使用热交换器系统的U形管设计，设计的热膨胀或热收缩将沿着管的纵向轴线定向，并且在其它方向上的膨胀或收缩并不重要。

该系统分成几个与集管互连的单一加热元件。集管被设计成允许在纵向上自由膨胀或收缩的自由支承的元件。对单一加热元件的集管连接点由集管的热膨胀限定。系统的每个单一加热元件被制成在集管的移动方面是灵活的，以允许系统自由膨胀。系统在不同的运行条件期间通过管板、集管和诸如杆、链、线材或它们的组合的其它支承装置在盘内保持就位。

集管将传热流体分配或收集到纵向装置的各个连接的束。纵向热传递装置的管被引导穿过隔离物中的管孔，该隔离物允许纵向热传递装置在盘的区域内有灵活的移动。

彼此串联的纵向热传递装置的束可用于冷却，但不是必须的，其在一些应用中也可用于加热；且彼此并联的纵向热传递装置的束可用于加热，但不是必须的，其在一些应用中也可用于冷却。并联的管可用作再沸器或冷凝器。

本发明还涉及脱臭机，该脱臭机包括至少一个根据本发明的热交换器系统。热交换器系统优选地可具有纵向热传递装置，该纵向热传递装置安装在竖直位置，但水平位置也是适用的。纵向热传递装置彼此并联和/或串联连接，并且热交换器系统包括用于蒸气冷凝的补偿器。脱臭机可为或者连续的或者半连续的。

当脱臭机为半连续脱臭机时，该脱臭机则包括至少一个汽提段，该汽提段可具有如下设计：该设计或者包括进料缓冲盘、调节装置、流体分配器、规整填料和接收盘，或者包括由大型泵运转的保持盘，或者上述设计的组合。

在根据本发明的脱臭机中的热交换器系统可彼此连接以用于传热流体的再循环，从而传热流体可在同一半连续脱臭机中用于加热和冷却两者。热交换器系统的连接可通过管或管道(实现)，该管或管道可为内部或外部的或者内部和外部的管或管道的组合。根据本发明，脱臭机可包括根据本发明的热交换器系统和带有热交换器盘管的系统的组合。连接管或管道可为内部或外部的或者内部和外部的管或管道的组合。半连续脱臭机可因而具有两个或更多个热交换器系统，该热交换器系统可或者为具有在水平位置的纵向热传递装置的热交换器系统，或者为具有在竖直位置的纵向热传递装置的热交换器系统，或者其中脱臭机可拥有具有在水平位置的纵向热传递装置的热交换器系统和具有在竖直位置的纵向热传递装置的热交换器系统两者，或者脱臭机可拥有具有纵向热传递装置的热交换器系统和带有如上所述的热交换器盘管的系统两者。根据本发明的脱臭机也可具有用于汽提气或汽提蒸汽的内部或外部管道。

本发明还涉及使用用于脂和/或油的脱臭的连续脱臭机或半连续脱臭机。脂和油可为任何类型的植物或食用脂和油。本发明的脂和油分成但不限于：棕榈油、棕榈仁油、椰子油、牛脂、猪油、豆油、低芥酸菜子油或油菜籽油、棉籽油、谷物或玉米油、向日葵油、红花油、米糠油、橄榄油、可可脂、婆罗双树脂、雾冰草脂、牛油树脂、牛奶脂、鱼油、落花生油、山茶油、多种类型的外来脂和油、或者诸如乙酯或甲酯的油衍生物等。

本发明还涉及用于加热和冷却脱臭塔、脱臭机、或根据本发明的半连续脱臭机的方法。该方法还包括在加热系统中冷却来自冷却系统的受热的传热流体，以及在冷却系统中加热被冷却的传热流体。该方法包括引导传热流体穿过至少一个根据本发明的热交换器系统和引导传热流体穿过至少一个具有彼此串联的例如U形管的纵向热传递装置的热交换器系统，并且该方法还包括将在从冷却系统收集的传热流体中蓄积的热量在加热系统中用于加热目的，并且在同一冷却系统中再循环和再热如此冷却的传热流体，并且其中传热流体在压力之下在纵向热传递装置中受引导。

本发明由独立权利要求和从属权利要求进一步限定。

下面将通过利用图1至7说明本发明。附图用于举例说明本发明的目的，而非意图限制其范围。

附图简要说明

图1示出根据本发明的呈布置在模块中的U形管形式的用于传热流体的纵向热传递装置在竖直位置和水平位置的两个视图。

图2示出作为示例的U形管模块，其作为根据本发明的热交换器盘的内部件的一部分布置在竖直位置。

图3示出由根据本发明的器件支承的完整的U形管布置。

图4示出安装在竖直U形管的顶部上的补偿器。

图5示出根据本发明的两组U形管，竖直的一组并联连接，且水平的一组串联连接。

图6示出具有根据本发明的热交换器盘的两个根据本发明的脱臭塔。

图7示出具有根据本发明的热交换器盘的另一个根据本发明的脱臭塔。

图8示出根据本发明的另一个实施例，其中补偿器安装在竖直U形管的顶部上。

附图详细描述

图1示出用于传热流体的纵向热传递装置的两个束1a和1b。束1a是在竖直位置的一束U形管的示例，而束1b是在水平位置的束的示例。竖直束1a附连到两个集管2a和2b，这两个集管都配有孔，集管2a具有孔2c，而集管2b具有孔2d。在图1中，孔2d小于孔2c，并且小孔2d在孔2c上方，但其也可以为相反的方式。因此，孔2d可以大于孔2c，并且较大的孔2d将因此在较小的孔2c上方。孔的尺寸和位置取决于束1a的功能。集管的位置和集管功能取决于应用。如果供给料想到会在管内部改变相的流体，则流动方向被选择为使得蒸气相将始终通过上集管。上集管2b因此在使用热交换器作为油冷却器而在管内部产生流体蒸气的情况中充当出口收集器，并且如果使用该交换器作为在管内部产生冷凝物的加热器，则充当入口分配器。另外，水平束1b附连到入口分配集管3a和出口收集集管3b。水平布置最适合单相流体。

图2示出具有在竖直位置的U形管4的束的热交换器盘的内部件的一部分。每个管4被引导穿过具有孔以支承纵向热传递装置(在本例中为U形管)的隔离物5。至少一些隔离物5安装在至少一个支承器件6上。支承器件6在本图中为梁。图2还示出用于搅动/汽提剂的管7如何被引导穿过支承器件6。通过这种管布置，使得可以进一步支承纵向热传递装置5，但不一定所有热交换器盘都具有这种额外的支承。支承器件6连接到图中看不到的第二支承器件，并且这些支承器件由诸如杆、链、线材或它们的组合的柔性装置8互连。两个支承器件支承布置在这两个支承器件之间的纵向热传递装置的束，并且使得该布置为柔性的，以便纵向热传递装置的热膨胀能发生而设备没有任何应力。隔离物5还允许纵向热传递装置自由移动。

在图3中示出了纵向热传递装置9的布置如何被设计成适合脱臭盘的内部空间以通过遍及盘的整个横截面分布热传递区域来优化热传递区域，盘的壁在图中不可见。竖直纵向热传递装置经由集管10连接到两个歧管11，歧管11以并联方式连接竖直纵向热传递装置9。集管10为或者入口分配集管或者出口收集集管，每一种类型都互连到歧管。该图示出了支承器件6如何连接到支承器件12或保持器件12。包括纵向热传递装置9、集管10、隔离物5等的内部件由支承器件6支承并且经由柔性装置8从支承器件12柔性悬挂下来，因此这种布置可移动并可避免任何材料应力。内部件的紧凑布置还增加了每盘体积的加热表面积。增加的每盘热面积提供了更好的热回收。

图4示出了补偿器13如何连接到与出口收集集管15相连的出口歧管14。在该图中，补偿器13在竖直位置，但补偿器也可在水平位置或介于竖直位置和水平位置之间的位置。一般来说，水平位置是优选的，以确保补偿器浸入盘液体中，从而避免管温差等。然而，竖直位置在管侧上产生了蒸气的情况中是优选的，因为立管有利于更好的液体/蒸气分离。尽管图中示出了竖直地布置的纵向热传递装置9，补偿器13也可连接到水平地布置的纵向热传递装置。

图5A和5B示出了纵向热传递装置的两种类型的布置以及热传递装置如何在这两种不同布置中连接到彼此。图5A是并联连接的纵向热传递装置的竖直布置。图5B示出了此处呈U形管形式的纵向热传递装置9的水平布置。两个集管16连接到纵向热传递装置9，一个在入口端口处，而一个在出口端口处。集管在图5B中串联连接，这意味着属于一个管束的出口集管经由外部管17连接到属于另一个管束的入口集管，并且入口集管连接到U形管的入口，该U形管互连到出口集管，等等。图5B还显示，用于搅动/汽提剂的管7可布置在纵向热传递装置9下方，并且该管被引导穿过支承器件6。

图6A和6B示出了根据本发明的半连续脱臭机的两种备选形式，在这些图中仅示出纵向热传递装置18的竖直布置，但一个或多个(纵向热传递装置18)可与水平布置的纵向热传递装置交换。在图6A中可看到盘20中的液体高度19，与带有盘管的系统相比，通过使用根据本发明的热交换器系统，可以降低液体高度19。脱臭机包括一个或多个热交换器系统。使得搅动/汽提剂紧密接触受热的油，从而汽提掉挥发性组分。停留时间在汽提的同时引起各种组分的所需热分解。大部分汽提可在盘中用大型泵21进行或在汽提段中进行，同时只有少量汽提在热交换器盘中进行，此时首先按剂量加入搅动/汽提剂以增加热传递。在图6A中，脱臭机A装有作为汽提段的带有大型泵21的盘。大型泵21按照以下原理工作：搅动/汽提剂在竖直管底部注入，该竖直管充当将油从盘底部输送至液体表面以上的文丘里式喷嘴，其中喷雾效应使得挥发物能转变至气相，且从而从油中被移除。

在图6B中，脱臭机B装有带有大型泵21的盘和汽提段两者。作为一种备选方案，脱臭机可具有两个或更多个汽提段。汽提段包括用于流体流动的进料缓冲盘22、流调节装置23、液体分配器24、规整填料25和接收盘26。调节装置23调节从进料缓冲盘22到分配器24的液体流。分配器24在规整填料25的横截面区域上分布液体。将规整填料结合到基于盘的半连续脱臭机(SCD)提高了汽提效率并使得能够以比仅装有大型泵的SCD更低的蒸汽消耗量和保持时间进行物理精炼。图6A和6B还显示，脱臭机具有用于处理蒸气相的外部管道27或内部管道28。蒸气可通过管道29收集并再送入脱臭机中，并且通过规整填料25以逆流方式接触油并通过管道30引出。

图7示出了也装有带有大型泵21的盘和汽提段的脱臭机，汽提段包括进料缓冲盘22、流调节装置23、液体分配器24、规整填料25和接收盘26。在图7中可以看到，脱臭机还可具有带有水平U形管31的盘和带有竖直U形管32的盘。该图显示，补偿器13可或者在竖直位置13a中，或者在水平位置13b中。

图8示出本发明的另一个实施例，其中补偿器以与图4中所示不同的方式安装在竖直U形管的顶部上。根据该实施例，补偿器13连接到出口歧管14，出口歧管14连接到出口收集集管15。根据这种形式的歧管14置于收集集管15上方，并且因此也在竖直U形管上方，尽管该图示出了竖直地布置的纵向热传递装置9，补偿器13也可连接到水平地布置的纵向热传递装置。补偿器13被置于与出口歧管14相同的高度上，但补偿器13仍然如在图4中那样被弯曲以补偿管和盘液体中的温差等。根据该实施例，出口收集集管15竖直地连接到歧管14。

Claims (16)

1.一种用于脱臭机的热交换器系统，其包括：用于传热流体的纵向热传递装置、入口分配集管、出口收集集管、具有孔以支承所述纵向热传递装置的隔离物、两个或更多个支承器件，其中所述纵向热传递装置被引导穿过所述隔离物的所述孔并被布置成束，并且所述束中的纵向热传递装置中的各个附连到入口分配集管且附连到出口收集集管，并且所述隔离物中的至少一些安装在至少一个支承器件上。

2.根据权利要求1所述的热交换器系统，其特征在于，所述热交换器系统还包括连接到所述集管的至少一个补偿器，并且所述补偿器处于或者竖直位置，或者水平位置。

3.根据权利要求1或2所述的热交换器系统，其特征在于，所述热交换器系统还包括用于引导穿过所述支承器件中的至少一个的搅动/汽提剂的受控分配的管布置，在所述支承器件上安装有所述隔离物。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的热交换器系统，其特征在于，一个支承器件连接到第二支承器件，并且所述支承器件由诸如杆、链、线材或它们的组合的柔性装置连接，所述两个支承器件支承布置在所述两个支承器件之间的纵向热传递装置的所述束。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器系统，其特征在于，至少一个歧管将传热流体分配到所述入口分配集管，并且至少一个歧管从所述出口收集集管收集传热流体。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器系统，其特征在于，所述纵向热传递装置安装在诸如水平位置、竖直位置、倾斜位置或它们的组合的任何位置中，并且所述纵向热传递装置填充有具有一个或两个相的传热流体。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器系统，其特征在于，填充有两相传热流体的所述纵向热传递装置优选地安装在竖直位置，并且彼此并联连接。

8.根据权利要求2至7中的任一项所述的热交换器系统，其特征在于，所述补偿器连接到上歧管，并且其中所述集管连接到纵向热传递装置的所述束，并且所述两相传热流体为液体和蒸气。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器系统，其特征在于，所述纵向热传递装置为U形管，所述隔离物为管板，并且所述支承器件为支承梁。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的热交换器系统，其特征在于，所述传热流体选自包括水、蒸汽、热油、乙二醇、成品油、成品脂肪、油馏分的组中的一种或多种流体。

11.一种脱臭机，包括两个或更多个根据权利要求1至10中的任一项所述的热交换器系统，且其中，所述热交换器系统或者为具有在水平位置的纵向热传递装置的热交换器系统，或者为具有在竖直位置的纵向热传递装置的热交换器系统，或者其中所述脱臭机拥有具有在水平位置的纵向热传递装置的热交换器系统和具有在竖直位置的纵向热传递装置的热交换器系统的组合，并且其中所述脱臭机或者为连续脱臭机或者为半连续脱臭机。

12.根据权利要求11所述的脱臭机，其特征在于，所述脱臭机为包括至少一个汽提段的半连续脱臭机，所述至少一个汽提段包括进料缓冲盘、流调节装置、液体分配器、规整填料和接收盘，或者所述脱臭机包括大型泵盘，或者所述半连续脱臭机包括汽提段和大型泵盘的组合。

13.根据权利要求11或12所述的脱臭机，其特征在于，所述热交换器系统优选地具有安装在竖直位置的所述纵向热传递装置，并且所述纵向热传递装置彼此并联连接。

14.根据权利要求11至13中的任一项所述的脱臭机作为连续脱臭机或半连续脱臭机而用于对脂和/或油脱臭的用途。

15.一种用于加热和冷却半连续脱臭机的方法，所述方法包括：将传热流体引导穿过至少一个根据权利要求1至10中的任一项所述的热交换器系统；将所述传热流体引导穿过具有彼此串联的纵向热传递装置的至少一个热交换器系统，并且所述方法还包括：从具有彼此并联的纵向热传递装置的冷却热交换器系统收集传热流体；从所述冷却系统收集的所述传热流体中的热量蓄积在加热系统中加热所述热交换器流体，并且其中所述传热流体在压力下在所述纵向热传递装置中被引导。

16.一种用于加热和冷却根据权利要求11至13中的任一项所述的脱臭机的方法，所述方法包括：将传热流体引导穿过具有串联的纵向热传递装置的至少一个热交换器系统；并且将所述传热流体引导穿过具有彼此并联的纵向热传递装置的至少一个热交换器系统，并且所述方法还包括：在加热系统中冷却来自冷却系统的受热的传热流体；并且在所述冷却系统中加热被冷却的所述传热流体，并且其中所述传热流体在压力下在所述纵向热传递装置中被引导。

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