CN103611489A - 多功能传热分离单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种化工单元，尤其是一种多功能传热分离单元，属于化工装备技术领域；所述多功能传热分离单元塔体由上至下依次设置有填料段、第一管壳换热段、第二管壳换热段和储液段，所述塔体设置有进液口、出气口和出液口，所述进液口和出气口设置于塔体的上部，所述出液口设置于塔体储液段；本发明的多功能传热分离单元构思巧妙、设计合理，能够在一个塔体内实现传统的多个传热和传质单元过程，提高了设备的集成度，节约了多个单元的空间占地，同时一个单元操作也降低了控制成本和操作成本，位于第一管壳换热段上部的分布套管设计能够有效的将原料液沿列管内壁切向流下，使第一管壳换热段和第二管壳换热段内的传热传质效率得到提高。

Description

多功能传热分离单元

技术领域

本发明涉及一种化工操作单元，尤其是一种多功能传热分离单元，属于化工装备技术领域。 

背景技术

在化工单元设备中，通常采用独立设计的单元进行传热或者传质，各操作单元之间通过管道连接，实现工艺流程，各单元占用面积大、设备布置零散，且单元控制点多，操作控制繁琐。 

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种多功能传热分离单元，能够将传热和传质多种功能集中在一个单元设备内以提高单元的集成度。

本发明采用的技术方案如下：

一种多功能传热分离单元，整体结构的传热分离单元塔体由上至下依次设置有填料段、第一管壳换热段、第二管壳换热段和储液段，所述塔体设置有进液口、出气口和出液口，所述进液口和出气口设置于塔体的上部，所述出液口设置于塔体储液段。

由于采用了上述结构，所述传热分离单元能够在同一个塔体内实现原料液的传质和传热过程，原料液通过进液口进入塔体内，并按照填料段、第一管壳换热段、第二管壳换热段和储液段依次通过，所述第一管壳换热段为管壳换热器的结构，热源走壳程，原料液走管程，原料液在第一管壳换热段的列管内完成加热蒸发或者加热分解反应，产生的气体通过列管向上流动，通过填料段时在填料段内进一步与原料液进行传质和传热，通过填料段的气体从设置在塔顶的出气口采出，在第一管壳换热段经蒸发或者分解后液体继续向下流动，通过第二管壳换热段继续传热以后，沿列管进入塔体底部的储液段，最终通过出液口采出，本发明的多功能传热分离单元结构紧凑，实现了同在一个单元内实现多种单元操作过程，提高了单元的运行和操作效率。

本发明的多功能传热分离单元，所述填料段上部的塔体内设置有分布器，所述进液口的管道穿过塔体与分布器连通。

由于采用了上述技术方案，所述分布器能够用于进液口液体的分布，使得在液体能够在填料段的分布更加均匀，有效的防止出现原料液在填料段内出现沟流，扩大液体在填料内的表面积，提高气液接触面积有利于传热和传质；基于本技术方案，从第一管壳换热段上来的液体通过分布器外侧和塔体内壁间的空隙至出气口，而分布器内的原料液由于受热所产生的气体也通过其上部的开口至出气口。

本发明的多功能传热分离单元，所述填料段和第一管壳换热段间设置有分布套管，分布套管顶部密封，上部设置有气孔，中部设置有一组位于同一高度的切向孔，分布套管下端与第一管壳换热段的列管在上管板处配对连通。

由于采用了上述技术方案，所述分布套管能够使得原料液在第一管壳换热段和第二管壳换热段的列管内壁上形成均匀的液膜，从而提高其传热效率，促进原料液其蒸发或者分解，分布套管顶部密封，第一管壳换热段列管内的蒸汽通过上部设置有气孔流出，而切向孔则有利于原料液以列管内壁切向流入，有利于在管壁上形成均匀分布的液膜，提高蒸发或分解效率。

进一步的，所述分布套管顶部所在塔体内还设置有格栅板。

由于采用了上述技术方案，所述格栅板能够用于分布套管的固定，同时格栅板还能对气液的均匀分布起到促进。

本发明的多功能传热分离单元，所述第一管壳换热段列管和第二管壳换热段列管为一整体结构的列管，所述列管与第一管壳换热段和第二管壳换热段间的中管板采用胀接结构连接。

由于采用了上述技术方案，由于中管板位于塔体的中部分割第一管壳换热段和第二管壳换热段，列管与中管板的焊接难度大，且中管板的两端采用不同的冷源和热源，需要进行密封以满足工艺要求，胀接结构连接一方面能够替代列管与中管板的焊接结构，同时也能满足中管板两侧冷源和热源的密封要求。

进一步的，所述胀接结构包括中管板和列管，所述中管板上设置有管孔，且管孔中段的孔壁设置有一组胀接环形槽，所述列管穿过中管板并通过胀接组合为一体结构。

由于采用了上述技术方案，本发明的中管板和列管间的胀接结构，所述中管板上设置有管孔，管孔沿长度方向中部的孔壁上设置有一组胀接环形槽，所述中管板在管孔的两端部是不胀区，而胀接环形槽所在的区域是高强度胀区，在不胀区和高强度胀区之间的过渡区是贴胀区，通过胀接环形槽采用胀接操作使得管板和列管间形成高强度的密封圈，进一步提高了中管板两侧的密封需求，特别适合中管板两侧的压差较大的工艺条件。

本发明的多功能传热分离单元，所述第一管壳换热段所在的塔体上设置有膨胀节。

本发明的多功能传热分离单元，所述第二管壳换热段所在的塔体上设置有膨胀节。

由于采用了上述技术方案，膨胀节能够提高第一管壳换热段和管壳冷凝的热膨胀变形的补偿能力，特别是在同一塔体上同时设置有加热段和冷却段的工艺情况下，提高了设备的可靠性。

本发明的多功能传热分离单元，所述出液口通过伸底管连通至储液段的底部位置。

由于采用了上述技术方案，伸底管是指出口位置高于储液段底部位置的管道，伸底管一方面可以使塔体的出液口管道设计更加灵活和便于操作安装，另一方面能够减少储液段底部液体死角残留和杂质堆积的问题。

本发明的多功能传热分离单元，所述第一管壳换热段的第一换热源进口所在位置的塔体内设置有防冲板，所述第二管壳换热段第二换热源进口所在位置的塔体内设置有防冲板。

由于采用了上述技术方案，所述防冲板能够对热源或第二换热源进口所在位置的列管提供保护，提高设备的可靠性和使用寿命。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：所述多功能传热分离单元构思巧妙，设计合理，能够在一个塔体内实现传统的多个传热和传质单元过程，提高了设备的集成度，节约了多个单元的空间占地，同时一个单元操作也降低了控制方案成本和操作成本，位于第一管壳换热段上部的分布套管设计能够有效的将原料液沿列管内壁切向流下，使第一管壳换热段和第二管壳换热段的传热传质效率得到提高。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的塔体结构示意图；

图2是本发明图1中A点放大示意图；；

图3是本发明图2中分布套管结构及其安装示意图；

图4是本发明图1中B点放大示意图；

图5是本发明图4中胀接结构示意图；

图6是本发明图1中C点放大示意图。

图中标记：1-出气口、2-塔体、3-填料段、4-人孔、5-第一管壳换热段、6-第一换热源出口、7-第二管壳换热段、8-第二换热源进口、9-储液段、10-出液口、11-进液口、12-分布器、13-第一换热源进口、14-折流板、15-膨胀节、16-第二换热源出口、17-惰性气体入口、18-上管板、19-分布套管、20-格栅板、21-列管、22-拉杆、23-气孔、24-切向孔、25-中管板、26-胀接环形槽、27-下管板、28-防冲板。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例

本发明的一种多功能传热分离单元，其结构如图1所示，整体结构的传热分离单元塔体2由上至下依次设置有填料段3、第一管壳换热段5、第二管壳换热段7和储液段9，所述塔体2的上部开设有进液口11和出气口1，塔体2的储液段9底部开设有出液口10。所述填料段3上部的塔体2内设置有分布器12，所述进液口11的管道穿过塔体2与分布器12连通，填料段3下部为第一管壳换热段5，所述第一管壳换热段5为管板换热器式结构，包括上管板18、中管板25和设置于上管板18与中管板25间的列管21、折流板14，上管板18和中管板25间的塔体2上设置有第一换热源进口13、第一换热源出口6和膨胀节15，第一换热源进口13所在位置的塔体2内设置有用于保护列管21的防冲板28；第一管壳换热段5下部相邻的为第二管壳换热段7，所述第二管壳换热段7为管板换热器式结构，包括中管板25、下管板27和设置于上管板18与中管板25间的列管21、折流板14，中管板25和下管板27间的塔体2上设置有第二换热源进口8、第二换热源出口16和膨胀节15，第二换热源进口8所在位置的塔体2内设置有用于保护列管21的防冲板28；储液段9位于第二管壳换热段7下部，用于储存来自第二管壳换热段7的冷却液。

本发明所述的多功能传热分离单元，所述第一管壳换热段5的上管板18上设置有分布套管19，所述分布套管19的顶部密封，上部设置有气孔23，中部设置有一组位于同一高度的切向孔24，分布套管19的下端与第一管壳换热段5的列管21在上管板18处配对连通，上管板18与列管21采用贴胀结构连接，并在外侧结合面施以高强度焊，所述分布套管19的顶部设置有格栅板20用于进一步固定分布套管19，格栅板20还能对来自填料段3的液体进行进一步的均匀分布，格栅板20通过拉杆22与上管板18间连接固定，拉杆22套设有定距管用于格栅板20的定位。

本发明所述的多功能传热分离单元，所述第二管壳换热段7的下管板27与列管21采用贴胀结构连接，并在外侧结合面施以高强度焊。

本发明所述的多功能传热分离单元，所述第一管壳换热段5和第二管壳换热段7采用列管21为一整体结构，即第一管壳换热段5和第二管壳换热段7同一管孔位置上的列管21是一根整体结构的管材，所述列管21与中管板25采用胀接结构连接：所述中管板25上设置有管孔，且管孔中段的孔壁上设置有一组胀接环形槽26，所述列管21穿过中管板25并通过胀接组合为一体结构，这种设计特别适合于中管板25两侧压力差较大的密封结构，能够保证第一管壳换热段5热源和第二管壳换热段7冷源不会出现渗漏；在第一管壳换热段5和第二管壳换热段7中，折流板14也是采用拉杆22与对应的管板连接，辅以定距管定位折流板14的结构设计。

本发明所述的多功能传热分离单元，储液段9开设的出液口10位于底部稍上的位置，并通过内部的伸底管来延伸至储液段9的底部位置，所述储液段9上还设置有惰性气体入口17、排污口和液位口等检测装置安装预留口，塔体2的顶部、分布器12和填料段3间、填料段3的下部位置还分别开设有人孔4。

本发明的多功能传热分离单元工作过程如下：原料液从进液口11进入塔体2，通过分布器12分布后均匀进入填料段3再进入第一管壳换热段5，通过壳程热源的加热实现蒸发或者反应分解等过程而产生气体，所产生的气体沿第一管壳换热段5的列管21上升至填料段3与原料液进行传质传热后，气相由分布器12和塔体2内壁的间隙至出气口1，至第一管壳换热段5流出的液体继而进入第二管壳换热段7，通过冷源或热源的继续换热后进入储液段9并通过出液口10采出。

本发明的多功能传热分离单元构思巧妙，设计合理，能够在一个塔体内实现传统的多个传热和传质单元过程，提高了设备的集成度，节约了多个单元的空间占地，同时一个单元操作也降低了控制方案成本和操作成本，位于第一管壳换热段上部的分布套管设计能够有效的将原料液沿列管内壁切向流下，使第一管壳换热段和第二管壳换热段的传热传质效率得到提高。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。 

Claims (10)

1.一种多功能传热分离单元，其特征在于：整体结构的传热分离单元塔体（2）由上至下依次设置有填料段（3）、第一管壳换热段（5）、第二管壳换热段（7）和储液段（9），所述塔体（2）设置有进液口（11）、出气口（1）和出液口（10），所述进液口（11）和出气口（1）设置于塔体（2）的上部，所述出液口（10）设置于塔体（2）储液段（9）。

2.如权利要求1所述的多功能传热分离单元，其特征在于：所述填料段（3）上部的塔体（2）内设置有分布器（12），所述进液口（11）的管道穿过塔体（2）与分布器（12）连通。

3.如权利要求1或2所述的多功能传热分离单元，其特征在于：所述填料段（3）和第一管壳换热段（5）间设置有分布套管（19），分布套管（19）顶部密封，上部设置有气孔（23），中部设置有一组位于同一高度的切向孔（24），分布套管（19）下端与第一管壳换热段（5）的列管（21）在上管板（18）处配对连通。

4.如权利要求3所述的多功能传热分离单元，其特征在于：所述分布套管（19）顶部所在塔体（2）内还设置有格栅板（20）。

5.如权利要求1或2或4所述的多功能传热分离单元，其特征在于：所述第一管壳换热段（5）列管和第二管壳换热段（7）列管为一整体结构的列管（21），所述列管（21）与第一管壳换热段（5）和第二管壳换热段（7）间的中管板（25）采用胀接结构连接。

6.如权利要求5所述的多功能传热分离单元，其特征在于：所述胀接结构包括中管板（25）和列管（21），所述中管板（25）上设置有管孔，且管孔中段的孔壁设置有一组胀接环形槽（26），所述列管（21）穿过中管板（25）并通过胀接组合为一体结构。

7.如权利要求1或2或4或6所述的多功能传热分离单元，其特征在于：所述第一管壳换热段（5）所在的塔体（2）上设置有膨胀节（15）。

8.如权利要求1或2或4或6所述的多功能传热分离单元，其特征在于：所述第二管壳换热段（7）所在的塔体（2）上设置有膨胀节（15）。

9.如权利要求1或2或4或6所述的多功能传热分离单元，其特征在于：所述出液口（10）通过伸底管连通至储液段（9）的底部位置。

10.如权利要求1或2或4或6所述的多功能传热分离单元，其特征在于：所述第一管壳换热段（5）的第一换热源进口（13）所在位置的塔体（2）内设置有防冲板（28），所述第二管壳换热段（7）的第二换热源进口（8）所在位置的塔体（2）内设置有防冲板（28）。

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