CN104001343A - 一种强化传热的内部热集成精馏塔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种强化传热的内部热集成精馏塔，该精馏塔为同轴套筒式双塔结构，包括精馏段内塔和提馏段外塔，所述精馏段内塔介于两块精馏段塔板之间的精馏段塔壁上沿径向对称地设置有两个位于相同水平高度的重力式热管换热元件，所述重力式热管换热元件包括贯穿地固定设置在精馏段塔壁上的换热元件热管绝热段直管及分别连接于换热元件热管绝热段直管两端的蒸发段和冷凝段，所述蒸发段位于精馏段内塔内，所述冷凝段位于提馏段外塔内，实现精馏段内塔、提馏段外塔之间热量传递。本发明结构简单，方便实用，较好地解决了内部热集成精馏塔在传热、传质及流体水力学等方面的问题，为精馏塔节能提供了一个较好的实用方案。

Description

一种强化传热的内部热集成精馏塔

技术领域

本发明涉及精馏技术领域，特别涉及一种强化传热的内部热集成精馏塔。

背景技术

精馏技术发展成熟，其适用范围广、处理量大、生产弹性大、易于操作和运行稳定，在化工分离工艺中一般被优先考虑使用，是化工生产中应用最多的分离手段。但精馏技术普遍存在着明显的缺点，其大量使用能量分离剂而造成了生产能耗过高，精馏过程能耗占整个化工行业中分离过程能耗的50%~70%。

为了实现精馏技术的节能，其中一种方法是回收精馏过程的能量来提高过程的可逆性，而内部热集成精馏技术被认为能大幅度提高精馏过程可逆性、节能程度最高的精馏节能技术。图1给出了同轴圆筒透热的内部热集成精馏塔示意图，内塔为精馏段，外塔为提馏段，通过压缩机和节流阀使得精馏段比提馏段具有更高的操作压力和温度。内塔精馏段上升蒸气向外塔提馏段传递热量，自身部分冷凝成液相，同时提馏段液相吸收热量部分蒸发为气相，精馏段和提馏段的能量被回收，实现内部热集成。

内部热集成精馏塔的内部传热为该技术的关键，但目前的传热操作主要以塔壁结构来实现，存在诸多问题，难以满足内部热集成精馏技术所需的传热任务。塔壁结构使得内部热集成的传热以对流传热为主，不能提供较高的传热系数，而且由于结构的限制塔壁所提供的传热面积也十分有限。当内部热集成精馏塔以板式塔的型式处理产能较大的产品提纯时，难以避免在内塔和外塔都存在传热死区。随着产品处理量的增大，内部热集成精馏技术所要完成的内部换热量也随之增大，以塔壁结构为基础的间壁式换热方法没有充分利用相变传热，无法很好地解决内部传热问题。

要想充分利用内部热集成精馏塔的优势，提高内部热集成精馏塔的适用范围，特别是高内部传热量的大处理量精馏过程，必须解决内部热集成精馏塔的传热问题。

发明内容

本发明针对上述内部热集成精馏塔的内部换热问题，通过强化传热设计，提出了一种能满足换热需要的，新型的内部热集成精馏塔。

本发明通过以下技术实现：

一种强化传热的内部热集成精馏塔，采用套筒式双塔结构，包括内部设有提馏段塔板及提馏段降液管的筒状提馏段外塔及内部设置有精馏段塔板及精馏段降液管的筒状精馏段内塔，所述精馏段内塔套设于提馏段外塔中间，所述精馏段内塔介于两块精馏段塔板之间的精馏段塔壁上沿径向对称地设置有两个位于相同水平高度的重力式热管换热元件，所述重力式热管换热元件包括贯穿地固定设置在精馏段塔壁上的换热元件热管绝热段直管及分别连接于换热元件热管绝热段直管两端的蒸发段和冷凝段，所述蒸发段位于精馏段内塔内，所述冷凝段位于提馏段外塔内，实现精馏段内塔、提馏段外塔之间热量传递。

进一步地，所述冷凝段包括若干换热元件热管冷凝段热管、换热元件热管冷凝段总管、换热元件热管冷凝段总管接口，所述换热元件热管冷凝段总管两端密封，所述换热元件热管冷凝段热管相互平行地沿长度方向垂直焊接或一体式铸造在所述换热元件热管冷凝段总管上，所述换热元件热管冷凝段热管远离换热元件热管冷凝段总管的一端密封设置，所述换热元件热管冷凝段总管接口一端垂直焊接或一体式铸造于换热元件热管冷凝段总管中部，另一端与换热元件热管绝热段直管位于提馏段外塔的一端螺纹连接；所述蒸发段包括换热元件热管蒸发段总管、若干换热元件热管蒸发段热管、换热元件热管蒸发段总管接口，所述换热元件热管蒸发段总管两端密封，所述换热元件热管蒸发段热管相互平行地沿长度方向垂直焊接或一体式铸造在所述换热元件热管蒸发段总管上，所述换热元件热管蒸发段热管远离换热元件热管蒸发段总管的一端密封设置，所述换热元件热管蒸发段总管接口一端垂直焊接或一体式铸造于换热元件热管蒸发段总管中部，另一端与换热元件热管绝热段直管位于精馏段内塔的一端螺纹连接。

重力式热管换热元件的热管冷凝段和热管蒸发段包括多根具有热管结构的一端密封的单根热管，分别并接到换热元件热管冷凝段总管和换热元件热管蒸发段总管中，两个总管再通过换热元件热管绝热段直管连接成一个闭合的热管。单根热管与总管可通过焊接方式连接，也可以铸造成一体。

进一步地，所述热管冷凝段总管接口为水平设置的直线形管道，且所述热管冷凝段总管接口、热管冷凝段热管和热管冷凝段总管在同一水平面上；所述热管蒸发段总管接口为曲线形管道，其连接热管蒸发段总管的一端及热管蒸发段热管和热管蒸发段总管在精馏塔纵向方向上比热管冷凝段总管接口低0~100mm。

进一步地，所述冷凝段沿馏段外塔直径方向的长度为提馏段外塔环形截面内外半径之差的50%~80%，所述蒸发段沿精馏段内塔直径方向的长度为精馏段内塔半径的80~95%，所述热管蒸发段总管的长度为精馏段塔板鼓泡区宽度的70~100%。

进一步地，所述提馏段塔板比相邻精馏段塔板垂直高度高120mm以上，保证换热元件在精馏段部分没有被液体淹没且大部分暴露在气相区域，而换热元件在提馏段部分则大部分淹没在液相中。

进一步地，所述热管冷凝段热管上垂直地焊接有相互平行的换热元件热管冷凝段翅片，所述换热元件热管蒸发段热管上垂直地焊接有相互平行的换热元件热管蒸发段翅片，所述换热元件热管冷凝段翅片及换热元件热管蒸发段翅片的间距大于20mm，所述换热元件热管冷凝段翅片及换热元件热管蒸发段翅片顶端与上一块塔板的距离大于80mm，翅片不能为螺旋式或纵向的，以避免了翅片对塔内流体在纵向方向流动的阻碍，应为板状翅片，板状翅片可以逐块焊接在换热元件热管蒸发段热管或热管冷凝段热管上，也可以做成一体的板状套装翅片一次性安装。

进一步地，所述换热元件热管绝热段直管两端分别同轴地设有环形凸台状换热元件热管绝热段直管在提馏段内接口和换热元件热管绝热段直管在精馏段内接口，所述换热元件热管绝热段直管在提馏段内接口和换热元件热管绝热段直管在精馏段内接口的外周各设置有换热元件热管绝热段接口外螺纹，所述换热元件热管绝热段直管在提馏段内接口和换热元件热管绝热段直管在精馏段内接口中心各设置有可插入所述换热元件热管冷凝段总管接口及换热元件热管蒸发段总管接口的阶梯孔，所述换热元件热管冷凝段总管接口及换热元件热管蒸发段总管接口外周分别设置有换热元件热管冷凝段总管接口外螺纹和换热元件热管蒸发段总管接口外螺纹，所述换热元件热管冷凝段总管接口外螺纹和换热元件热管蒸发段总管接口外螺纹上各设置有一个螺母，所述换热元件热管绝热段接口外螺纹上均设置有相配合的压盖螺母，所述压盖螺母远离换热元件热管绝热段接口外螺纹的一端向内延伸设置有环形凸边，所述环形凸边的内径与换热元件热管冷凝段总管接口及换热元件热管蒸发段总管接口上向外延伸设置的环形凸缘的外径相一致，所述压盖螺母内孔与螺母的外圆间隙配合，所述换热元件热管冷凝段总管接口端面与阶梯孔的孔底之间、换热元件热管蒸发段总管接口的端面与阶梯孔的孔底之间分别设置有冷凝段主密封垫圈和蒸发段主密封垫圈。

进一步地，所述压盖螺母端面与换热元件热管绝热段直管的外圆轴肩之间分别设置有外塔热管绝热段螺纹保护密封垫圈和内塔热管绝热段螺纹保护密封垫圈，位于精馏段内塔和提馏段外塔内的螺母与压盖螺母的环形凸边之间分别设置有蒸发段总管接口密封垫圈和冷凝段总管接口密封垫圈。

进一步地，所述换热元件热管绝热段直管贯穿地焊接固定在精馏段塔壁上，所述换热元件热管绝热段直管下方还对称设置有位于精馏段塔壁内外侧的筋板。

进一步地，所述换热元件热管蒸发段翅片、换热元件热管冷凝段翅片、换热元件热管冷凝段热管、换热元件热管冷凝段总管、换热元件热管绝热段直管、换热元件热管蒸发段总管、换热元件热管蒸发段热管、换热元件热管冷凝段总管接口、换热元件热管蒸发段总管接口材料为铜、铝或铁。

热管蒸发段暴露在精馏段气相中，将精馏段塔板上的蒸气部分冷凝，热管中液相工质吸热蒸发成气相，各热管蒸发段内的工质蒸气汇合到蒸发端总管后，通过安装在精馏段塔壁上的换热元件热管绝热段直管进入热管冷凝段总管后，分配到各换热元件热管冷凝段热管。换热元件热管冷凝段热管则淹没在提馏段塔板液相流体中，释放热量将提馏段塔板上的液体部分蒸发，而自身工质则冷凝成液相，各换热元件热管冷凝段热管内的工质液体汇合到热管冷凝段总管后，靠重力作用或毛细作用通过换热元件热管绝热段直管回流到换热元件热管蒸发段总管。

换热元件热管冷凝段总管与换热元件热管绝热段直管水平连接，而换热元件热管蒸发段总管则在纵向方向比换热元件热管绝热段直管低0mm ~100mm，且换热元件热管蒸发段热管没有接触精馏段塔板上的液相流体，使得重力式热管换热元件内的液相工质能通过重力作用回流到热管蒸发段。换热元件热管冷凝段总管和换热元件热管蒸发段总管均有一定的储液空间，总管内的液面高度为5 mm ~30mm，以防止换热元件在内部热集成精馏塔工作时发生干烧事故。而重力式热管换热元件的换热元件热管冷凝段总管接口与换热元件热管蒸发段总管接口的安装轴向在同一纵向平面。各换热元件热管冷凝段热管及换热元件热管蒸发段热管与各总管连接口不能正对换热元件热管绝热段直管与各总管的连接口，以避免气液工质由总管进入热管时分配不均。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）通过重力式热管换热元件内频繁发生相变，提供较大的传热系数，在有限的空间内将大量的热量从精馏段输送到提馏段，解决内部热集成精馏塔换热元件传热量小的问题。

（2）提供可观的换热面积，大幅度提高的传热面积足以满足内部热集成工艺的需要。

（3）重力式热管换热元件在装置中结构紧密，有利于提高内部热集成精馏塔的传质效率。

（4）塔内气液通道空间大，有利于内部热集成精馏塔应用于物料处理量大的精馏工艺中。

（5）塔壁开孔数量小，能保证精馏塔的机械强度。

（6）安装简单容易，可拆卸并替换各种元件。

（7）由于在垂直方向上采用了热管蒸发段低于热管冷凝段的结构，即使在热管内不采用吸液网芯，依靠重力作用，热管也能正常工作，从而简化了热管的加工过程。

附图说明

图1： 本发明装置中内部热集成精馏塔工艺流程示意图。

图2： 本发明装置中内部热集成精馏塔塔内工艺物料流向示意图。

图3：本发明装置中换热元件在塔中的纵向方向分布图。

图4：本发明装置中换热元件在塔板上的水平方向分布图。

图5：本发明中的换热元件总体结构示意图。

图6：本发明中的换热元件俯视半剖图。

图7：为图5中A-A出的剖视示意图。

图8为图7中B处的局部放大示意图。

图9： 本发明中的换热元件连接部件装配结构图。

其中，1-精馏段塔釜空间，2-精馏段塔釜液相出料管线，3-提馏段塔釜液相出料管，4-内部热集成塔釜液产品出料管，5-辅助再沸器，6-再沸器蒸气回流管，7-节流阀，8-原料进料管，9-精馏段塔顶蒸气出口管，10-辅助冷凝器，11-精馏段塔顶空间，12-塔顶冷凝液回流管，13-内部热集成塔塔顶产品出料管，14-提馏段塔顶蒸气出口管线，15-提馏段外塔，16-精馏段内塔，17-压缩机，18-精馏段塔釜气相进料管线， 19-提馏段塔板，20-精馏段塔板，21-提馏段塔壁，22-精馏段塔壁，23-提馏段塔板上气相流体，24-提馏段塔板上液相流体，25-精馏段塔板上气相流体，26-精馏段塔板上液相流体，27a-精馏段降液管，27b-提馏段降液管，28a-换热元件热管蒸发段翅片，28b-换热元件热管冷凝段翅片，29-换热元件热管冷凝段热管，30-换热元件热管冷凝段总管，31-换热元件热管绝热段直管，32-换热元件热管蒸发段总管，33-换热元件热管蒸发段热管，34-换热元件热管冷凝段总管接口，35-换热元件热管冷凝段总管接口外螺纹，36-螺母，37-压盖螺母，38-压盖螺母内螺纹，39-换热元件热管绝热段直管接口，39a-换热元件热管绝热段直管在提馏段内接口，39b-换热元件热管绝热段直管在精馏段内接口，39C-阶梯孔，40-换热元件热管绝热段接口外螺纹，41-换热元件热管蒸发段总管接口外螺纹，42-换热元件热管蒸发段总管接口， 43a-蒸发段总管接口密封垫圈，43b-蒸发段主密封垫圈，43c-内塔热管绝热段螺纹保护密封垫圈，44a-冷凝段总管接口密封垫圈，44b-冷凝段主密封垫圈，44c-外塔热管绝热段螺纹保护密封垫圈，45-筋板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

结合本发明的附图1至9，对本发明装置结构及其装配方式进行详细说明。

如图1至图3所示，一种强化传热的内部热集成精馏塔，采用套筒式双塔结构，包括内部设有提馏段塔板19及提馏段降液管27b的筒状提馏段外塔15及内部设置有精馏段塔板20及精馏段降液管27a的筒状精馏段内塔16，所述提馏段塔板19比相邻精馏段塔板20垂直高度高120mm以上；所述精馏段内塔16套设于提馏段外塔15中间，所述精馏段内塔16上、下端设置弧形端盖分别形成精馏段塔顶空间11及精馏段塔釜空间1，所述精馏段塔顶空间11通过精馏段塔顶蒸气出口管9连接辅助冷凝器10输入端，所述辅助冷凝器10输出端分别连接内部热集成塔塔顶产品出料管13及连通精馏段塔顶空间11的塔顶冷凝液回流管12，所述提馏段外塔15上端依次通过提馏段塔顶蒸气出口管线14、压缩机17、精馏段塔釜气相进料管线18连至精馏段塔釜空间1，所述精馏段塔釜空间1依次通过精馏段塔釜液相出料管线2、节流阀7连接至位于提馏段外塔15上端的原料进料管8，所述提馏段外塔15下端通过提馏段塔釜液相出料管3分别连接内部热集成塔釜液产品出料管4及辅助再沸器5，所述辅助再沸器5的输出端通过再沸器蒸气回流管6连至提馏段外塔15，所述精馏段内塔16介于两块精馏段塔板20之间的精馏段塔壁22上沿径向对称地设置有两个位于相同水平高度的重力式热管换热元件，所述重力式热管换热元件包括贯穿地固定焊接精馏段塔壁22上的换热元件热管绝热段直管31及分别连接于换热元件热管绝热段直管31两端的蒸发段和冷凝段，所述蒸发段位于精馏段内塔16内，所述冷凝段位于提馏段外塔15内，实现精馏段内塔（16）、提馏段外塔（15）之间热量传递，同时，所述换热元件热管绝热段直管31下方还对称焊接有位于精馏段塔壁22内外侧的筋板45，以强化重力式热管换热元件的稳固性。

进一步地，如图4、图5、图6所示，所述冷凝段包括若干换热元件热管冷凝段热管29、换热元件热管冷凝段总管30、换热元件热管冷凝段总管接口34，所述换热元件热管冷凝段总管30两端密封，所述换热元件热管冷凝段热管29相互平行地沿长度方向垂直焊接或一体式铸造在所述换热元件热管冷凝段总管30上，所述换热元件热管冷凝段热管29远离换热元件热管冷凝段总管30的一端密封设置，所述换热元件热管冷凝段总管接口34一端垂直焊接或一体式铸造于换热元件热管冷凝段总管30中部，另一端与换热元件热管绝热段直管31位于提馏段外塔15的一端螺纹连接；

所述蒸发段包括换热元件热管蒸发段总管32、若干换热元件热管蒸发段热管33、换热元件热管蒸发段总管接口42，所述换热元件热管蒸发段总管32两端密封，所述换热元件热管蒸发段热管33相互平行地沿长度方向垂直焊接或一体式铸造在所述换热元件热管蒸发段总管32上，所述换热元件热管蒸发段热管33远离换热元件热管蒸发段总管32的一端密封设置，所述换热元件热管蒸发段总管接口42一端垂直焊接或一体式铸造于换热元件热管蒸发段总管32中部，另一端与换热元件热管绝热段直管31位于精馏段内塔16的一端螺纹连接。

如图7所示，所述热管冷凝段总管接口34为水平设置的直线形管道，且所述热管冷凝段总管接口34、热管冷凝段热管29和热管冷凝段总管30在同一水平面上；所述热管蒸发段总管接口42为曲线形管道，其连接热管蒸发段总管32的一端及热管蒸发段热管33和热管蒸发段总管32在精馏塔纵向方向上比热管冷凝段总管接口34低0 mm ~100mm。

进一步地，如图4所示，所述冷凝段沿馏段外塔15直径方向的长度为提馏段外塔15环形截面内外半径之差的50%~80%，所述蒸发段沿精馏段内塔16直径方向的长度为精馏段内塔16半径的80%~95%，所述热管蒸发段总管32的长度为精馏段塔板20鼓泡区宽度的70%~100%。

为增加散热面积，进一步提高散热效果，如图3-7所示，所述热管冷凝段热管29上垂直地焊接有相互平行的换热元件热管冷凝段翅片28b，所述换热元件热管蒸发段热管33上垂直地焊接有相互平行的换热元件热管蒸发段翅片28a，所述换热元件热管冷凝段翅片28b的间距及换热元件热管蒸发段翅片28a的间距由换热面积需要来设定，但必须大于等于20mm，以减少对工艺物流气液相产生过大的流动阻力，同时也为提馏段塔板上液相流体24和精馏段塔板上气相流体25提供足够的换热空间，所述换热元件热管冷凝段翅片28b及换热元件热管蒸发段翅片28a顶端与上一块塔板的距离大于80mm，换热元件热管冷凝段翅片28b大部分与热管一起浸没在提馏段塔板上液相流体24中，剩余部分伸出液面暴露在提馏段塔板上气相流体23中，换热元件热管冷凝段翅片28b的安装方向与提馏段塔板19上提馏段塔板上液相流体24的流动方向平行。换热元件热管蒸发段翅片28a的95%~100%暴露在精馏段内塔16的精馏段塔板上气相流体25中，换热元件热管蒸发段翅片28a的底部小部分面积与精馏段塔板20上的精馏段塔板上液相流体26接触，对冷凝下来的液体起导流作用。

如图8-9所示，所述换热元件热管绝热段直管31两端分别同轴地设有环形凸台状换热元件热管绝热段直管在提馏段内接口39a和换热元件热管绝热段直管在精馏段内接口39b，所述换热元件热管绝热段直管在提馏段内接口39a和换热元件热管绝热段直管在精馏段内接口39b的外周各设置有换热元件热管绝热段接口外螺纹40，所述换热元件热管绝热段直管在提馏段内接口39a和换热元件热管绝热段直管在精馏段内接口39b中心各设置有可插入所述换热元件热管冷凝段总管接口34及换热元件热管蒸发段总管接口42的阶梯孔39C，所述换热元件热管冷凝段总管接口34及换热元件热管蒸发段总管接口42外周分别设置有换热元件热管冷凝段总管接口外螺纹35和换热元件热管蒸发段总管接口外螺纹41，所述换热元件热管冷凝段总管接口外螺纹35和换热元件热管蒸发段总管接口外螺纹41上各设置有一个螺母36，所述换热元件热管绝热段接口外螺纹40上均设置有相配合的压盖螺母37，所述压盖螺母37远离换热元件热管绝热段接口外螺纹40的一端向内延伸设置有环形凸边，所述环形凸边的内径与换热元件热管冷凝段总管接口34及换热元件热管蒸发段总管接口42上向外延伸设置的环形凸缘的外径相一致，所述压盖螺母37内孔与螺母36的外圆间隙配合。

为提高换热元件的密封效果，所述压盖螺母37端面与换热元件热管绝热段直管31的外圆轴肩之间分别设置有外塔热管绝热段螺纹保护密封垫圈44c和内塔热管绝热段螺纹保护密封垫圈43c，所述螺母36一侧与压盖螺母37的环形凸边之间分别设置有蒸发段总管接口密封垫圈43a和冷凝段总管接口密封垫圈44a，所述换热元件热管冷凝段总管接口34端面与阶梯孔39的孔底之间、换热元件热管蒸发段总管接口42的端面与阶梯孔39的孔底之间分别设置有冷凝段主密封垫圈44b和蒸发段主密封垫圈43b。

所述换热元件热管蒸发段翅片28a、换热元件热管冷凝段翅片28b、换热元件热管冷凝段热管29、换热元件热管冷凝段总管30、换热元件热管绝热段直管31、换热元件热管蒸发段总管32、换热元件热管蒸发段热管33、换热元件热管冷凝段总管接口34材料为铜、铝或铁，以及其他传热性能较好的合金材料。

如图1所示，内部热集成精馏塔大量的热量从精馏段内塔16向提馏段外塔15传递，实现精馏操作过程中能量的回收，降低能耗。如图2和3所示，对应要换热的塔板，提馏段外塔15的提馏段塔板19要比精馏段塔板20在纵向方向上高120mm以上，保证换热元件在精馏段内塔16部分没有被精馏段塔板上液相流体26淹没且大部分暴露在精馏段塔板上气相流体25区域，而换热元件在提馏段外塔15部分则大部分淹没在提馏段塔板上液相流体24中。本发明的内部热集成精馏塔的塔内物料气液相流向如图2所示，塔外气液相物料流向如图1所示，在本发明中的内部热集成精馏塔的气、液相流向与常规精馏塔类似，有利于本发明装置在精馏操作中稳定运行。精馏段内塔16的精馏段降液管27a和提馏段外塔15的提馏段降液管27b的位置如图2所示，使得物料在提馏段塔板上液相流体24和在精馏段塔板上液相流体26之间形成逆流。

按图3和4的示意图分布换热元件，一块塔板所属空间的精馏段塔壁22上对称开两个孔，分别焊上热管绝热段直管31，一块塔板能容纳两个换热元件。

本发明中的内部热集成精馏塔换热元件的总体结构如图5和6所示，主体结构为热管，主要由三部分组成，热管蒸发段、热管绝热段和热管冷凝段。换热元件的三个主体部件分别制造，然后通过连接部件将他们密封连接。如图5所示的换热元件结构图，换热元件热管冷凝段热管29和换热元件热管冷凝段总管30一体化铸造，换热元件热管冷凝段翅片28b并对换热元件热管冷凝段总管接口34切出换热元件热管冷凝段总管接口外螺纹35，则得到换热元件的热管冷凝段。同样，换热元件热管蒸发段热管33和换热元件热管蒸发段总管32也采用一体化铸造，装上换热元件热管蒸发段翅片28a并对换热元件热管蒸发段总管接口42切出换热元件热管蒸发段总管接口41，则得到换热元件的热管蒸发段。

如图4所示，换热元件热管冷凝段的总长度为提馏段外塔15环形截面内外半径之差的50%~80%，换热元件热管冷凝段总管接口34、换热元件热管冷凝段热管29和换热元件热管冷凝段总管的轴向在同一水平面上。换热元件热管蒸发段的总长度为精馏段内塔16半径的80~95%，换热元件热管蒸发段总管32的长度为精馏段塔板20鼓泡区宽度的70~100%，换热元件热管蒸发段总管接口42在纵向方向上比换热元件热管蒸发段热管33和换热元件热管蒸发段总管32高0 mm ~100mm。

在精馏段塔壁22上开孔，插入换热元件热管绝热段直管31，将换热元件热管绝热段直管31焊接好，同时在换热元件热管绝热段直管31下方与精馏段塔壁22之间焊接筋板45以加强换热元件热管绝热段直管31的稳定性及强度。

本发明的安装顺序从塔釜到塔顶。安装完靠近塔釜的精馏段塔板20和提馏段塔板19后再装配换热元件。把内塔热管绝热段螺纹保护密封垫圈43c套在换热元件热管绝热段直管在精馏段内接口39b上，接着将中空的压盖螺母37套在换热元件热管蒸发段总管接口42光管部分，把蒸发段总管接口密封垫圈43a套在换热元件热管蒸发段总管接口42上，通过拧紧螺母36使得蒸发段总管接口密封垫43a牢固地卡在螺母36和换热元件热管蒸发段总管接口42的环形凸缘上。在精馏段内塔16内将换热元件的蒸发段吊起在空中，对准换热元件热管蒸发段总管接口42和换热元件热管绝热段直管在精馏段内接口39b，两接口之间放上蒸发段主密封垫圈43b，拧上压盖螺母37，使压盖螺母内螺纹38咬紧热换热元件热管绝热段接口外螺纹40，装配好的结构如图7和8所示。

完成蒸发段的装配后，用同样的方法装配冷凝段，如图7所示，拧紧压盖螺母37后，由于螺母36的卡位作用，冷凝段总管接口密封垫圈44a被压盖螺母37、螺母36和换热元件热管冷凝段总管接口34上的环形凸缘固定，同时换热元件热管冷凝段总管接口34被压盖螺母37顶住；拧上压盖螺母37，使压盖螺母内螺纹38咬紧换热元件热管绝热段接口外螺纹40，将换热元件热管冷凝段总管接口34与换热元件热管绝热段直管在提馏段内接口39a连接起来，同时压紧了冷凝段主密封垫圈44b和外塔热管绝热段螺纹保护密封垫圈44c。

在精馏段内塔热管密封垫圈组合中，起主要密封作用的是蒸发段主密封垫圈43b，蒸发段主密封垫圈43b将换热元件热管蒸发段总管接口42外的精馏物料和换热元件热管绝热段直管在精馏段内接口39b的管内工质隔离，而蒸发段总管接口密封垫圈43a和内塔热管绝热段螺纹保护密封垫圈43c的密封作用主要是起到进一步的密封，同时保护连接元件的，蒸发段总管接口密封垫圈43a和内塔热管绝热段螺纹保护密封垫圈43c隔离了精馏物料，保护压盖螺母内螺纹38、换热元件热管绝热段接口外螺纹40和换热元件热管蒸发段总管接口外螺纹41，使它们免于腐蚀，更有利于装置的拆卸更换。在提馏段外塔热管密封垫圈组合的作用机理和在精馏段内塔热管密封垫圈组合的作用机理相同，不再赘述。

连接好换热元件后，按常规热管加工方法，现场抽真空并灌注热管工作介质。完成后进行靠近塔顶的剩余塔板上的装置安装。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种强化传热的内部热集成精馏塔，采用套筒式双塔结构，包括内部设有提馏段塔板(19)及提馏段降液管(27b)的筒状提馏段外塔(15)及内部设置有精馏段塔板(20)及精馏段降液管(27a)的筒状精馏段内塔(16)，所述精馏段内塔(16)套设于提馏段外塔(15)中间，其特征在于：所述精馏段内塔(16)介于两块精馏段塔板(20)之间的精馏段塔壁(22)上沿径向对称地设置有两个位于相同水平高度的重力式热管换热元件，所述重力式热管换热元件包括贯穿地固定设置在精馏段塔壁(22)上的换热元件热管绝热段直管(31)及分别连接于换热元件热管绝热段直管(31)两端的蒸发段和冷凝段，所述蒸发段位于精馏段内塔(16)内，所述冷凝段位于提馏段外塔(15)内，实现精馏段内塔（16）、提馏段外塔（15）之间热量传递。

2.根据权利要求1所述的强化传热的内部热集成精馏塔，其特征在于：所述冷凝段包括若干换热元件热管冷凝段热管(29)、换热元件热管冷凝段总管(30)、换热元件热管冷凝段总管接口(34)，所述换热元件热管冷凝段总管(30)两端密封，所述换热元件热管冷凝段热管(29)相互平行地沿长度方向垂直焊接或一体式铸造在所述换热元件热管冷凝段总管(30)上，所述换热元件热管冷凝段热管(29)远离换热元件热管冷凝段总管(30)的一端密封设置，所述换热元件热管冷凝段总管接口(34)一端垂直焊接或一体式铸造于换热元件热管冷凝段总管(30)中部，另一端与换热元件热管绝热段直管(31)位于提馏段外塔（15）的一端螺纹连接；

所述蒸发段包括换热元件热管蒸发段总管(32)、若干换热元件热管蒸发段热管(33)、换热元件热管蒸发段总管接口(42)，所述换热元件热管蒸发段总管(32)两端密封，所述换热元件热管蒸发段热管(33)相互平行地沿长度方向垂直焊接或一体式铸造在所述换热元件热管蒸发段总管(32)上，所述换热元件热管蒸发段热管(33)远离换热元件热管蒸发段总管(32)的一端密封设置，所述换热元件热管蒸发段总管接口(42)一端垂直焊接或一体式铸造于换热元件热管蒸发段总管(32)中部，另一端与换热元件热管绝热段直管(31)位于精馏段内塔（16)的一端螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的强化传热的内部热集成精馏塔，其特征在于：所述热管冷凝段总管接口(34)为水平设置的直线形管道，且所述热管冷凝段总管接口(34)、热管冷凝段热管(29)和热管冷凝段总管(30)在同一水平面上；所述热管蒸发段总管接口(42)为曲线形管道，其连接热管蒸发段总管(32)的一端及热管蒸发段热管(33)和热管蒸发段总管(32)在精馏塔纵向方向上比热管冷凝段总管接口(34)低0mm~100mm。

4.根据权利要求3所述的强化传热的内部热集成精馏塔，其特征在于：所述冷凝段沿馏段外塔(15)直径方向的长度为提馏段外塔(15)环形截面内外半径之差的50%~80%，所述蒸发段沿精馏段内塔(16)直径方向的长度为精馏段内塔(16)半径的80~95%，所述热管蒸发段总管(32)的长度为精馏段塔板(20)鼓泡区宽度的70~100%。

5.根据权利要求4所述的强化传热的内部热集成精馏塔，其特征在于：所述提馏段塔板(19)比相邻精馏段塔板(20)垂直高度高120mm以上。

6.根据权利要求5所述的强化传热的内部热集成精馏塔，其特征在于：所述热管冷凝段热管(29)上垂直地焊接有相互平行的换热元件热管冷凝段翅片(28b)，所述换热元件热管蒸发段热管(33)上垂直地焊接有相互平行的换热元件热管蒸发段翅片(28a)，所述换热元件热管冷凝段翅片(28b)及换热元件热管蒸发段翅片(28a)的间距大于20mm，所述换热元件热管冷凝段翅片(28b)及换热元件热管蒸发段翅片(28a)顶端与上一块塔板的距离大于80mm。

7.根据权利要求6所述的强化传热的内部热集成精馏塔，其特征在于：所述换热元件热管绝热段直管(31)两端分别同轴地设有环形凸台状换热元件热管绝热段直管在提馏段内接口(39a)和换热元件热管绝热段直管在精馏段内接口(39b)，所述换热元件热管绝热段直管在提馏段内接口(39a)和换热元件热管绝热段直管在精馏段内接口(39b)的外周各设置有换热元件热管绝热段接口外螺纹(40)，所述换热元件热管绝热段直管在提馏段内接口(39a)和换热元件热管绝热段直管在精馏段内接口(39b)中心各设置有可插入所述换热元件热管冷凝段总管接口(34)及换热元件热管蒸发段总管接口(42)的阶梯孔(39C)，所述换热元件热管冷凝段总管接口(34)及换热元件热管蒸发段总管接口(42)外周分别设置有换热元件热管冷凝段总管接口外螺纹(35)和换热元件热管蒸发段总管接口外螺纹(41)，所述换热元件热管冷凝段总管接口外螺纹(35)和换热元件热管蒸发段总管接口外螺纹(41)上各设置有一个螺母(36)，所述换热元件热管绝热段接口外螺纹(40)上均设置有相配合的压盖螺母(37)，所述压盖螺母(37)远离换热元件热管绝热段接口外螺纹(40)的一端向内延伸设置有环形凸边，所述环形凸边的内径与换热元件热管冷凝段总管接口(34)及换热元件热管蒸发段总管接口(42)上向外延伸设置的环形凸缘的外径相一致，所述压盖螺母(37)内孔与螺母(36)的外圆间隙配合，所述换热元件热管冷凝段总管接口(34)端面与阶梯孔(39)的孔底之间、换热元件热管蒸发段总管接口(42)的端面与阶梯孔(39)的孔底之间分别设置有冷凝段主密封垫圈(44b)和蒸发段主密封垫圈(43b)。

8.根据权利要求7所述的强化传热的内部热集成精馏塔，其特征在于：所述压盖螺母(37)端面与换热元件热管绝热段直管(31)的外圆轴肩之间分别设置有外塔热管绝热段螺纹保护密封垫圈(44c)和内塔热管绝热段螺纹保护密封垫圈(43c)，位于精馏段内塔(16)和提馏段外塔(15)内的螺母(36)与压盖螺母(37)的环形凸边之间分别设置有蒸发段总管接口密封垫圈(43a)和冷凝段总管接口密封垫圈(44a)。

9.根据权利要求1至8任一项所述的强化传热的内部热集成精馏塔，其特征在于：所述换热元件热管绝热段直管(31)贯穿地焊接固定在精馏段塔壁(22)上，所述换热元件热管绝热段直管(31)下方还对称设置有位于精馏段塔壁(22)内外侧的筋板(45)。

10.根据权利要求9所述的强化传热的内部热集成精馏塔，其特征在于：所述换热元件热管蒸发段翅片(28a)、换热元件热管冷凝段翅片(28b)、换热元件热管冷凝段热管(29)、换热元件热管冷凝段总管(30)、换热元件热管绝热段直管(31)、换热元件热管蒸发段总管(32)、换热元件热管蒸发段热管(33)、换热元件热管冷凝段总管接口(34)、换热元件热管蒸发段总管接口(42)材料为铜、铝或铁。