CN104190097B

CN104190097B - 外循环石墨制列管蒸发器

Info

Publication number: CN104190097B
Application number: CN201410418876.8A
Authority: CN
Inventors: 孟海波
Original assignee: JILIN SITONG CORROSION EQUIPMENT Co Ltd
Current assignee: JILIN SITONG CORROSION EQUIPMENT Co Ltd
Priority date: 2014-08-22
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2015-11-18
Anticipated expiration: 2034-08-22
Also published as: CN104190097A

Abstract

一种外循环石墨制列管蒸发器，其特点是，包括在筒体的上部设有蒸汽入口、下部设有冷凝水出口，在筒体上方设置的固定管板与筒体密封固连；固定管板上方设置的防腐闪蒸室与固定管板密封固连，防腐闪蒸室的顶部设有气体物料出口、下方设有液体物料进口；防腐外循环管另一端与防腐沉降室密封固连；石墨换热管穿过折流板置于筒体内，石墨换热管的上端穿装在固定管板设置的过流孔内、且与固定管板密封固连；固定管板设有与石墨换热管相对应的过流孔；石墨换热管的下端穿装在浮动管板设置的过流孔内与浮动管板密封固连。具有效率高、成本低、耐腐能力强、耐负压操作能力强、使用寿命长等优点。

Description

外循环石墨制列管蒸发器

技术领域

本发明涉及化工设备领域，是一种外循环石墨制列管蒸发器。适用于强腐蚀性化工原料的蒸发、浓缩工艺。

背景技术

在化工生产中，现有蒸发、浓缩装置，常规设备采用三效蒸发，需一效蒸发、二效蒸发、三效蒸发以及干燥器，逐级进行蒸发、浓缩、干燥，其不足之处是装置产能小，能耗高，成本高。设备占地面积大，设备需建设厂房100m²左右。三效蒸发装置蒸发段有4米高，大大的占用了厂房的空间，生产效率低，如氟硅酸镁浓缩工艺中，蒸汽压力需达到0.5Mpa，产产品为2t/h，蒸汽用量与产品产出比为1：0.3。多效蒸发，需要多个蒸发器，每一效都存在沸点上升或传热温度差损失，且效数愈多，其生产能力更趋减小。多效蒸发中随着效数的增加，各效传热温度差损失之和∑Δ_i增加，各效总有效传热温度差∑Δt_i减小，蒸发的生产能力降低。极限情况下，若由于效数的增加使∑Δ_i→Δt_r，则∑Δt_i→0，蒸发操作将无法进行，因此，多效蒸发的效数存在一定的限制。

专利号为CN103041605A的“高效内循环蒸发分离塔”；包括筒体，筒体下端与分离器固连，在分离器下端设有浓缩出口。在筒体上设有蒸汽入口，下部设有蒸汽出口；至少3块循环加热块置于筒体内，加热块上方设有上分离器，上分离器与筒体固连，在上分离器下部设有物料入口，同时在上分离器上端设有气体出口。加热块下方设有下分离器，下分离器设有物料出口。“高效内循环蒸发分离塔”的缺点是：设备笨重、制作成本高、换热效率低、石墨块容易炸裂、使用寿命短。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种效率高、成本低、耐腐能力强、耐负压操作能力强、使用寿命长的外循环石墨制列管蒸发器。

解决其技术问题采用的技术方案是：一种外循环石墨制列管蒸发器，其特征是，它包括筒体，所述筒体的上部设有蒸汽入口、下部设有冷凝水出口，筒体外固连支耳，在筒体上方设置的固定管板与筒体密封固连；固定管板上方设置的防腐闪蒸室与固定管板密封固连，防腐闪蒸室的顶部设有气体物料出口、下方设有液体物料进口；防腐闪蒸室下方另一侧设有防腐外循环管；防腐外循环管另一端与防腐沉降室密封固连；石墨换热管穿过折流板置于筒体内，石墨换热管的上端穿装在固定管板设置的过流孔内、且与固定管板密封固连；固定管板设有与石墨换热管相对应的过流孔；石墨换热管的下端穿装在浮动管板设置的过流孔内与浮动管板密封固连。浮动管板设有与石墨换热管相对应的过流孔；还包括防腐沉降室和浮动管板；所述防腐沉降室的底部设有物料出口，防腐沉降室的一侧设有防腐外循环管的连接口；防腐沉降室置于筒体的下方与筒体密封固连，浮动管板同时置于筒体和防腐沉降室内、并同时与筒体和防腐沉降室滑动密封连接。

本发明的外循环石墨制列管蒸发器的优点体现在：

1.由于采用防腐沉降室与筒体密封固连的结构，使得固定管板只承受来自于浮动部分的自身重量、壳层介质重量、壳程与管程压力差等方面的载荷，从而改善了石墨换热管与固定管板粘结处的受力条件，有效的减轻了石墨换热管与固定管板粘结处的受力，使用压力可以达到1.0MPa；

2.由于选用石墨管的长度不超过1.2米；通过控制换热管长度的方式，减少因膨胀系数差异引起的伸缩总量差异；从而有效的控制热应力的破坏；

3.特别是本发明突破了现有石墨材料不能制成列管换热设备，不能应用到高温、高压中使用的传统思维定式的束缚，将本发明在强腐蚀性化工原料的高温、高压蒸发、浓缩工艺中获得了成功，节约了制作成本；

4.由于换热管与管板处粘结处的受力情况的改善，保证了在减少部分零件的厚度的情况下也可满足设计的强度要求，减少了固定管板和浮动管板的厚度，同时石墨列管设备的造价远低于圆块孔设备；而换热效率却远高于圆块孔设备；同等体积的设备产量高出2倍多,使用中避免了圆块孔式设备间歇式生产，换热块经常炸裂的情况,使用寿命为圆块孔式设备的4倍以上；

5.由于防腐闪蒸室、防腐沉降室、防腐外循环管均采用Q235B钢制作，内衬F30，其耐温、耐压、耐腐蚀能力都高于传统的橡胶村里，性能接近于聚四氟乙烯，最为突出的是耐负压能力，可以在绝对真空的条件下长期正常工作；

6.具有使用寿命长、设备重量轻、分离浓缩效率高、成本低的优点。

附图说明

图1为本发明外循环石墨制列管蒸发器的结构示意图。

图中：1固体物料出口，2浮动管板，3防腐外循环管，4蒸汽入口，5防腐闪蒸室，6气体物料出口，7液体物料进口，8固定管板，9石墨换热管，10支耳，11折流板，12筒体，13冷凝水出口，14防腐沉降室。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参照图1，本发明的外循环石墨制列管蒸发器具有筒体12，所述筒体12的上部设有蒸汽入口4、下部设有冷凝水出口13，筒体12外固连支耳10，在筒体12的上方设有固定管板8，固定管板8与筒体12密封固连；固定管板8上方设有防腐闪蒸室5；防腐闪蒸室5与固定管板8密封固连，防腐闪蒸室5的顶部设有气体物料出口6、下方设有液体物料进口7；防腐闪蒸室5下方另一侧设有防腐外循环管3；防腐外循环管3另一端与防腐沉降室14密封固连；石墨换热管9穿过折流板11置于筒体12内，石墨换热管9的上端穿装在固定管板8设有的过流孔内，石墨换热管9与固定管板8密封固连；固定管板8设有与石墨换热管9相对应的过流孔；石墨换热管9的下端穿装在浮动管板2设置的过流孔内，且与浮动管板2密封固连。浮动管板2设有与石墨换热管9相对应的过流孔。还包括防腐沉降室14和浮动管板2，所述防腐沉降室14的底部设有固体物料出口1，防腐沉降室14的一侧设有防腐外循环管3的连接口；防腐沉降室14置于筒体12的下方与筒体12密封固连，浮动管板2同时置于筒体12和防腐沉降室14内、并同时与筒体12和防腐下封头14滑动密封连接。

本实施例为40平方外循环石墨制列管蒸发器，其工作过程是：待处理物料通过设置在防腐闪蒸室5上的物料进口7进入管程，同时服务侧加热蒸汽通过设置在筒体12上的蒸汽入口4进入壳程，换热管9内的物料与壳程12内的服务侧蒸汽分别在设备的管程与壳程内流动进行热量交换，之后管程内的物料部分气化，平均密度降低；在热虹吸原理的作用下，与外循环管3之间形成自循环；换热管9内的气液混合物料向上到达防腐闪蒸室5，形成气液分离。气体物料从防腐闪蒸室5上部的气体物料出口6排出；提浓的液体物料不断有结晶物析出，沉淀到防腐沉降室14内，从下段的物料出口1排出。服务侧蒸汽在完成热量交换过程中冷凝成饱和热水，并流出冷凝水出口13。

结合本实施例，对本发明的有益效果作进一步描述：

1.本发明外循环石墨制列管蒸发器克服了“多效蒸发”系统庞大，工艺复杂的缺点，是一种结构紧凑合理、制造成本低、占地面积小；实现了在同一台设备上，完成整个蒸发、浓缩的工艺过程，其实用性强。

2.外循环石墨制列管蒸发器的防腐闪蒸室、防腐沉降室、防腐外循环管均采用Q235B钢制作，内衬F30，其耐温、耐压、耐腐蚀能力都高于传统的橡胶村里，性能接近于聚四氟乙烯，最为突出的是耐负压能力，可以在绝对真空的条件下长期正常工作。耐腐能力强、耐负压操作能力强。特别适用于负压操作的蒸发、浓缩工艺过程控制。

3.设备结构方便检修，可将设备分解为上、中、下三部分，拆卸对单独部分无影响。

4.可根据需要灵活设置测温、测压、视镜、人孔等，以便及时观察、了解设备的运行情况、方便故障排除和设备检修。

5.外循环石墨制列管蒸发器的造价远低于现有的“圆块孔设备”。本实施例对比专利号为CN103041605A的“40平方高效内循环蒸发分离塔”：换热组件制造成本为11％。本实施例：“40平方外循环石墨制列管蒸发器”使用Φ50/Φ36规格的石墨换热管，单价为:20元/米。共用换热管164根，按下料尺寸1.2米/跟计(实际1.05米)，总用量：196.8米。合计材料价为：3936元/台。专利号为CN103041605A的“40平方高效内循环蒸发分离塔”使用Φ1230×370规格的石墨换热块4件，总重量为：2856Kg；单件12.5元/Kg；合计35700元/台。

6.外循环石墨制列管蒸发器用于蒸发装置时，换热效率远高于“圆块孔设备”。本实施例实践证明：对比专利号为CN103041605A的“高效内循环蒸发分离塔”同等换热面积的设备，浓缩、分离效率高出2倍多。“蒸汽走管外比蒸汽走管内的效率高；换热管纵向设置比横向设置换热效率高”，这是“管壳式蒸发器”设计和使用的一个基本常识。专利号为CN103041605A的“高效内循环蒸发分离塔”在设计中，服务侧蒸汽走的是“管内”；而且是横向设置。本发明外循环石墨制列管蒸发器采用了最合理的设计，即服务侧蒸汽走的是管外；纵向设置换热管。所以换热、蒸发、分离、浓缩效率高。

7.外循环石墨制列管蒸发器采用外循环形式，对比专利号为CN103041605A的“高效内循环蒸发分离塔”的内循环形式，热虹吸效应明显突出；被浓缩介质循环速度快，介质回转空间大。换热系数大，效率高。

8.外循环石墨制列管蒸发器的结构，避免了圆块孔式设备，间歇式生产中，内外温差应力作用下，换热块经常炸裂的情况。本实施例实践证明：使用寿命为圆块孔式设备的4倍以上。

9.外循环石墨制列管蒸发器的防腐闪蒸罐、防腐下封头、防腐外循环管均采用Q235B钢制作，内衬F30，其耐温、耐压、耐腐能力强，性能接近于聚四氟乙烯，最为突出的是耐负压能力，可以在绝对真空的条件下长期正常工作。

10外循环石墨制列管蒸发器的创造性在于：通过控制换热管长度的方式，减少因膨胀系数差异引起的伸缩总量差异；从而有效的控制热应力的破坏。突破了原来“石墨列管换热设备”不能应用到高温设备中的历史。

11.外循环石墨制列管蒸发器的创造性还在于：采用的“浮动板式换热器”结构。浮动管板同时置于筒体和防腐沉降室内、并同时与筒体和防腐沉降室滑动密封连接。由于换热管与管板处粘结处的受力情况的改善，保证了在减少部分零件的厚度的情况下也可满足设计的强度要求，减少了固定管板和浮动管板的厚度，突破了原来“石墨列管换热设备”不能应用到高温、高压中使用的传统思维定式的束缚，将本发明在强腐蚀性化工原料的高温、高压蒸发、浓缩工艺中获得了成功，节约了制作成本；

12.外循环石墨制列管蒸发器的创造性又在于：由于带沉降室的外循环蒸发器，沉降室设计高度适宜，保证了气液运转的推动力及黏着体的分离；也保证了分离器的使用寿命，根除了热短路现象，蒸发能力得到提高，能够实现节约降耗。

13.外循环石墨制列管蒸发器的样机通过试用，得知以下数据：氟硅酸镁浓缩：以往的“多级蒸发”工艺，需选用3台蒸发器、1台干燥器，蒸汽所需压力为0.5Mpa；而使用“高效内循环蒸发分离塔”只需一台，蒸汽压力只需0.3Mpa。产品产量也为以前的3倍。但设备使用寿命较短，经常停产维修。2013年开始使用本发明外循环石墨制列管蒸发器的样机，产品产量又提高了1倍多，并且，分离浓缩效率高，蒸汽耗量少，降低了生产成本。设备运行稳定、至今一年半未发生损坏。

(1)现有使用氢氟酸浓缩：多级蒸发，需设备3台，蒸汽压力为0.5Mpa，蒸发速率达0.3～0.5m/s,1吨产品消耗蒸汽2--3吨；生产一批产品需要2.5小时；

(2)现有使用“高效内循环蒸发分离塔”，需设备1台，蒸汽压力为0.3Mpa，蒸发速率达1m/s,1吨产品消耗蒸汽0.3吨，生产一批产品需要50分钟。

(3)本发明的外循环石墨制列管蒸发器需设备1台，蒸汽压力为0.08～0.1Mpa，1吨产品消耗蒸汽0.15吨；生产一批产品需要25分钟。

本发明外循环石墨制列管蒸发器的样机经过18个月的试运行，各项技术指标满足设计要求，且达到了稳产、低耗、节能、环保，实现了本发明目的所述的技术效果。

附：本发明40平方外循环石墨制列管蒸发器与现有40平方高效内循环蒸发分离塔对比数据如下：

Claims

1.一种外循环石墨制列管蒸发器，其特征是，它包括筒体，所述筒体的上部设有蒸汽入口、下部设有冷凝水出口，筒体外固连支耳，在筒体上方设置的固定管板与筒体密封固连；固定管板上方设置的防腐闪蒸室与固定管板密封固连，防腐闪蒸室的顶部设有气体物料出口、下方设有液体物料进口；防腐闪蒸室下方另一侧设有防腐外循环管；防腐外循环管另一端与防腐沉降室密封固连；石墨换热管穿过折流板置于筒体内，石墨换热管的上端穿装在固定管板设置的过流孔内、且与固定管板密封固连；固定管板设有与石墨换热管相对应的过流孔；石墨换热管的下端穿装在浮动管板设置的过流孔内与浮动管板密封固连，浮动管板设有与石墨换热管相对应的过流孔；还包括防腐沉降室和浮动管板；所述防腐沉降室的底部设有物料出口，防腐沉降室的一侧设有防腐外循环管的连接口；防腐沉降室置于筒体的下方与筒体密封固连，浮动管板同时置于筒体和防腐沉降室内、并同时与筒体和防腐沉降室滑动密封连接。