CN104587802B - 垂直套管结构及采用该垂直套管结构的吸收塔 - Google Patents

Abstract

本发明涉及垂直套管结构及采用该垂直套管结构的吸收塔，一种垂直套管结构，包括填料支撑装置、液体分布槽和垂直套管，液体分布槽为多条，设置在填料支撑装置下方，每条液体分布槽上连接多排向上的垂直套管，垂直套管为内外管套设结构，液体分布槽分为上下两个腔室，每个分布槽的一腔室连接冷冻剂入口和垂直套管的外管，另一腔室连接冷冻剂出口和垂直套管的内管。本发明垂直套管结构分布均匀，增大了换热面积和换热效果，可实现拟单管程传热，将每一个点的热量散出，使各垂直管表面与反应流体之间换热相对均匀，径向和轴向温度梯度较小；垂直套管结构便于填料安装，避免了流体流动的死区，流体均经过均匀换热，保证了换热装置内的温度均一。

Description

垂直套管结构及采用该垂直套管结构的吸收塔

技术领域

本发明属于换热装置和化工设备领域，具体涉及垂直套管结构及采用该垂直套管结构的吸收塔。

背景技术

传统的填料式吸收塔若需取出吸收热常采用多层盘管式换热装置，盘管层间距一般在400mm以上，之间填充散装填料。这种结构只能对靠近盘管的局部取热，无法在填料塔内部实现均匀取热，会造成局部温度过高或过低，局部温度过高或过低会影响吸收效果，对温度敏感的物系中，常会导致物料发生副反应，影响产品质量、产率和生产效率。

如醋酸法生产双乙烯酮的工艺中通常采用粗双乙烯酮吸收乙烯酮气体：由于粗双乙烯酮吸收乙烯酮气体是一个强放热过程，而温度对乙烯酮双聚有着重要的影响，通常温度保持在14℃，温度过高乙烯酮气体就会聚合生成三聚、四聚以致多聚乙烯酮副产物，因此需要在吸收塔内增加一定的换热装置将吸收热及时移出，目前吸收塔内一般采用多层盘管式换热装置。在填料层内按一定间隔(一般大于400mm)设置盘管，整个塔内可设数层或数十层盘管。现有盘管结构存在换热不均匀，造成局部温度过高或过低，过高会产生高聚物从而降低双乙烯酮成品的质量和收率，过低会影响吸收反应速率。

另一方面，为达到良好的吸收效果，吸收塔内需安装填料，采用盘管式换热装置会造成填料装填过程复杂，且装填不实，还会因盘管结构的存在导致气液两相传质和换热效果差。

发明内容

为了解决现有技术中盘管式换热装置换热不均匀、填料装填复杂且装填不实造成的传热效果差，导致物料发生副反应的问题，本发明的第一个目的是提供一种换热均匀的垂直套管结构。垂直套管结构，包括填料支撑装置、液体分布槽和垂直套管，液体分布槽为多条，设置在填料支撑装置下方，每条液体分布槽上连接多排向上的垂直套管，垂直套管为内外管套设结构，液体分布槽分为上下两个腔室，每个分布槽的一腔室连接冷冻剂入口和垂直套管的外管，另一腔室连接冷冻剂出口和垂直套管的内管。

与现有技术的盘管式换热装置不同，本发明采用垂直套管结构，垂直套管结构分布均匀，增大了换热面积和换热效果，可实现拟单管程传热，将每一个点的热量散出，使各垂直管表面与反应流体之间换热相对均匀，径向和轴向温度梯度较小，换热速率相对恒定；而且垂直套管结构便于填料安装，同时避免了流体流动的死区，流体均经过均匀换热，温控控制均匀，保证了换热装置内的温度均一。

优选的是，每个分布槽的上腔室连接冷冻剂入口和垂直套管的外管，下腔室连接冷冻剂出口和垂直套管的内管，冷冻剂进上腔室，被均匀分布至外管和内管的环隙空间后向上流动，到达上部后，沿内管中心折返向下，穿过上腔室与下腔室相连，热流体在下腔室以下空间汇集，通过各个分布槽将热量及时移出。分布槽设置在填料支撑下方，不影响填料层内气液流动。此过程中，冷冻剂将热量散出，避免了热量不均匀造成副产物产生和产率下降。

本发明的第二个目的是提供一种安装有上述垂直套管结构的吸收塔，吸收塔的至少一段塔节的内壁上固定设置安装结构，安装结构上开设多个容纳垂直套管的孔，垂直套管向上穿过安装结构，实现垂直套管结构与吸收塔内壁的固定；吸收塔侧壁相应的设置冷冻剂入口和出口，分别连接垂直套管结构的液体分布槽。

优选的是：垂直套管结构的填料支撑装置承载放置入吸收塔的填料。

本发明的第三个目的是提供一种使用上述吸收塔取出热量的方法，冷冻剂进入吸收塔后被均匀分布至每根垂直套管的环隙空间，并沿空间向上流动，到达上部后，沿内管中心折返向下，穿过上腔室后进入下腔室，热流体在下腔室以下空间汇集，通过各个分布槽从吸收塔侧壁流出。由于本发明采用上下腔室和内外管，增加了换热面积，并降低了传热温差，换热效率提高的同时可减少冷冻剂循环量，从而降低能耗。

本发明的第四个目的是提供一种制作安装上述吸收塔的方法，包括下列步骤：

1)进行吸收塔、垂直套管的结构设计与强度计算；

2)将吸收塔分成4-8段塔节，每段塔节间采用法兰连接，分别制作每段塔节；

3)制作垂直套管结构；

4)将垂直套管结构分别固定在每段塔节上；

5)按照自下而上的顺序依次安装每段塔节，安装每段塔节时，先将塔节就位然后从塔节上部装入填料并压实。

本发明的有益效果为：

1)本发明采用上下腔室和内外管，增加了换热面积，并降低了传热温差，换热效率提高的同时可减少冷冻剂循环量，从而降低能耗。

2)本发明采用垂直套管结构，垂直套管结构分布均匀，增大了换热面积和换热效果，而且垂直管结构便于填料安装，同时避免了流体流动的死区，使得气液两相充分接触，相际间传热面积大，相际传质有效进行，流体均经过均匀换热，温控控制均匀，保证了吸收塔内的温度均一。

3)本发明采用垂直管结构，解决了原盘管结构填料装填过程复杂，且装填不实的缺点，使塔内填料装填过程简单可行。

附图说明

图1是本发明垂直套管结构的结构示意图。

图2是本发明吸收塔的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。

如图1所示，一种垂直套管结构，包括填料支撑装置115、液体分布槽和垂直套管，液体分布槽为多条，设置在填料支撑装置115下方，每条液体分布槽上连接多排向上的垂直套管109，垂直套管109为内外管套设结构，液体分布槽分为上下两个腔室，每个分布槽的一腔室连接冷冻剂入口和垂直套管109的外管111，另一腔室连接冷冻剂出口和垂直套管109的内管112。冷冻剂入口连接液体分布槽的上腔室113，冷冻剂出口连接液体分布槽的下腔室114。

如图2所示，安装上述垂直套管结构的吸收塔，吸收塔的至少一段塔节的内壁上固定设置安装结构110，安装结构110上开设多个容纳垂直套管109的孔，垂直套管109向上穿过安装结构110，实现垂直套管结构与吸收塔内壁的固定；吸收塔侧壁相应的设置冷冻剂入口和出口，分别连接垂直套管结构的液体分布槽。垂直套管结构的填料支撑装置115承载放置入吸收塔的填料。冷冻剂进入吸收塔后被均匀分布至每根垂直套管109的环隙空间，并沿空间向上流动，到达上部后，沿内管112中心折返向下，穿过上腔室113后进入下腔室114，热流体在下腔室114以下空间汇集，通过各个分布槽从吸收塔侧壁流出。

Claims (6)

1.一种垂直套管结构，其特征在于：包括填料支撑装置、液体分布槽和垂直套管，液体分布槽为多条，设置在填料支撑装置下方，每条液体分布槽上连接多排向上的垂直套管，垂直套管为内外管套设结构，液体分布槽分为上下两个腔室，每个分布槽的一腔室连接冷冻剂入口和垂直套管的外管，另一腔室连接冷冻剂出口和垂直套管的内管。

2.如权利要求1所述的垂直套管结构，其特征在于：冷冻剂入口连接液体分布槽的上腔室，冷冻剂出口连接液体分布槽的下腔室。

3.安装有如权利要求1-2任一所述垂直套管结构的吸收塔，其特征在于：吸收塔的至少一段塔节的内壁上固定设置安装结构，安装结构上开设多个容纳垂直套管的孔，垂直套管向上穿过安装结构，实现垂直套管结构与吸收塔内壁的固定；吸收塔侧壁相应的设置冷冻剂入口和出口，分别连接垂直套管结构的液体分布槽。

4.如权利要求3所述的吸收塔，其特征在于：垂直套管结构的填料支撑装置承载放置入吸收塔的填料。

5.使用如权利要求3-4任一所述的吸收塔取出热量的方法，其特征在于：冷冻剂进入吸收塔后被均匀分布至每根垂直套管的环隙空间，并沿空间向上流动，到达上部后，沿内管中心折返向下，穿过上腔室后进入下腔室，热流体在下腔室以下空间汇集，从吸收塔侧壁流出。

6.安装如权利要求3-4任一所述吸收塔的方法，其特征在于：包括下列步骤：

1)进行吸收塔、垂直套管的结构设计与强度计算；

2)将吸收塔分成4-8段塔节，每段塔节间采用法兰连接，分别制作每段塔节；

3)制作垂直套管结构；

4)将垂直套管结构分别固定在每段塔节上；

5)按照自下而上的顺序依次安装每段塔节，安装每段塔节时，先将塔节就位然后从塔节上部装入填料并压实。