CN105521614B - 一种超重力精馏用再沸器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超重力精馏用再沸器，属于化工加热装置技术领域。该装置包括再沸器和精馏塔，再沸器中的物料气相出口连接精馏塔一侧，再沸器中的自然回流液入口与精馏塔底部连接；再沸器中的再沸器壳体通过法兰接口连接端盖，换热组件包括出口集流管、入口集流管和若干蛇形换热管，出口集流管和入口集流管从上至下设有偶数排蛇形换热管并分别与出口集流管和入口集流管相通，蛇形换热管通过换热管支撑架安装在再沸器壳体内部，出口集流管和入口集流管分别与端盖的加热蒸汽流出管道、加热蒸汽流入管道出口密闭连接。该超重力精馏用再沸器在提高再沸器换热效率、充分利用热能的同时，又易于换热器的维护更换。
Description
技术领域
本发明涉及一种超重力精馏用再沸器，属于化工加热装置技术领域。
背景技术
超重力精馏技术是一种新型的分离技术，该技术依托超重力精馏塔进行，其原理是：液体在超重力和巨大剪切力的作用下被拉伸成膜成丝成滴，产生出巨大的相间接触面积，使气液接触面积提高几个数量级，从而达到气液传质效率大幅度提高的目的。该方法相较于传统的精馏方法有更精细、更安全、更高效的特点，节能效果显著，更能适应环境和企业要求。
再沸器是一种能够交换热量，同时有气化空间的特殊的换热器。在工业生产中，换热设备主要作用是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，是流体温度达到工艺流程的指标，以满足工业流程上的需要。在超重力精馏工艺中，再沸器与超重力精馏塔配套使用，位于超重力精馏塔底部或侧线，用来汽化一部分液相产物返回塔内作气相回流，使塔内汽液两相间的接触传质得以进行，同时提供精馏过程所需的热量。
现有技术中，再沸器通常采用的是列管式换热器结构，但目前常用的列管式再沸
器主要存在以下两大缺点：其一、再沸器换热面积及换热效率低，不能充分的利用热能；其二、换热列管固定安装于再沸器的壳体内，难以维修更换，严重制约了生产的正常运行。
专利号为CN104096368A的实用新型专利公开了一种再沸器，其通过将换热器列管一端插入在再沸器壳体中，另一端穿过再沸器壳体连接在端头上的方式达到了换热器易维护更换的目的，但由于换热管换热面积小，存在换热效率低、不能充分利用热能的缺点。
专利号为CN104059687A的发明专利公开了一种再沸器，其通过再沸器两端设导流腔，中间设加热腔，并采用多层换热的方式提高了再沸器的换热效率的目的，但由于换热管完全固定于加热腔内，造成了换热管维护更换困难的不足。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种超重力精馏用再沸器。该超重力精馏用再沸器在提高再沸器换热效率、充分利用热能的同时，又易于换热器的维护更换，本发明通过以下技术方案的实现。
一种超重力精馏用再沸器，包括再沸器和精馏塔25，再沸器顶部设有物料气相出口18和底部设有自然回流液入口13，物料气相出口18连接精馏塔25一侧，自然回流液入口13与精馏塔25底部连接；
所述再沸器包括再沸器壳体1、端盖7、换热管支撑架14、壳体支撑架15、废液排出口16、物料入口20和换热组件，再沸器壳体1顶部设有物料入口20和底部设有废液排出口16，再沸器壳体1底部设有壳体支撑架15，再沸器壳体1通过法兰接口10和法兰接口11连接端盖7，端盖7壁面上设有与再沸器壳体1相通的分别位于上下位置的加热蒸汽流出管道5和加热蒸汽流入管道6，所述换热组件包括出口集流管8、入口集流管9和若干蛇形换热管12，出口集流管8和入口集流管9从上至下设有偶数排蛇形换热管12并分别与出口集流管8和入口集流管9相通，蛇形换热管12通过换热管支撑架14安装在再沸器壳体1内部，出口集流管8和入口集流管9分别与端盖7的加热蒸汽流出管道5、加热蒸汽流入管道出口6密闭连接。
所述再沸器壳体1表面从里至外依次包裹着内保温层2、外保温层3和外保护层4。
所述内保温层2采用聚氨酯或聚苯空心纳米材料制成的隔热颗粒粘结而成，外保温层3采用酚醛泡沫材料制成，外保护层4采用304不锈钢或铝合金材质制成。
所述再沸器还包括插入再沸器壳体1内部的温度传感器22和压力传感器23，温度传感器22连接温度显示仪表19，压力传感器23连接压力显示仪表21。
所述再沸器表面上均匀分布四个耳座24。
所述偶数排蛇形换热管12均分为上部和下部，上部的蛇形换热管12比下部蛇形换热管12整体宽度宽。
所述蛇形换热管12分为管弯管部和直管管部，管弯管部为光滑管，直管管部内部表面为螺旋型翅片26结构，外表面加工有多个截面为矩形的凹槽27。
所述螺旋型翅片26螺旋角α为15～45°，所述凹槽27长度b为20～100mm，宽度w为0.5～1.5 mm，齿高H1为0.5～2mm，深度H2为0.5～1.5mm。
所述换热管支撑架14包括两侧的支撑环28以及横跨两侧的支撑环28并与上部每排蛇形换热管12支管数量相对应的支撑杆29。
所述壳体支撑架15包括底座30和底座30顶部的环形托架31。
上述再沸器壳体1一侧设有与再沸器壳体1内部相通的磁翻板液位计17。
本超重力精馏用再沸器的使用原理为：
经物料入口20向再沸器中加入低浓度物料，加热蒸汽经加热蒸汽流入管道6进入再沸器，经入口集流管9、蛇形换热管12、出口集流管8、加热蒸汽流出管道5后流出再沸器并通过蛇形换热管12对物料加热；
再沸器中低浓度物料气化后从物料气相出口进入超重力精馏塔25，经超重力精馏塔25作用后，塔底得到的重组分液体经自然回流液入口13流回再沸器，塔顶得到轻组分气体的轻组分气体经冷凝器冷凝，冷凝液流入回流罐并经回流泵以适当回流量从顶部进入超重力精馏塔，在超重力精馏塔内进行气液两相传热作用。
随着超重力精馏塔内气液两相传热作用的不断进行，超重力精馏塔顶得到的轻组分气体中物料含量不断提高，当塔顶温度降低至纯物料沸点温度时，将冷凝液的一部分经产品冷却器收集于产品收集器中，一部分继续回流至超重力精馏塔；待产品收集完毕后，打开再沸器废液排出口排尽精馏残液。
本发明的有益效果是：
（1）采用双层保温层，增强保温效果，使得本发明的热量更加不易散出，热能得到充分利用，节约能源。
（2）右端盖可拆卸连接，换热组件可随右端盖抽出，便于设备的定期检查和维护。
（3）合理利用再沸器壳体的内部空间结构，采用不同宽度的六层蛇形换热管组成换热组件，且占用空间小，换热管程长，使再沸器的换热面积大幅度提高，有利于换热效率的提升。
（4）加热蒸汽从换热组件底部流入，从换热组件顶部流出，使换热里程和换热时间最大化，充分利用热能。
（5）换热管内表面加工螺旋型翅片结构，外表面加工纵向凹槽，人为制造气化核心，可显著提高换热管的传热效果。
（6）换热管支撑架的支撑环完美地契合再沸器壳体，六根支撑杆均匀地支撑换热组件，使换热组件在再沸器壳体内部良好运行。
（7）壳体支撑架采用环形托架的设计，完美地契合主体，使设备安装、运行都十分平稳。
附图说明
图1是本发明整体结构图；
图2是本发明再沸器结构示意图；
图3是本发明换热组件结构示意图；
图4是本发明蛇形换热管结构示意图；
图5是本发明蛇形换热管直管部分结构示意图；
图6是本发明蛇形换热管直管部分尺寸示意图；
图7是本发明蛇形换热管直管部分截面图；
图8是本发明换热管支撑架结构示意图；
图9是本发明壳体支撑架结构示意图。
图中：1-再沸器壳体，2-内保温层，3-外保温层，4-外保护层，5-加热蒸汽流出管道，6-加热蒸汽流入管道，7-端盖，8-出口集流管，9-入口集流管，10-法兰接口，11-法兰接口，12-蛇形换热管，13-自然回流液入口，14-换热管支撑架，15-壳体支撑架，16-废液排出口，17-磁翻板液位计，18-物料气相出口，19-温度显示仪表，20-物料入口，21-压力显示仪表，22-温度传感器，23-压力传感器，24-耳座，25-精馏塔，26-螺旋型翅片，27-凹槽，28-支撑环，29-支撑杆，30-底座，31-环形托架。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1至9所示，该超重力精馏用再沸器，包括再沸器和精馏塔25，再沸器顶部设有物料气相出口18和底部设有自然回流液入口13，物料气相出口18连接精馏塔25一侧，自然回流液入口13与精馏塔25底部连接；
所述再沸器包括再沸器壳体1、端盖7、换热管支撑架14、壳体支撑架15、废液排出口16、物料入口20和换热组件，再沸器壳体1顶部设有物料入口20和底部设有废液排出口16，再沸器壳体1底部设有壳体支撑架15，再沸器壳体1通过法兰接口10和法兰接口11连接端盖7，端盖7壁面上设有与再沸器壳体1相通的分别位于上下位置的加热蒸汽流出管道5和加热蒸汽流入管道6，所述换热组件包括出口集流管8、入口集流管9和若干蛇形换热管12，出口集流管8和入口集流管9从上至下设有六排蛇形换热管12并分别与出口集流管8和入口集流管9相通，蛇形换热管12通过换热管支撑架14安装在再沸器壳体1内部，出口集流管8和入口集流管9分别与端盖7的加热蒸汽流出管道5、加热蒸汽流入管道出口6密闭连接。
其中再沸器壳体1表面从里至外依次包裹着内保温层2、外保温层3和外保护层4；内保温层2采用聚氨酯空心纳米材料制成的隔热颗粒粘结而成，外保温层3采用酚醛泡沫材料制成，外保护层4采用304不锈钢材质制成；再沸器还包括插入再沸器壳体1内部的温度传感器22和压力传感器23，温度传感器22连接温度显示仪表19，压力传感器23连接压力显示仪表21；再沸器表面上均匀分布四个耳座24；六排蛇形换热管12均分为上部和下部，上部的三排蛇形换热管12为下部三排蛇形换热管12整体宽度的1.2倍，蛇形换热管12分为管弯管部和直管管部，管弯管部为光滑管，直管管部内部表面为螺旋型翅片26结构，外表面加工有多个截面为矩形的凹槽27；螺旋型翅片26螺旋角α为15°，所述凹槽27长度b为20mm，宽度w为0.5mm，齿高H1为0.5mm，深度H2为0.5mm；换热管支撑架14包括两侧的支撑环28以及横跨两侧的支撑环28并与上部每排蛇形换热管12支管（5根支管）数量相对应的支撑杆29（5根支撑杆）；壳体支撑架15包括底座30和底座30顶部的环形托架31；再沸器壳体1一侧设有与再沸器壳体1内部相通的磁翻板液位计17。
实施例2
该超重力精馏用再沸器，包括再沸器和精馏塔25，再沸器顶部设有物料气相出口18和底部设有自然回流液入口13，物料气相出口18连接精馏塔25一侧，自然回流液入口13与精馏塔25底部连接；
所述再沸器包括再沸器壳体1、端盖7、换热管支撑架14、壳体支撑架15、废液排出口16、物料入口20和换热组件，再沸器壳体1顶部设有物料入口20和底部设有废液排出口16，再沸器壳体1底部设有壳体支撑架15，再沸器壳体1通过法兰接口10和法兰接口11连接端盖7，端盖7壁面上设有与再沸器壳体1相通的分别位于上下位置的加热蒸汽流出管道5和加热蒸汽流入管道6，所述换热组件包括出口集流管8、入口集流管9和若干蛇形换热管12，出口集流管8和入口集流管9从上至下设有八排蛇形换热管12并分别与出口集流管8和入口集流管9相通，蛇形换热管12通过换热管支撑架14安装在再沸器壳体1内部，出口集流管8和入口集流管9分别与端盖7的加热蒸汽流出管道5、加热蒸汽流入管道出口6密闭连接。
其中再沸器壳体1表面从里至外依次包裹着内保温层2、外保温层3和外保护层4；内保温层2采用聚苯空心纳米材料制成的隔热颗粒粘结而成，外保温层3采用酚醛泡沫材料制成，外保护层4采用铝合金材质制成；再沸器还包括插入再沸器壳体1内部的温度传感器22和压力传感器23，温度传感器22连接温度显示仪表19，压力传感器23连接压力显示仪表21；再沸器表面上均匀分布四个耳座24；八排蛇形换热管12均分为上部和下部，上部的四排蛇形换热管12为下部四排蛇形换热管12整体宽度的1.5倍，蛇形换热管12分为管弯管部和直管管部，管弯管部为光滑管，直管管部内部表面为螺旋型翅片26结构，外表面加工有多个截面为矩形的凹槽27；螺旋型翅片26螺旋角α为45°，所述凹槽27长度b为100mm，宽度w为1.5mm，齿高H1为2mm，深度H2为1.5mm；换热管支撑架14包括两侧的支撑环28以及横跨两侧的支撑环28并与上部每排蛇形换热管12支管（6根支管）数量相对应的支撑杆29（6根支撑杆）；壳体支撑架15包括底座30和底座30顶部的环形托架31；再沸器壳体1一侧设有与再沸器壳体1内部相通的磁翻板液位计17。
实施例3
该超重力精馏用再沸器，包括再沸器和精馏塔25，再沸器顶部设有物料气相出口18和底部设有自然回流液入口13，物料气相出口18连接精馏塔25一侧，自然回流液入口13与精馏塔25底部连接；
所述再沸器包括再沸器壳体1、端盖7、换热管支撑架14、壳体支撑架15、废液排出口16、物料入口20和换热组件，再沸器壳体1顶部设有物料入口20和底部设有废液排出口16，再沸器壳体1底部设有壳体支撑架15，再沸器壳体1通过法兰接口10和法兰接口11连接端盖7，端盖7壁面上设有与再沸器壳体1相通的分别位于上下位置的加热蒸汽流出管道5和加热蒸汽流入管道6，所述换热组件包括出口集流管8、入口集流管9和若干蛇形换热管12，出口集流管8和入口集流管9从上至下设有若干偶数排蛇形换热管12并分别与出口集流管8和入口集流管9相通，蛇形换热管12通过换热管支撑架14安装在再沸器壳体1内部，出口集流管8和入口集流管9分别与端盖7的加热蒸汽流出管道5、加热蒸汽流入管道出口6密闭连接。
其中再沸器壳体1表面从里至外依次包裹着内保温层2、外保温层3和外保护层4；内保温层2采用聚苯空心纳米材料制成的隔热颗粒粘结而成，外保温层3采用酚醛泡沫材料制成，外保护层4采用铝合金材质制成；再沸器还包括插入再沸器壳体1内部的温度传感器22和压力传感器23，温度传感器22连接温度显示仪表19，压力传感器23连接压力显示仪表21；再沸器表面上均匀分布四个耳座24；若干偶数排蛇形换热管12均分为上部和下部，上部的蛇形换热管12为下部蛇形换热管12整体宽度的1.5倍，蛇形换热管12分为管弯管部和直管管部，管弯管部为光滑管，直管管部内部表面为螺旋型翅片26结构，外表面加工有多个截面为矩形的凹槽27；螺旋型翅片26螺旋角α为30°，所述凹槽27长度b为80mm，宽度w为1.2mm，齿高H1为1.5mm，深度H2为1.0mm；换热管支撑架14包括两侧的支撑环28以及横跨两侧的支撑环28并与上部每排蛇形换热管12支管数量相对应的支撑杆29；壳体支撑架15包括底座30和底座30顶部的环形托架31；再沸器壳体1一侧设有与再沸器壳体1内部相通的磁翻板液位计17。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (6)
1.一种超重力精馏用再沸器，其特征在于：包括再沸器和精馏塔（25），再沸器顶部设有物料气相出口（18）和底部设有自然回流液入口（13），物料气相出口（18）连接精馏塔（25）一侧，自然回流液入口（13）与精馏塔（25）底部连接；
所述再沸器包括再沸器壳体（1）、端盖（7）、换热管支撑架（14）、壳体支撑架（15）、废液排出口（16）、物料入口（20）和换热组件，再沸器壳体（1）顶部设有物料入口（20）和底部设有废液排出口（16），再沸器壳体（1）底部设有壳体支撑架（15），再沸器壳体（1）通过法兰接口（10）和法兰接口（11）连接端盖（7），端盖（7）壁面上设有与再沸器壳体（1）相通的分别位于上下位置的加热蒸汽流出管道（5）和加热蒸汽流入管道（6），所述换热组件包括出口集流管（8）、入口集流管（9）和若干蛇形换热管（12），出口集流管（8）和入口集流管（9）从上至下设有偶数排蛇形换热管（12）并分别与出口集流管（8）和入口集流管（9）相通，蛇形换热管（12）通过换热管支撑架（14）安装在再沸器壳体（1）内部，出口集流管（8）和入口集流管（9）分别与端盖（7）的加热蒸汽流出管道（5）、加热蒸汽流入管道出口密闭连接；
所述偶数排蛇形换热管（12）均分为上部和下部，上部的蛇形换热管（12）比下部蛇形换热管（12）整体宽度宽；
所述蛇形换热管（12）分为管弯管部和直管管部，管弯管部为光滑管，直管管部内部表面为螺旋型翅片（26）结构，外表面加工有多个截面为矩形的凹槽（27）；
所述螺旋型翅片（26）螺旋角α为15～45°，所述凹槽（27）长度b为20～100mm，宽度w为0.5～1.5 mm，齿高H1为0.5～2mm，深度H2为0.5～1.5 mm；
所述再沸器壳体（1）表面从里至外依次包裹着内保温层（2）、外保温层（3）和外保护层（4）。
2.根据权利要求1所述的超重力精馏用再沸器，其特征在于：所述内保温层（2）采用聚氨酯或聚苯空心纳米材料制成的隔热颗粒粘结而成，外保温层（3）采用酚醛泡沫材料制成，外保护层（4）采用304不锈钢或铝合金材质制成。
3.根据权利要求1所述的超重力精馏用再沸器，其特征在于：所述再沸器还包括插入再沸器壳体（1）内部的温度传感器（22）和压力传感器（23），温度传感器（22）连接温度显示仪表（19），压力传感器（23）连接压力显示仪表（21）。
4.根据权利要求1所述的超重力精馏用再沸器，其特征在于：所述再沸器表面上均匀分布四个耳座（24）。
5.根据权利要求1所述的超重力精馏用再沸器，其特征在于：所述换热管支撑架（14）包括两侧的支撑环（28）以及横跨两侧的支撑环（28）并与上部每排蛇形换热管（12）支管数量相对应的支撑杆（29）。
6.根据权利要求1所述的超重力精馏用再沸器，其特征在于：所述壳体支撑架（15）包括底座（30）和底座（30）顶部的环形托架（31）。
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