CN106268595B - 一种竖管降膜吸收反应器 - Google Patents

一种竖管降膜吸收反应器 Download PDF

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Abstract

一种竖管降膜吸收反应器，包括上管箱、下管箱和壳体，壳体设置在上管箱和下管箱之间并分别与上、下管箱密封连接，在壳体的上、下端分别设有管板，两块管板之间设有竖直管束，在壳体内设有布膜装置，布膜装置包括上布液板、下布液板和设置在上布液板上的筒形的溢流板，下布液板上的下布液板管孔与贯穿下布液板管孔的换热管之间设有布膜环隙，在下布液板管孔内设有用于使换热管居中的居中凸起，在换热管外壁上设有螺旋沟槽。本发明采用了更加合理的布膜装置，从而可以实现液膜均匀分布、成膜稳定的目的，可避免干壁现象，大大提高了传热传质的效率。

Description

一种竖管降膜吸收反应器
技术领域
本发明涉及一种吸收反应设备，尤其是涉及一种竖管降膜吸收反应器。
背景技术
吸收反应器作为一种高效节能设备，广泛应用于化工、制冷、余热回收等行业的生产中。目前市场中，最常见的吸收反应器主要为水平管降膜吸收反应器和竖直管降膜反应器（以下简称竖管降膜吸收反应器）。
竖管降膜吸收反应器中的管束为竖直的换热管，换热管内走冷却介质，换热管外的溶液通过布膜装置在换热管外壁均匀布膜，溶液呈降膜在换热管的外壁流动。竖管降膜吸收反应器中的吸收反应是传热和传质相互耦合的过程：一方面，换热管外壁的溶液降膜吸收壳体内（壳程）的工艺气体，来达到传质过程；另一方面，溶液降膜与工艺气体发生反应是一个放热过程，放出的热量通过换热管壁被换热管内的冷却介质带走，实现传热的过程。
现有技术中的竖管降膜吸收反应器一般是在壳体的侧面开有进液口，液体从进液口进入布液板，在布液板上形成一定液位后通过溢流，直接在换热管外壁形成液膜，液膜在重力的作用下沿换热管外壁向下流动，与壳程内气体进行反应，并通过换热管内的冷却水进行传热，最终实现传热和传质的目的。这种结构的竖管降膜吸收反应器往往存在偏流，布膜不均匀，甚至干壁的现象。
而吸收反应器反应换热效率的高低很大程度上取决于吸收反应器中换热管表面液膜的布膜效果和液膜的波动情况。布膜不均匀会影响壳程气体的吸收，降低传热传质效率；干壁现象严重时，会导致换热管损坏，最终导致设备停产，甚至会造成安全事故，从而为企业带来大量的经济损失。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种竖管降膜吸收反应器，可实现液膜的均匀分布和液膜的稳定性。
本发明为了解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种竖管降膜吸收反应器，包括上管箱、下管箱和壳体，壳体的上端与上管箱密封连接，壳体的下端与下管箱密封连接；壳体的上端设有上管板，壳体的下端设有下管板，在上管板和下管板上分别设有多个用于安装换热管的安装孔，多根换热管通过各自的安装孔呈阵列竖直安装在上管板与下管板之间，换热管的外壁与相应的安装孔之间为密封安装，且换热管的上端与上管箱相通，换热管的下端与下管箱相通，其特征在于：上管箱设有冷却介质出口，下管箱设有冷却介质进口，在壳体的上部设有溶液进口，在壳体的内部设有用于将溶液布设在换热管外壁的布膜装置，在壳体的下部设有溶液出口，在壳体上位于布膜装置的下方设有反应气体进口；所述的布膜装置包括从上到下依次固设在壳体内壁的上布液板和下布液板，上布液板位于溶液进口的下方，在上布液板的上端面固定连接有筒状的溢流板，在溢流板与壳体之间形成用于容纳溶液的空间，上布液板位于溢流板内部的部分均匀设有多个用于将溢流进来的溶液喷淋到下布液板去的布液孔，在上布液板和下布液板上分别设有供换热管贯穿的上布液板管孔和下布液板管孔，下布液板管孔与相应的换热管之间设有布膜环隙。
进一步地，在下布液板管孔的内壁上沿圆周方向均匀设有至少两个用于将换热管居中定位的居中凸台。
优选地，所述的居中凸台为3个。
进一步地，在换热管的外壁上设有螺旋沟槽。
优选地，所述的螺旋沟槽为多条，布置在换热管与下布液板管孔相配合的位置和/或位于下布液板管孔上方的一段。
进一步地，所述的上布液板包括一个与壳体的内壁相连接的环形连接板和设置在环形连接板下端面并与环形连接板可拆卸固定连接的圆形板，所述的溢流板设置在环形连接板的上端面，所述的布液孔设置在圆形板上。
进一步地，壳体的上端与上管箱之间以及壳体的下端与下管箱之间均为可拆卸连接。
进一步地，上管板的外径以及下管板的外径均大于壳体的外径，壳体的上端通过上管板和设在上管箱外壁的连接凸起Ⅰ采用紧固件Ⅰ相连接；壳体的下端通过下管板和设在下管箱外壁上的连接凸起Ⅱ采用紧固件Ⅱ相连接。
进一步地，在壳体的外壁上还设有支耳。
进一步地，在壳体上还设有用于观察壳体内部液膜的视镜。
有益效果：
根据本发明，布膜装置采用上下两块布液板，在上布液板的上端固定连接筒状的溢流板，可使溶液均匀流入上布液板；在上布液板上均设布液孔，不仅可使溶液在筒状的溢流板内部保持一定的液位，以保证在布膜的过程不会出现干壁的现象，而且均设的布液孔还可使得液体均匀流向下布液板，保证每个换向管均匀的溶液供应；在下布液板管孔与相应的换热管之间设有布膜环隙，可使得溶液在换热管外壁与下布液板管孔内壁的约束下，均匀地从布膜环隙流下，在换热管壁面呈膜状流动，实现向换热管的外壁均匀布膜的目的；
进一步地，在下布液板管孔内均匀布设至少两个居中凸起，可保证换热管位于相应的下布液板管孔的中间部位，从而可在每个布膜环隙内溶液流量一定的情况下，保证换热管表面形成更加均匀的液膜；
更进一步，在换热管的外壁设置螺旋沟槽，可增加溶液的扰动，减薄液膜的厚度，减小传热的阻力。
总之，本发明由于采用了上述布膜装置，可以实现液膜均匀分布、成膜稳定的目的，可避免干壁现象，大大提高了传热传质的效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的A-A视图。
图3为下布液板结构示意图。
图4为图3中C处放大图。
图5为图3中的B-B视图。
图中，1、冷却介质出口，2、上管箱，3、上管板，4、溶液进口，5、下布液板，501、下布液板管孔， 6、换热管，601、螺旋沟槽，7、支耳，8、壳体，9、溶液出口，10、下管板，11、下管箱，12、冷却介质进口，13、视镜，14、反应气体进口，15、上布液板，15a、环形连接板，15b、圆形板，15b-1、上布液板管孔，15b-2、布液孔，16、溢流板，17、布膜环隙，18、居中凸台，19、连接凸起Ⅰ，20、连接凸起Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步具体详细的说明。
如图所示，一种竖管降膜吸收反应器，包括上管箱2、下管箱11和壳体8。
壳体8的上端与上管箱2密封连接，壳体8的下端与下管箱11密封连接。
壳体的上端设有上管板3，壳体的下端设有下管板10，在上管板和下管板上分别设有多个用于安装换热管的安装孔，多根换热管6通过各自的安装孔呈阵列竖直安装在上管板3与下管板10之间，形成管束。
换热管的外壁与相应的安装孔之间为密封安装，本实施例中，换热管6与上管板3和下管板10焊接连接并同时实现密封。
换热管6的上端与上管箱2相通，换热管的下端与下管箱11相通，上管箱2设有冷却介质出口1，下管箱11设有冷却介质进口12，在壳体的上部设有溶液进口4，在壳体的内部设有用于将溶液布设在换热管6外壁的布膜装置，在壳体8的下部设有溶液出口9，在壳体上位于布膜装置的下方设有反应气体进口14。
所述的布膜装置包括从上到下依次固设在壳体内壁的上布液板15和下布液板5，上布液板15位于溶液进口4的下方，在上布液板15的上端面固定连接有筒状的溢流板16，在溢流板16与壳体8之间形成用于容纳溶液的空间，上布液板15位于溢流板16内部的部分设有用于将溢流进来的溶液喷淋到下布液板5去的布液孔15b-2，在上布液板15和下布液板5上分别设有供换热管6贯穿的上布液板管孔15b-1和下布液板管孔501，下布液板管孔501与相应的换热管之间设有布膜环隙17。
为了保证每个换热管6的液膜流量，布液孔15b-2为多个，且均匀分布在上布液板15上，布液孔15b-2的大小也优选全部相同。
布液孔15b-2的排布方式可根据换热管的布管型式来进行调整确定，布液孔15b-2的大小根据溶液流量来确定。
工作时，溶液经溶液进口4进入到溢流板16与壳体8之间的空间，然后越过经溢流板16溢流到溢流板16内部的上布液板15，最后保持一定的液位；溶液同时从上布液板15上的布液孔15b-2 均匀喷淋到下布液板5上，然后经由下布液板管孔501与相应的换热管之间的布膜环隙17向下流动在换热管6的外壁上形成液膜。
液膜吸收来自反应气体进口14的反应气体进行反应，释放出的热量通过换热管壁加热换热管内部来自下管箱11冷却介质进口12流入的冷却介质（可以是冷却水或别的可做用冷却的液体），被加热的冷却介质通过上管箱2的冷却介质出口1排出，用于参加其它工序的反应等，反应后的溶液由壳体8上的溶液出口9排出。整个过程实现了流体的传热和传质的耦合。
为了进一步提高液膜的均匀性，在下布液板管孔501的内壁上沿圆周方向均匀设有至少两个用于将换热管居中定位的居中凸台18，从而可保证换热管6在下布液板管孔501中处于中间位置，最终保证液膜在换热管6上的厚薄均匀。
本实施方式设置的居中凸台18为3个，3个居中凸台的形状和大小相一致，均为同一个空心圆柱段的一部分，居中凸台的内弧面与换热管相对设置。
另外，在换热管的外壁上还设有螺旋沟槽，以增加溶液的扰动，减薄液膜的厚度，减少传热阻力。
具体地，所述的螺旋沟槽可以为一条，也可以为多条；螺旋沟槽可沿整个换热管的全长设置，也可仅在换热管上某一段设置。
本实施方式中，所述的螺旋沟槽为多条，仅布置在换热管6与下布液板管孔501相配合的位置（即位于布膜环隙17段的部位）和下布液板管孔上方的一段。
当然，螺旋沟槽设置在换热管上任一段，或在换热管上设置多段螺旋钩槽，均在本发明构思之内。
螺旋沟槽的螺旋角可根据实际情况确定，优选45°-75°，最好为60°。
在上述实施方式中，上布液板15结构包括一个与壳体8的内壁相连接的环形连接板15a和设置在环形连接板下端面并与环形连接板可拆卸固定连接的圆形板15b，所述的溢流板16设置在环形连接板15a的上端面，所述的布液孔15b-2设置在圆形板15b上。
采用这样的上布液板结构，便于拆装和清洗维护。
实际操作中，上布液板15也可以是由环形连接板15a与圆形板15b一体制成的比圆形板15b更大的一块圆形板。
本实施例中，壳体8的上端与上管箱2之间以及壳体8的下端与下管箱11之间均为可拆卸连接。
具体地，上管板3的外径以及下管板10的外径均大于壳体8的外径，壳体8的上端通过上管板3和设在上管箱外壁的连接凸起Ⅰ19采用紧固件Ⅰ相连接；壳体8的下端通过下管板10和设在下管箱外壁上的连接凸起Ⅱ20采用紧固件Ⅱ相连接。
所述的紧固件Ⅰ与紧固件Ⅱ均可选用螺栓。
实际应用中，壳体8的上端于上管箱2以及壳体8的下端与下管箱11之间都可以通过焊接连接在一起。
在壳体8的外壁上还设有可用来作为支撑件，保证本发明安装后的水平度的支耳7，支耳7也可用于起吊安装的本发明。
在壳体8 上还设有用于观察壳体液膜情况的视镜13。
本发明，筒形的溢流板保证了溶液均匀流入上布液板；上布液板上的均布的布液孔保证了每个换热管的液膜流量；布膜环隙的设置保证了液体下布液板管孔壁与换热管外壁的约束，在换热管壁面呈膜状流动；居中凸台保证了换热管的居中；多通道螺旋沟槽，增加了溶液的扰动，减薄液膜的厚度，减少传热阻力。

Claims (10)

1.一种竖管降膜吸收反应器，包括上管箱（2）、下管箱（11）和壳体（8），壳体（8）的上端与上管箱（2）密封连接，壳体（8）的下端与下管箱（11）密封连接；壳体的上端设有上管板（3），壳体的下端设有下管板（10），在上管板和下管板上分别设有多个用于安装换热管的安装孔，多根换热管（6）通过各自的安装孔呈阵列竖直安装在上管板（3）与下管板（10）之间，换热管的外壁与相应的安装孔之间为密封安装，且换热管（6）的上端与上管箱（2）相通，换热管的下端与下管箱（11）相通，其特征在于：上管箱（2）设有冷却介质出口（1），下管箱（11）设有冷却介质进口（12），在壳体的上部设有溶液进口（4），在壳体的内部设有用于将溶液布设在换热管（6）外壁的布膜装置，在壳体（8）的下部设有溶液出口（9），在壳体上位于布膜装置的下方设有反应气体进口（14）；所述的布膜装置包括从上到下依次固设在壳体内壁的上布液板（15）和下布液板（5），上布液板（15）位于溶液进口（4）的下方，在上布液板（15）的上端面固定连接有筒状的溢流板（16），在溢流板（16）与壳体（8）之间形成用于容纳溶液的空间，上布液板（15）位于溢流板（16）内部的部分均匀设有多个用于将溢流进来的溶液喷淋到下布液板（5）去的布液孔（15b-2），在上布液板（15）和下布液板（5）上分别设有供换热管（6）贯穿的上布液板管孔（15b-1）和下布液板管孔（501），下布液板管孔（501）与相应的换热管之间设有布膜环隙（17）。
2.根据权利要求1所述的一种竖管降膜吸收反应器，其特征在于：在下布液板管孔（501）的内壁上沿圆周方向均匀设有至少两个用于将换热管居中定位的居中凸台。
3.根据权利要求2所述的一种竖管降膜吸收反应器，其特征在于：所述的居中凸台为3个。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种竖管降膜吸收反应器，其特征在于：在换热管的外壁上设有螺旋沟槽（601）。
5.根据权利要求4所述的一种竖管降膜吸收反应器，其特征在于：所述的螺旋沟槽为多条，布置在换热管与下布液板管孔相配合的位置和/或位于下布液板管孔上方的一段。
6.根据权利要求1或2所述的一种竖管降膜吸收反应器，其特征在于：所述的上布液板（15 ）包括一个与壳体（8）的内壁相连接的环形连接板（15a）和设置在环形连接板下端面并与环形连接板可拆卸固定连接的圆形板（15b），所述的溢流板（16）设置在环形连接板（15a）的上端面，所述的布液孔（15b-2）设置在圆形板（15b）上。
7.根据权利要求1或2所述的一种竖管降膜吸收反应器，其特征在于：壳体（8）的上端与上管箱（2）之间以及壳体（8）的下端与下管箱（11）之间均为可拆卸连接。
8.根据权利要求7所述的一种竖管降膜吸收反应器，其特征在于：上管板（3）的外径以及下管板（10）的外径均大于壳体（8）的外径，壳体（8）的上端通过上管板（3）和设在上管箱外壁的连接凸起Ⅰ（19）采用紧固件Ⅰ相连接；壳体（8）的下端通过下管板（10）和设在下管箱外壁上的连接凸起Ⅱ（20）采用紧固件Ⅱ相连接。
9.根据权利要求1或2所述的一种竖管降膜吸收反应器，其特征在于：在壳体（8）的外壁上还设有支耳（7）。
10.根据权利要求1或2所述的一种竖管降膜吸收反应器，其特征在于：在壳体（8 ）上还设有用于观察壳体内部液膜的视镜（13）。
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