CN107367186A - 嵌入管式换热管及由其制成的闪蒸加热器 - Google Patents

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刘敏
马路
王永恒
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/40—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element

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Abstract

本发明公开一种嵌入管式换热管及由其制成的闪蒸加热器，其是在换热管的管壁上，沿换热管的横截面方向，设置有两端嵌入管壁的短管；换热管外壁及嵌入短管内壁的腔体贯通，构成承载热媒通过的热媒腔；换热管的内壁与嵌入短管的外壁的腔体贯通形成了物料腔。本发明改进的嵌入管式换热管结构，增大了传热面积，无传热死角及残存死角，对气相热媒及液相热媒都非常适用。交错排列的嵌入短管使物料变速流动，流向曲折变化，对物料产生了剧烈的剪切和扰动，强化了换热管传热效率，提高了物料的均匀程度，尤其对闪蒸后的两项物流极为有益，可以广泛适用于各种闪蒸加热器。

Description

嵌入管式换热管及由其制成的闪蒸加热器
技术领域
本发明属于换热器装置技术领域，具体涉及一种嵌入管式换热管及由其制成的闪蒸加热器。
背景技术
许多的化学反应过程都会用到减压闪蒸工艺，用以脱除一些低分子物，形成气液两相流；然而随着低分子物的脱除，一些物料的温度会大幅度下降，其粘度也同时会有明显上升。针对一些聚合物料的缩聚反应，上述现象尤为明显，为保证物料的反应工艺温度，需要利用闪蒸缩加热器为其补充大量的热量。
传统的闪蒸加热器，特别是用于较高粘度物料的闪蒸加热器，大多数是换热器壳程走物料，管程走热媒，物料与换热管存在一定的横向流动，可以减小传热膜厚度，增加传热效率；但是，该结构存在着几个问题：1.由于壳程流通面积较大，物料整体流速较慢，传热效率仍然较低；2.壳程死角较多，物料流动均匀性较差，易影响产品质量；3.壳程不宜清洗，不便宜设备的维护处理。
少数的换热管内通物料的闪蒸加热器，由于物料沿换热管轴向流动，传热膜较厚，产热效率较低。有的厂家为了增加传热效率会采用异形管道，比如椭圆管的，传热面积是依靠增加换热管的数量，这都不利于高粘流体闪蒸的气液两相流。
发明内容
本申请就是针对高粘度聚合物的脱水的一系列问题，研发的一种嵌入管式换热管及由其制成的高效的闪蒸加热器，用以解决高粘流体在闪蒸脱水时传热效率低、粘度计温度不均匀等问题。
本发明所采用的技术方案是：在换热管的管壁上，沿换热管的横截面方向，设置有两端嵌入管壁的短管；换热管外壁及嵌入短管内壁的腔体贯通，构成承载热媒通过的热媒腔；换热管的内壁与嵌入短管的外壁的腔体贯通形成了物料腔。
传统换热器中，其由换热管所构成的内壁腔体为物料的输送通道，即对应本发明上文所述的物料腔；换热管外壁与其外部封闭环境所构成的腔体为热媒的输送通道，即对应本发明上文所述的热媒腔。
对于上文所述的技术方案中，优选的情况下，沿换热管的横截面方向，相邻两层的短管，其设置方向不平行；
这种不平行式的排布方式，有利于增加液体回路，使物料在管内输送过程中，其变速流动，流向曲折变化，对物料产生了剧烈的剪切和扰动，强化了换热管传热效率，提高了物料的均匀程度。
对于上文所述的技术方案中，优选的情况下，沿换热管的横截面方向，相邻两层的短管，其设置方向相互垂直；这种相互垂直式的排布方式，相比前文所述的不平行式的排布方式而言，最大化的强化了对物料产生的剪切和扰动。
对于上文所述的技术方案中，优选的情况下，沿换热管的横截面方向，每层中所述短管数量为至少1个；相邻两层短管的间距并无特殊要求，可以根据不同的物料的粘度、流通量、闪蒸量、换热量及阻力等参数要求进行调整。例如：对于粘度大的物料，相邻两层短管的间距可以设置得较大。
对于上文所述的技术方案中，优选的情况下，在横截面方向，所述每层内的短管数量多于1个时，短管之间互相平行且对称设置，短管间隔空隙面积大致相同为最佳，如此设置可获得最佳的均匀性及最佳的剪切效果。
对于上文所述的技术方案中，优选的情况下，在横截面方向，所述每层内的短管数量为1时；短管外径为换热管内径的0.2～0.7倍；短管外径与换热管内径的比例越大时，适用于阻力降较大、粘度较低的情况下使用。
对于上文所述的技术方案中，优选的情况下，在横截面方向，所述每层内的短管数量为2时；各短管外径为换热管内径的0.15～0.3倍；更为优选情况下，两短管的中心距离为短管外径的1.1～2.5倍；即，每层内短管数量可以设置2个或2个以上，当短管数量为2个以上时，通常意味着短管数量越多，传热面积越大；但本领域技术人员也同样可以预期，当短管数量多到一定程度时，短管外径必然过小，短管的刚性及强度都会减小，不适合高剪切的工况，且加工成本会大幅度提高，因此，对短管数量的选择，需要根据待输送物料的种类做以调整；当每层内短管数量设置多于2个的时候，通常适用于流体粘度较低、流速较慢、流体冲击力较小的情况。
本发明所采用的上述结构，即对换热管进行改进，嵌入短管后增大了传热面积，热媒腔内流动的热媒通过换热管外壁及嵌入短管内壁向物料腔内的物料传递热量。由于嵌入短管内两端通透，便于热媒的流动，无传热死角及残存死角，对气相热媒及液相热媒都非常适用。物料腔内的物料在上游压力的推动下沿换热管轴向流动的同时，交错排列的嵌入短管使物料变速流动，流向曲折变化，对物料产生了剧烈的剪切和扰动，强化了换热管传热效率，提高了物料的均匀程度，尤其对闪蒸后的两项物流极为有益。
本发明的另一方面在于保护一种包含上文所述的嵌入管式换热管结构的闪蒸加热器。具体的，所述闪蒸加热器就是利用上面描述的嵌入短管的换热管加工成的列管式、蛇管式加热器，也可以加工成单管式的加热器。
嵌入短管连接方式为本领域技术人员的公知常识，一般情况下，常采用焊接或胀接。
本发明的创新特征是：
a.具有较大的流通直径，适合于两相流的流动需求；
b.具有较大的换热面积，能够及时补充足够的热量；
c.物料及热媒的流动过程中没有流动死角，没有传热死角，确保各点的温度均匀；
d.具有较高的剪切力，可以强化物料的传热，提高传热效率；
e.能够均化聚合物的质地，具有静态混合的作用；
f.用于高分子量聚合物的换热器，因长期使用发生结垢及堵塞现象时，便于煅烧清理。
附图说明
图1：单根嵌入短管换热管横截面示意图；
图2：单根嵌入短管换热管侧面剖视图；
图3：双根嵌入短管换热管横截面示意图；
图4：双根嵌入短管换热管侧面剖视图；
其中：1.热媒腔，2.物料腔，3.换热管，4.嵌入短管，D.换热管内径，d.嵌入短管的外径，A.嵌入短管长度，B.双根嵌入短管的中心距离。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
下面以图1～4为例，简述本装置的具体实现方法。
实施例1
本发明对传统的普通换热管结构进行改进，构成了嵌入管式换热管结构，可以广泛适用于各种闪蒸加热器。所述闪蒸加热器可以为列管式、蛇管式加热器，也可以加工成单管式的加热器。
根据不同的物料的粘度、流通量、闪蒸量、换热量及阻力等参数要求，换热管3的每个嵌入单元可以采用单根嵌入短管4(见图1)及并排平行排布的双根嵌入短管4(见图3)不同组合方式。
具体的嵌入短管式换热管结构是指，在换热管3的管壁上，沿换热管3的横截面方向，设置有两端嵌入管壁的短管；一般常采用焊接或胀接的方式嵌入短管4，嵌入短管4后的换热器管道增大了传热面积，热媒腔1内流动的热媒通过换热管3外壁及嵌入短管4内壁向物料腔2内的物料传递热量。
换热管3外壁及嵌入短管4内壁的腔体贯通，构成承载热媒通过的热媒腔1；换热管3的内壁与嵌入短管4的外壁的腔体贯通形成了物料腔2。由于嵌入短管4内两端通透，便于热媒的流动，无传热死角及残存死角，对气相热媒及液相热媒都非常适用。
沿换热管3的横截面方向，相邻两层的短管，其设置方向相互垂直；物料腔2内的物料在上游压力的推动下沿换热管3轴向流动的同时，交错排列的嵌入短管4使物料变速流动，流向曲折变化，对物料产生了剧烈的剪切和扰动，强化了换热管3传热效率，提高了物料的均匀程度，尤其对闪蒸后的两项物流极为有益。
对单根嵌入短管换热管来说，d＝0.2～0.7D，A＝1.1～2.5d；
所述短管数量多于1个时，在横截面方向，每层内的短管之间互相平行且对称设置。对双根嵌入短管换热管来说，d＝0.15～0.3D，A＝1.1～2.5d，B＝1.1～2.5d；
图1～4中:D为换热管3内径，d为嵌入管的外径，A为嵌入单元长度，B为嵌入单元内双根嵌入短管的中心距离。
本发明所述的嵌入短管式换热管结构，其主要技术指标：使用温度范围100～350℃；使用压力范围1～10MPa；流体粘度范围0.1～500Pa.S。

Claims (10)

1.一种嵌入管式换热管，其特征在于：由换热管和嵌入式短管构成；在所述换热管的管壁上，沿换热管的横截面方向，设置有两端嵌入管壁的短管；换热管外壁及嵌入短管内壁的腔体贯通，构成承载热媒通过的热媒腔；换热管的内壁与嵌入短管的外壁的腔体贯通形成了物料腔。
2.根据权利要求1所述的嵌入管式换热管，其特征在于：沿换热管的横截面方向，相邻两层的短管，其设置方向不平行。
3.根据权利要求2所述的嵌入管式换热管，其特征在于：沿换热管的横截面方向，相邻两层的短管，其设置方向相互垂直。
4.根据权利要求1所述的嵌入管式换热管，其特征在于：在横截面方向，所述每层内的短管数量为至少1个。
5.根据权利要求1所述的嵌入管式换热管，其特征在于：在横截面方向，所述每层内的短管数量多于1个时，每层内的短管之间互相平行且对称设置。
6.根据权利要求1所述的嵌入管式换热管，其特征在于：在横截面方向，所述每层内的短管数量为1时；短管外径为换热管内径的0.2～0.7倍。
7.根据权利要求1所述的嵌入管式换热管，其特征在于：在横截面方向，所述每层内的短管数量为2时；各短管外径为换热管内径的0.15～0.3倍。
8.根据权利要求1所述的嵌入管式换热管，其特征在于：在横截面方向，所述每层内的短管数量为2时；两短管的中心距离为短管外径的1.1～2.5倍。
9.一种包含权利要求1所述的嵌入管式换热管结构的闪蒸加热器。
10.根据权利要求9所述的闪蒸加热器为列管式、蛇管式或单管式。
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