CN108722132A - 一种降膜式吸收冷凝装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降膜式吸收冷凝装置，包括筒体、上管箱、底部集液釜、气体进口、吸收液进口、吸收液环道、喷头、丝网除沫器、顶部气体出口、底部气体出口、拱形挡板、底部吸收液出口、定距挡板、管板、换热管、填料、冷却介质进口和冷却介质出口。本发明装置和方法集成了吸收和冷凝的双重效果，装置结构紧凑，起到了过程强化的作用，能对不同的物系进行吸收和冷凝，工艺可操作性和适应性强。

Description

一种降膜式吸收冷凝装置和方法
技术领域
本发明涉及化工设备技术领域，具体涉及一种降膜式吸收冷凝装置和方法。
背景技术
在化工、医药、炼焦、环保等领域，吸收工艺作为一种有效的分离手段被广泛地应用于各种气体的净化过程中。气体中的可溶解组分被吸收剂吸收时，通常会释放出大量的溶解热，导致吸收剂温度升高而严重影响吸收的效果。为此吸收应在较低的温度下操作，在吸收剂进入吸收设备之前，应对吸收剂施加冷却措施，这将直接导致设备投资成本的增加，同时增加工艺过程的复杂性。
为简化吸收-移热的问题，工业应用上已有案例对吸收装置进行结构上的演化，突出吸收溶解和传热的双重特性。
一种石墨改性聚丙烯降膜吸收器(中国专利201510376265.6)利用气液并流的方式从上往下依次经过液体布膜段、吸收冷却段和气液分离段，液体沿吸收冷却段的列管内壁自然流动形成液膜，气体流通时与液膜接触传质，达到吸收的效果。吸收冷却段的壳程通入循环冷却水，及时移出列管内吸收释放的热量。该方法有效地将传质和传热集成在单一设备中，结构紧凑、操作简单、投资成本低。
在吸收-移热的同时，此类吸收装置存在以下问题：1)气体进口在顶部，吸收液进口位于气体进口以下，导致气体和液体在流经换热管时，容易形成气柱和液柱，影响吸收性能；2)换热管内液体自然流动形成降液膜，液膜扰动小，主要以层流流动为主，传质和传热效率低；3)吸收冷却段内同时发生气液传质-跨壁传热的过程，一旦热量不能及时移出，局部就会产生热点，吸收效果随即下降。
发明内容
针对上述装置和方法存在的问题，本发明提供了一种降膜式吸收冷凝装置和方法，用以解决气液并流吸收时存在的操作不稳定、传质和传热效果不理想的问题。
一种降膜式吸收冷凝装置，包括筒体、上管箱、底部集液釜、气体进口、吸收液进口、吸收液环道、喷头、丝网除沫器、顶部气体出口、底部气体出口、拱形挡板、吸收液出口、定距挡板、管板、换热管、填料、冷却介质进口和冷却介质出口，其特征在于，气体进口和吸收液进口位于上管箱，气体进口在吸收液进口以下，上管箱封头上设有一个顶部气体出口，吸收液经管程流入底部集液釜，底部集液釜的液面以上设置一个底部气体出口，釜底设有吸收液出口。
所述的气体进口伸入至上管箱的对称轴位置后向下弯曲，为使气体在上管箱横截面上分布更加均匀，可以在气体进口的末端设置一个扩大锥头。
所述的吸收液进口设置两个，对称分布在上管箱侧壁的两侧。
所述的两个吸收液进口通过一层或多层圆管环道连通，圆管环道上对称均布若干个喷头。设置的喷头应保证喷出的液体能分散成雾状小液滴，同时具有较大的动能，且在上管箱的横截面上具有均匀的分布。气体和液体在上管箱逆流接触，液滴滴径微小，故气液接触面积大，传质效果非常理想。
所述的筒体为管壳式结构，换热管均布在管板上，壳程设置若干块定距挡板。换热管内填充规整填料或散堆填料，换热管两端使用丝网固定管内填料。填料的存在可以扰动液体的流动，使液体在换热管内壁和填料表面形成液膜，增加传热效果。
所述的底部气体出口处设有一个拱形挡板，防止吸收液溅入管道中。
所述的底部集液釜直径大于筒体直径，便于间歇和连续多工况操作。
本发明的有益之处在于：
1)将吸收和冷凝集成在单一设备中，突出了过程强化的特性；
2)气液在换热管中并流接触，可以防止液泛现象产生；
3)填料的存在打破了吸收液在换热管内的层流流动模式，使液体的流动变得更加扰动，强化了传热效果，并且填料增加了相界面积，为传质创造了有利的条件；
4)单一设备实现双重功能，工艺紧凑简单，可操作性强，极大地节省了设备固定投资。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。
图2为本发明实施例2的结构示意图。
附图标记说明：
1-筒体，2-上管箱，3-底部集液釜，4-气体进口，5、6-吸收液进口，7-吸收液环道，8-喷头，9-丝网除沫器，10-顶部气体出口，11-底部气体出口，12-拱形挡板，13-吸收液出口，14-定距挡板，15、16-管板，17-换热管，18-填料，19-冷却介质进口，20-冷却介质出口。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种处理含氨废气的降膜式吸收冷凝装置，包括筒体、上管箱、底部集液釜、含氨废气进口、硫酸溶液进口、吸收液环道、喷头、丝网除沫器、顶部气体出口、底部气体出口、拱形挡板、吸收液出口、定距挡板、管板、换热管、填料、循环冷却水进口和循环冷却水出口。含氨废气进口和硫酸溶液进口位于上管箱，气体进口在吸收液进口以下，上管箱封头上设有一个顶部气体出口，吸收液经管程流入底部集液釜，底部集液釜的液面以上设置一个底部气体出口，釜底设有吸收液出口。设置两个吸收液进口，对称均布在上管箱侧壁的两侧，并通过一个圆管环道连通。循环冷却水进口位于筒体下部，循环冷却水出口位于筒体上部。
本发明装置运行时，含氨废气从气体进口进入，硫酸溶液从吸收液进口进入后往下喷淋，气液发生逆流接触。硫酸溶液吸收废气中的氨气后，温度升高，在换热管中与壳程的循环冷却水换热。硫酸铵溶液作为产品从吸收液出口排出。
其中，含氨废气流量10m3/h，氨含量为10％，其余为水蒸气。硫酸水溶液进料量4500kg/h，硫酸浓度为60％。循环冷却水用量为80000kg/h。装置常压操作，经过该装置的处理，氨全部被吸收下来，水蒸气被完全冷凝，得到产品硫酸铵的浓度为26.8％。
实施例2
如图2所示，一种甲基丙烯酸反应气的降膜式吸收冷凝装置，包括筒体、上管箱、底部集液釜、反应气进口、甲基丙烯酸水溶液进口、吸收液环道、喷头、丝网除沫器、顶部气体出口、底部气体出口、拱形挡板、吸收液出口、定距挡板、管板、换热管、填料、循环冷冻水进口和循环冷冻水出口。反应气进口和甲基丙烯酸水溶液进口位于上管箱，气体进口在溶液进口以下，上管箱封头上设有一个顶部气体出口，吸收液经管程流入底部集液釜，底部集液釜的液面以上设置一个底部气体出口，釜底设有吸收液出口。设置两个吸收液进口，对称均布在上管箱侧壁的两侧，并通过两个并排的圆管环道连通。为保证吸收效果，两个环道间隔应达到0.5m。循环冷冻水进口位于筒体下部，循环冷冻水出口位于筒体上部。
本发明装置运行时，反应气和甲基丙烯酸溶液分别从反应气进口和溶液进口进入装置，在上管箱逆流。反应气中的甲基丙烯酸和水被喷淋的水溶液吸收冷凝，余下的气体从顶部气体出口排出。吸收溶液继续往下流动，在换热管中被冷却后经吸收液出口流出。
其中，反应气流量1000m3/h，含甲基丙烯酸3％、水蒸气2％、氮气75％、氧气20％。甲基丙烯酸水溶液进料量为10000kg/h，含甲基丙烯酸10％、水90％。进气温度250℃，进液温度15℃。经吸收冷凝后，余下气体含甲基丙烯酸0.05％、水蒸气1％，产品甲基丙烯酸水溶液浓度为10.3％。

Claims (9)

1.一种降膜式吸收冷凝装置，包括筒体、上管箱、底部集液釜、气体进口、吸收液进口、吸收液环道、喷头、丝网除沫器、顶部气体出口、底部气体出口、拱形挡板、吸收液出口、定距挡板、管板、换热管、填料、冷却介质进口和冷却介质出口，其特征在于，气体进口和吸收液进口位于上管箱，气体进口在吸收液进口以下，上管箱封头上设有一个顶部气体出口，吸收液经管程流入底部集液釜，底部集液釜的液面以上设置一个底部气体出口，釜底设有吸收液出口。
2.根据权利要求1所述的一种降膜式吸收冷凝装置，其特征在于，所述的气体进口伸入至上管箱的对称轴位置后向下弯曲，为使气体在上管箱横截面上分布更加均匀，可以在气体进口的末端设置一个扩大锥头。
3.根据权利要求1所述的一种降膜式吸收冷凝装置，其特征在于，所述的吸收液进口设置两个，对称分布。
4.根据权利要求3所述的一种降膜式吸收冷凝装置，其特征在于，所述的两个吸收液进口通过一层或多层圆管环道连通，圆管环道上对称均布若干个喷头。
5.根据权利要求1所述的一种降膜式吸收冷凝装置，其特征在于，所述的筒体为管壳式结构，换热管均布在管板上，壳程设置若干块定距挡板。
6.根据权利要求5所述的一种降膜式吸收冷凝装置，其特征在于，所述的换热管内填充规整填料或散堆填料，换热管两端使用丝网固定管内填料。
7.根据权利要求1所述的一种降膜式吸收冷凝装置，其特征在于，所述的底部气体出口处设有一个拱形挡板，防止吸收液溅入管道中。
8.根据权利要求1所述的一种降膜式吸收冷凝装置，其特征在于，所述的底部集液釜直径大于筒体直径，便于间歇和连续多工况操作。
9.利用权利要求1-8任意一项所述的一种降膜式吸收冷凝方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)待吸收的气体从气体进口进入上管箱，吸收液从圆管环道上均布的喷头上喷下，与上升的气体逆流接触，可凝性组分被冷凝，可溶性组分被吸收，经吸收冷凝后的残余气体从顶部气体出口排出，温度升高的吸收液往下自然流动；
2)吸收液流经换热管时，在换热管的内壁和填料表面形成降液膜，增加液体流动时的扰动，促进其与壳程的冷却介质换热。填料的存在增加了气液接触的相界面积，进一步强化传质的效果；
3)移出热量的吸收液流至底部集液釜后，少量不凝性气体从底部气体出口排出，吸收液从吸收液出口流出。
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