CN113916025A - 一种降低尼龙氮气干燥能耗的除湿冷却室、其系统及工艺方法 - Google Patents

一种降低尼龙氮气干燥能耗的除湿冷却室、其系统及工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种降低尼龙氮气干燥能耗的除湿冷却室、其系统及工艺方法，所述系统包括：用于处理待干燥氮气的、依次串联的节能器、洗涤塔和除湿冷却室；以及用于给洗涤塔提供冷源的串联的喷淋水泵和喷淋水冷却器；且在洗涤塔和除湿冷却室的装置底部分别设置有用于收集冷凝水的凝水管。其中，所述的除湿冷却室内依次设置有缓冲段、若干组高效冷却器、挡水板和排风段；且在缓冲段顶部设置有氮气的进风口，在排风段的顶部设置有氮气的出风口。该系统能够在不增加系统阻力的前提下减少冷冻水的消耗，用以实现降低风阻、降低冷冻水消耗量的目的，从而达到节能的目的。

Description

一种降低尼龙氮气干燥能耗的除湿冷却室、其系统及工艺 方法
技术领域
本发明属于尼龙切片的干燥及固相增粘技术领域，具体涉及一种采用分级冷却、高效率降低尼龙氮气干燥能耗的除湿冷却室、其系统及工艺方法。
背景技术
尼龙是一种易吸潮、高温下易氧化的物质，很多场合要求尼龙切片在使用前需要用氮气进行干燥，尼龙的固相增粘也是在氮气环境下进行的。在尼龙的切片干燥装置及固相增粘装置中普遍使用高温低露点的循环氮气作为介质将切片中多余的水分带走，含湿的氮气再洗涤降温，用冷冻水将氮气温度降至工艺露点温度。该部分的主要能耗来自循环氮气的系统阻力及用于降低氮气温度值工艺露点温度的冷冻水消量。
在尼龙的切片干燥装置及固相增粘装置中普遍使用高温低露点的循环氮气作为介质将切片中多余的水分带走；含有大量水分的热氮气经节能器换热，再进行喷淋洗涤及低温除湿，同时去除了氮气中夹带的杂质，然后再循环使用。该部分的主要能耗来自循环氮气的系统阻力及用于降低氮气温度值工艺露点温度的冷冻水消量。含有水分的热氮气经过节能器后的氮气温度通常在55℃左右，目前其后续的降温除湿的常用方式有两种：第一种方式是在填料塔内用经过冷冻水换热的低温冷水直接喷淋洗涤降温至工艺露点温度(如传统方式1)；该方式特点是流程短，风阻小，冷冻水消耗量大。第二种方式是在填料塔内用经过常规冷却水换热的低温水喷淋洗涤降温，再经过冷冻水换热器将氮气降至工艺露点温度(如传统方式2)；冷冻水换热器通常为列管式换热器或板式板式换热器，为达到较高的换热效率，换热设备内需要采用较高的氮气流速，出口需增设气水分离设备将高速氮气夹带的水分进行分离以避免将水带回系统；该方式特点是流程较长，系统氮气阻力较大，设备费用较高；冷冻水消耗量小，可以利用季节降温节约冷冻水量。因此，亟需一种能够解决上述问题的新技术。
发明内容
本发明公开一种降低尼龙氮气干燥能耗的除湿冷却室、其系统及工艺方法，能够在不增加系统阻力的前提下减少冷冻水的消耗，用以实现降低风阻、降低冷冻水消耗量的目的，从而达到节能的目的。
本发明的一方面在于保护一种降低尼龙氮气干燥能耗的除湿冷却室，所述的除湿冷却室内依次设置有缓冲段、若干组高效冷却器、挡水板和排风段；且在缓冲段顶部设置有氮气的进风口，在排风段的顶部设置有氮气的出风口。
进一步优选的，所述的除湿冷却室内氮气流速一般不大于2m/s。
进一步优选的，所述的缓冲段所占的宽度一般不小于进风口口径的1.2倍；排风段宽度一般不小于出风口口径的1.2倍或高效冷却器高度的0.35倍的较大值。
进一步优选的，所述的高效冷却器，可以根据不同的气流量及不同的工艺要求，采用单组或者多组组合方式。
进一步优选的，所述的高效冷却器有多排表冷器或多排翅片管组成，其特点是换热面积大、成本低、风阻小；所述的翅片材质采用不锈钢翅片或者铝翅片，高效冷却器内部为串管，且材质为不锈钢；所述高效冷却器内流通冷冻水或其它冷介质。
进一步优选的，所述的每组高效冷却器各设一个冷冻水进口和冷冻水出口，为一个冷冻水回路。
进一步优选的，所述的除湿冷却室的顶部进风口与缓冲段直接相连，使得从进风口流入的氮气能迅速扩散并均匀分布。
进一步优选的，所述的出口处设置的挡水板及排风段。能阻挡氮气中的液滴并使其沉降分离，确保冷凝的水滴不会被氮气带出，同时也可以最大限度的降低系统阻力。
进一步优选的，在所述的挡水板起保险作用，其两侧底部分别连接有凝水管。氮气中凝出的水分在除湿冷却室底部排出。
进一步优选的，所述的除湿冷却室由保温的墙板组装。
本发明的第二方面在于保护一种能够降低尼龙氮气干燥能耗的系统，所述系统包括：用于处理待干燥氮气的、依次串联的节能器、洗涤塔和除湿冷却室；以及用于给洗涤塔提供冷源的串联的喷淋水泵和喷淋水冷却器；且在洗涤塔和除湿冷却室的装置底部分别设置有用于收集冷凝水的凝水管。
进一步优选的，所述的节能器采用管壳式换热器，主系统来的高温含湿氮气进入管程，降温除湿后的氮气走壳程，便于清理系统氮气带来的杂质。
进一步优选的，所述的洗涤塔采用散装填料塔，填料采用金属矩鞍环或金属鲍尔环，以提高洗涤换热的效率。
本发明的第三方面在于保护一种能够降低尼龙氮气干燥能耗的工艺方法，所述的工艺包括如下步骤：从干燥系统或固相聚合主系统来的待处理的含湿的系统氮气，先进入节能器的管程进行换热后，从洗涤塔的下部进入洗涤塔进行喷淋洗涤并冷却，喷淋水从洗涤塔的底部进入喷淋水泵进行循环加压，再经过板式喷淋水冷却器同循环冷却水换热降温后，从洗涤塔上部喷入洗涤塔对系统氮气进行洗涤降温；氮气降温后凝出的少量水分经洗涤塔的排水管排出。经洗涤降温后的系统氮气，从洗涤塔顶部出来进入除湿冷却室与冷冻水进行除湿换热，温度降至工艺露点温度，同时脱除剩余的水分。从除湿冷却室出来的氮气进入节能器的壳程完成节能换热后返回干燥系统或固相聚合主系统。
进一步优选的，所述的氮气在除湿冷却室中的处理工艺包括如下步骤：从洗涤塔的顶部出来的氮气，通过顶部进风口进入除湿冷却室，先在缓冲段迅速扩散降速至2m/s以内，并均匀分布，以2m/s以内的流速通过内置的若干组高效冷却器进行换热降温，将氮气温度降至工艺露点温度，同时脱除的水分靠重力从底部的凝水管排出；氮气继续穿过挡水板，挡水板进一步收集氮气中的水滴并使其沉降分离，确保冷凝的水滴不会被氮气带出，氮气穿过挡水板进入排风段后经上部的出风口排出；从除湿冷却室出来的氮气进入节能器的壳程完成节能换热后返回主系统。
有益效果
1.与传统方式1相比，夏季除湿冷却室的冷冻水量会降低40～50％，在其它的季节，尤其在我国的北方，冷却水的温度会更低些低，洗涤塔洗涤后的氮气温度也会更低，会节省更多的冷冻水。
与传统方式1具体的尼龙6的聚合生产实例比较，采用本发明的装置，夏季生产每吨切片可节冷冻水冷量约10万大卡，折合制冷机电量～10.5度；在我国偏北方的冬季，生产每吨切片可节冷冻水冷量约20万大卡，折合制冷机电量～21度。对一个年产10万吨尼龙6切片的工厂，年节省电费约100万元人民币。
2.与传统方式2相比，除湿冷却室3-5的氮气流速小于2m/s，其在高效冷却器内产生的阻力一般低于300Pa；为保证合理的传热系数，传统列管式换热器气体流速8m/s以上，板式换热器的气体流速4m/s以上，加上汽水分离等设备，产生的阻力一般在5000Pa以上，甚至翻倍。仅这一部分增加的能耗占循环风机能耗的15～20％。相同规模的生产装置，采用传统方式的列管式换热器或板式换热器，其设备配置成本也会大大地高于高效冷却器。
与传统方式2具体的尼龙6的聚合生产实例比较，采用本发明的装置，生产每吨切片可降低循环风机耗电量4.5度。对一个年产10万吨尼龙6切片的工厂，年节省电费34万元；一次性设备投资可降低约30万元人民币。
附图说明
图1：传统方式1流程示意图；
图2：传统方式2流程示意图；
图3：本发明流程示意图；
图4：除湿冷却室结构示意图，不限于气流方向及换热器组数量。
其中：
1-1节能器、1-2洗涤塔、1-3喷淋水泵、1-4喷淋水冷却器；
2-1节能器、2-2洗涤塔、2-3喷淋水泵、2-4喷淋水冷却器、2-5除湿冷却器、2-6气液分离器；
3-1节能器、3-2洗涤塔、3-3喷淋水泵、3-4喷淋水冷却器、3-5除湿冷却器；
4-1进风口、4-2缓冲段、4-3高效冷却器、4-4挡水板、4-5分离段、4-6出风口、4-7冷冻水进口、4-8冷冻水出口、4-9凝水管、4-10墙板。
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。
实施例1
传统方式1流程(如图1)。
该方式为国内广泛使用的吉玛尼龙6聚合工艺中切片干燥系统的氮气除湿装置。从干燥系统或固相聚合主系统来的含湿的系统氮气进入节能器1-1的管程进行换热后，自下而上流经洗涤塔1-2，在洗涤塔1-2的填料段与自上部喷淋进入的低温洗涤水充分接触进行喷淋洗涤，同时将氮气冷却到工艺露点温度。喷淋水从洗涤塔1-2的底部进入喷淋水泵1-3进行循环加压，再经过板式喷淋水冷却器1-4与冷冻水进行换热降温后，再从洗涤塔上部喷入洗涤塔对系统氮气进行洗涤降温。氮气降温后凝出的水分经洗涤塔的排水管排出。从喷淋水洗涤塔1-2出来的工艺露点氮气进入节能器1-1的壳程完成节能换热后返回主系统。
实施例2
传统方式2流程(如图2)。
该方式为国内广泛使用的伊文塔尼龙6聚合工艺中切片干燥系统的氮气除湿装置。从干燥系统或固相聚合主系统来的含湿的系统氮气进入节能器2-1的管程进行换热后，自下而上流经洗涤塔2-2，在洗涤塔2-2的填料段与自上部喷淋进入的冷却洗涤水充分接触进行喷淋洗涤冷却，喷淋水从洗涤塔2-2的底部进入喷淋水泵2-3进行循环加压，再经过板式喷淋水冷却器2-4同循环冷却水换热降温后，从洗涤塔2-2上部喷入洗涤塔对系统氮气进行洗涤降温，氮气降温后凝出的少量水分经洗涤塔的排水管排出。洗涤降温后的系统氮气从洗涤塔2-2的顶部出来进入除湿冷却室2-5与冷冻水进行除湿换热，该除湿冷却室2-5通常为管壳式或板式气水换热器，除湿冷却室2-5内部的氮气以较高流速与冷冻水进行换热冷却，温度降至工艺露点温度，随后气流连同脱除的水分进入气液分离器2-6将水分分离出来，出来的氮气进入节能器2-1的壳程完成节能换热后返回主系统。
实施例3
本发明的工艺流程(如图3)。
从干燥系统或固相聚合主系统来的含湿的系统氮气进入节能器3-1的管程进行换热后，自下而上流经洗涤塔3-2，在洗涤塔3-2的填料段与自上部喷淋进入的冷却洗涤水充分接触进行喷淋洗涤冷却，喷淋水从洗涤塔3-2的底部进入喷淋水泵3-3进行循环加压，再经过板式喷淋水冷却器3-4同循环冷却水换热降温后，从洗涤塔3-2上部喷入洗涤塔对系统氮气进行洗涤降温，氮气降温后凝出的少量水分经洗涤塔的排水管排出。经洗涤降温后的系统氮气，从洗涤塔3-2的顶部出来进入除湿冷却室3-5，以2m/s以内的流速通过内置的多组高效冷却器4-3，与冷冻水进行换热降温，将氮气温度降至工艺露点温度，同时脱除的水分靠重力从除湿冷却室3-5的底部排出。从除湿冷却室3-5出来的氮气进入节能器3-1的壳程完成节能换热后返回主系统。
实施例4
除湿冷却室示意图(如图4)。
含湿氮气自进风口4-1高速流入缓冲段4-2，在缓冲段4-2迅速扩散降速至2m/s以内，并均匀分布，先后穿过第一第二高效冷却器4-3，在高效冷却器4-3内降温脱水，温度达到工艺露点，再由挡水板4-4阻挡住飘飞的水沫，在排风段4-5达到工艺要求，从出风口4-6排出。作为冷源的冷冻水从冷冻水进口4-7进入高效冷却器4-3，完成换热后从冷冻水出口4-8流出。氮气中凝出的水分从底部凝水管4-9排出。
高效冷却器4-3，根据不同的气流量及不同的工艺要求，采用单组或者多组组合方式，本案以2组为例。高效冷却器4-3由多排高效冷却器4-3或多排翅片管组成，其特点是换热面积大、成本低、风阻小；翅片材质采用不锈钢翅片或者铝翅片，内部串管材质为不锈钢，管内走冷冻水或其它冷介质，每组高效冷却器各设一个冷冻水进出口，为一个冷冻水回路。除湿冷却室内氮气流速一般不大于2m/s。
墙板4-10内部为不锈钢材质，外部为高效保温材料，能有效防止设备表面的散热及结露。
以上所述实施例仅是为了充分说明本发明而所举的较佳实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所做的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种降低尼龙氮气干燥能耗的除湿冷却室，其特征在于：所述的除湿冷却室(3-5)内依次设置有缓冲段(4-2)、若干组高效冷却器(4-3)、挡水板(4-4)和排风段(4-5)；且在缓冲段(4-2)顶部设置有氮气的进风口(4-1)，在排风段(4-5)的顶部设置有氮气的出风口(4-6)。
2.根据权利要求1所述的一种降低尼龙氮气干燥能耗的除湿冷却室，其特征在于：所述的除湿冷却室(3-5)内氮气流速一般不大于2m/s。
3.根据权利要求1所述的一种降低尼龙氮气干燥能耗的除湿冷却室，其特征在于：所述的缓冲段(4-2)所占的宽度一般不小于进风口(4-1)口径的1.2倍；排风段(4-5)宽度一般不小于出风口(4-6)口径的1.2倍或高效冷却器(4-3)高度的0.35倍的较大值。
4.根据权利要求1所述的一种降低尼龙氮气干燥能耗的除湿冷却室，其特征在于：所述的高效冷却器(4-3)有多排表冷器或多排翅片管组成，所述的翅片材质采用不锈钢翅片或者铝翅片，高效冷却器(4-3)内部为串管，且材质为不锈钢；所述高效冷却器(4-3)内流通冷介质。
5.根据权利要求1所述的一种降低尼龙氮气干燥能耗的除湿冷却室，其特征在于：所述的出口处设置的挡水板(4-4)及排风段(4-5)。
6.一种能够降低尼龙氮气干燥能耗的系统，所述系统包括：用于处理待干燥氮气的、依次串联的节能器(3-1)、洗涤塔(3-2)和权利要求1所述的除湿冷却室(3-5)；以及用于给洗涤塔(3-2)提供冷源的串联的喷淋水泵(3-3)和喷淋水冷却器(3-4)；且在洗涤塔(3-2)和除湿冷却室(3-5)的装置底部分别设置有用于收集冷凝水的凝水管(4-9)。
7.根据权利要求6所述的能够降低尼龙氮气干燥能耗的系统，其特征在于：所述的节能器(3-1)采用管壳式换热器。
8.根据权利要求6所述的能够降低尼龙氮气干燥能耗的系统，其特征在于：所述的洗涤塔(3-2)采用散装填料塔，填料采用金属矩鞍环或金属鲍尔环。
9.一种能够降低尼龙氮气干燥能耗的工艺方法，其特征在于：所述的工艺包括如下步骤：从干燥系统或固相聚合主系统来的待处理的含湿的系统氮气，先进入节能器(3-1)的管程进行换热后，从洗涤塔(3-2)的下部进入洗涤塔(3-2)进行喷淋洗涤并冷却，喷淋水从洗涤塔(3-2)的底部进入喷淋水泵(3-3)进行循环加压，再经过板式喷淋水冷却器(3-4)同循环冷却水换热降温后，从洗涤塔(3-2)上部喷入洗涤塔(3-2)对系统氮气进行洗涤降温；氮气降温后凝出的少量水分经洗涤塔(3-2)的排水管排出；经洗涤降温后的系统氮气，从洗涤塔(3-2)顶部出来进入除湿冷却室(3-5)与冷冻水进行除湿换热，温度降至工艺露点温度，同时脱除剩余的水分；从除湿冷却室(3-5)出来的氮气进入节能器(3-1)的壳程完成节能换热后返回干燥系统或固相聚合主系统。
10.根据权利要求9所述的工艺方法，其特征在于：所述的氮气在除湿冷却室(3-5)中的处理工艺包括如下步骤：从洗涤塔(3-2)的顶部出来的氮气，通过顶部进风口(4-1)进入除湿冷却室(3-5)，先在缓冲段(4-2)迅速扩散降速至2m/s以内，并均匀分布，以2m/s以内的流速通过内置的若干组高效冷却器(4-3)进行换热降温，将氮气温度降至工艺露点温度，同时脱除的水分靠重力从底部的凝水管(4-9)排出；氮气继续穿过挡水板，挡水板(4-4)进一步收集氮气中的水滴并使其沉降分离，氮气穿过挡水板(4-4)进入排风段(4-5)后经上部的出风口(4-6)排出；从除湿冷却室(3-5)出来的氮气进入节能器(3-1)的壳程完成节能换热后返回主系统。
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