CN115120994A - 一种溴素蒸发器及溴素蒸发系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种溴素蒸发器及溴素蒸发系统，溴素蒸发器包括蒸发组件和过热组件，蒸发组件包括：蒸发壳体以及设置于蒸发壳体内的多个第一换热管、套设于每个第一换热管上的套管和设置于第一换热管上方的溴素喷淋管，在溴素喷淋管上设有多个喷淋孔，蒸发组件用于将液体溴素汽化；过热组件设置于蒸发组件的上方，包括：过热壳体以及设置于过热壳体内的多个第二换热管，过热壳体与蒸发壳体连接，且过热壳体的内部与蒸发壳体内部连通，过热组件用于将蒸发组件输出的溴蒸汽过热。本发明公开的溴素蒸发器能够输出稳定的过热的溴蒸汽，保证溴化氢合成稳定燃烧，大大减少了溴化氢合成反应过程中因溴素汽化不完全、夹带液态溴素等造成的反应波动。

Description

一种溴素蒸发器及溴素蒸发系统

技术领域

本发明具体涉及一种溴素蒸发器及溴素蒸发系统。

背景技术

溴化氢具有较强的腐蚀性，用于制造各种溴化合物，也可用于合成医药中间体、染料、香料等，是制造各种无机溴化物和某些烷基溴化物的基本原料，同时可做为半导体行业中的刻蚀气。

目前溴化氢的合成主要有氢气和溴直接燃烧合成，直接燃烧合成工艺是先用氧气与氢气点火进行燃烧反应，待达到火焰稳定后，再用溴蒸气替代氧气，使氢气和溴蒸汽发生燃烧反应，得到溴化氢。此种方法虽然能够得到比较纯净的溴化氢。但需要将溴素和氢气的摩尔比控制在1：1.05～1.15的范围内，由于目前采用的传统形式的蒸发器无法保证进入蒸发器内的溴素完全气化，导致进入溴化氢合成炉内的溴蒸气流量波动较大，从而造成燃烧反应不稳定，存在熄火或闪爆危险。因此控制溴素在溴素蒸发器内稳定100％汽化是保证溴化氢合成反应稳定的关键因素。

不仅如此，现有溴素蒸发器出来的溴蒸汽通过管道进入合成炉喷嘴时，由于管道散热等影响会使少部分溴蒸气在管道内液化，造成液态溴素进入喷嘴，造成燃烧反应不稳定，存在安全隐患。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种溴素蒸发器及溴素蒸发系统。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一方面，本发明公开一种溴素蒸发器，包括：

蒸发组件，蒸发组件包括：蒸发壳体以及设置于蒸发壳体内的多个第一换热管、套设于每个第一换热管上的套管和设置于第一换热管上方的溴素喷淋管，在溴素喷淋管上设有多个喷淋孔，蒸发组件用于将液体溴素汽化；

过热组件，过热组件设置于蒸发组件的上方，包括：过热壳体以及设置于过热壳体内的多个第二换热管，过热壳体与蒸发壳体连接，且过热壳体的内部与蒸发壳体内部连通，过热组件用于将蒸发组件输出的溴蒸汽过热。

本发明一种溴素蒸发器包括蒸发组件和过热组件，利用第一换热管来实现液体溴素的汽化，利用第二换热管来实现溴蒸汽的过热。

本发明公开的溴素蒸发器能够输出稳定的过热的溴蒸汽，保证溴化氢合成稳定燃烧，大大减少了溴化氢合成反应过程中因溴素汽化不完全、夹带液态溴素等造成的反应波动。

在上述技术方案的基础上，还可做如下改进：

作为优选的方案，在相邻套管之间的缝隙内填充有填充体。

采用上述优选的方案，填充体设置于相邻套管的缝隙间，大大的增加了换热面积，保证进入蒸发壳体的液体溴素能够100％完全汽化。

作为优选的方案，第一换热管和第二换热管内均通有热媒，且热媒在第一换热管和第二换热管内的温度在120～180℃之间。

采用上述优选的方案，温度合理，可以有效保证输出过热的溴蒸汽。

作为优选的方案，在蒸发壳体上设有测温口，测温口处安装有测温计，测温计用于检测溴蒸汽的温度。

采用上述优选的方案，实时检测溴蒸汽的温度。

作为优选的方案，在过热壳体上设有压力表口，压力表口处安装有压力表，压力表用于检测过热壳体内的压力值。

采用上述优选的方案，实时检测过热壳体内的压力值。

另一方面，本发明还公开一种溴素蒸发系统，包括：用于存储液体溴素的溴素储罐以及上述任一种溴素蒸发器，溴素储罐通过液溴输送管与溴素蒸发器的溴素喷淋管连通，且溴素蒸发器的过热组件的输出口通过过热溴蒸汽管道与合成炉喷嘴连通。

作为优选的方案，在液溴输送管上安装有溴素计量泵，且在溴素计量泵的出口处设置有阻尼器。

采用上述优选的方案，阻尼器可以减少计量泵的脉冲作用造成溴素流量的波动。

作为优选的方案，在液溴输送管上还设有流量计，通过流量计的流量来变频调节溴素计量泵的频率。

采用上述优选的方案，实现精确计量。

作为优选的方案，在过热溴蒸气管道的外壁上安装有保温层。

采用上述优选的方案，利用保温层保证进入合成炉喷嘴的溴蒸气为纯气态，避免夹带液态溴素进入喷嘴。

作为优选的方案，在过热溴蒸气管道上设有爆破片。

采用上述优选的方案，通过爆破片泄放的溴素通过密闭管道送至后系统吸收处理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的溴素蒸发器的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的溴素蒸发系统的结构示意图。

其中：11-蒸发壳体，111-第一壳体，112-第一管箱，12-第一换热管，13-套管，14-溴素喷淋管，15-第一换热管管板，16-套管管板，17-填充体，21-过热壳体，211-第二壳体，212-第二管箱，22-第二换热管，23-第二换热管管板，31-测温计，32-压力表，33-溴素计量泵，34-阻尼器，35-流量计，36-爆破片，4-溴素储罐，51-液溴输送管，52-过热溴蒸汽管道，53-热媒进口管道，54-热媒出口管道，55-热媒进口管道，56-热媒出口管道。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施方式。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

使用序数词“第一”、“第二”、“第三”等等来描述普通对象仅仅表示涉及类似对象的不同实例，并且并不意图暗示这样被描述的对象必须具有时间上、空间上、排序方面或者以任意其它方式的给定顺序。

另外，“包括”元件的表述是“开放式”表述，该“开放式”表述仅仅是指存在对应的部件或步骤，不应当解释为排除附加的部件或步骤。

为了达到本发明的目的，一种溴素蒸发器及溴素蒸发系统的其中一些实施例中，如图1所示，溴素蒸发器包括蒸发组件和过热组件。

蒸发组件包括：蒸发壳体11以及设置于蒸发壳体11内的多个第一换热管12、套设于每个第一换热管12上的套管13和设置于第一换热管12上方的溴素喷淋管14，在溴素喷淋管14上设有多个喷淋孔，蒸发组件用于将液体溴素汽化。喷淋孔为

的小孔。多个第一换热管12通过第一换热管管板15连接，多个套管13通过套管管板16连接。在蒸发壳体11上设有液态溴素进料口D，溴素喷淋管14通过液态溴素进料口伸入蒸发壳体11内部。进一步，蒸发壳体11上还设有排污口C。

过热组件设置于蒸发组件的上方，包括：过热壳体21以及设置于过热壳体21内的多个第二换热管22，过热壳体21与蒸发壳体11连接，且过热壳体21的内部与蒸发壳体11内部连通，过热组件用于将蒸发组件输出的溴蒸汽过热。多个第二换热管22通过第二换热管管板23连接。进一步，过热壳体21上设有壳层排污口H、壳层放空口I以及溴蒸气出口G。

本发明一种溴素蒸发器包括蒸发组件和过热组件，利用第一换热管12来实现液体溴素的汽化，利用第二换热管22来实现溴蒸汽的过热。

为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，在相邻套管13之间的缝隙内填充有填充体17。

采用上述优选的方案，填充体17设置于相邻套管13的缝隙间，大大的增加了换热面积，保证进入蒸发壳体11的液体溴素能够100％完全汽化。填充体17可以但不限于为碳化硅填料。喷淋孔滴出的液体溴素均匀地喷淋在填充体17上，防止出现偏流。

为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，第一换热管12和第二换热管22内均通有热媒，且热媒在第一换热管12和第二换热管22内的温度在120～180℃之间。

采用上述优选的方案，温度合理，可以有效保证输出过热的溴蒸汽。

蒸发壳体11上设有热媒进口A和热媒出口B，且过热壳体21上也设有热媒进口E和热媒出口F。

为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，在蒸发壳体11上设有测温口T，测温口T处安装有测温计31，测温计31用于检测溴蒸汽的温度。

采用上述优选的方案，实时检测溴蒸汽的温度。测温计可以但不限于采用热电偶，且在热电偶外套设有热电偶套管。

为了进一步地优化本发明的实施效果，在另外一些实施方式中，其余特征技术相同，不同之处在于，在过热壳体21上设有压力表口P，压力表口P处安装有压力表32，压力表32用于检测过热壳体21内的压力值。

采用上述优选的方案，实时检测过热壳体21内的压力值。

在一些实施例中，蒸发壳体11包括：用于安装第一换热管12的第一壳体111以及设置于第一壳体111底部的第一管箱112，过热壳体21包括：用于安装第二换热管22的第二壳体211以及设置于第二壳体211顶部的第二管箱212。

综上述，在一些具体实施例中，本发明溴素蒸发器对各部分材质要求如下：

第一换热管12、第二壳体211、第一换热管管板15、第一管箱112选用碳钢或不锈钢。

套管13和热电偶套管13选用钽材。

填充体17、第一换热管12选用碳化硅。

溴素喷淋管14选用四氟。

第一壳体111、套管管板16、第一换热管管板15、第二管箱212选用四氟和金属组合件。

如图2所示，本发明还公开一种溴素蒸发系统，包括：用于存储液体溴素的溴素储罐4以及上述任一实施例公开的溴素蒸发器，溴素储罐4通过液溴输送管51与溴素蒸发器的溴素喷淋管14连通，且溴素蒸发器的过热组件的输出口通过过热溴蒸汽管道52与合成炉喷嘴连通。

进一步，在液溴输送管51上安装有溴素计量泵33，且在溴素计量泵33的出口处设置有阻尼器34，阻尼器34可以减少计量泵33的脉冲作用造成溴素流量的波动。

同时溴素计量泵33优选泵头隔膜计量泵，计量泵内所有与溴素接触的过流件均选用耐溴素腐蚀的材质，优选四氟材质。

进一步，在液溴输送管51上还设有流量计35，通过流量计35的流量来变频调节溴素计量泵33的频率。溴素计量泵33采用变频+行程调节的方式可精确计量进入溴素蒸发器内的溴素流量。流量计35优选转子流量计35，转子材质优选钽材。

进一步，在过热溴蒸气管道的外壁上安装有保温层，利用保温层保证进入合成炉喷嘴的溴蒸气为纯气态，避免夹带液态溴素进入喷嘴。

进一步地，在过热溴蒸气管道上设有爆破片36，通过爆破片36泄放的溴素通过密闭管道送至后系统吸收处理。爆破片36可以但不限于选用钽材。

本发明一种溴素蒸发系统的工作过程如下：

溴素储罐4内的液体溴素通过液溴输送管51自流进入溴素计量泵33内，通过溴素计量泵33计量加压后送至溴素蒸发器内，液体溴素通过溴素蒸发器内的溴素喷淋管14均匀喷淋至填充体17上，第一换热管12将液体溴素汽化。汽化后的溴蒸气进入溴素蒸发器的过热壳体21内，第二换热管22将溴蒸气加热至120℃以上，并通过过热溴蒸气管道送至后端溴化氢合成炉与氢气发生燃烧反应生成溴化氢。

同时，值得注意的是，溴素蒸发器的第一换热管12的热媒温度在120～180℃之间，若低于120℃无法保证溴素完全汽化，若高于180℃会影响第二壳体211内衬四氟材质的使用寿命。本发明将蒸发壳体11内部温度计TI02控制在120～180℃之间。蒸发壳体11内的热媒通过热媒进口管道53进入第一管箱112内，通过热媒出口管道54流出第一管箱112。

热媒通过第一换热管12内进入蒸发壳体11内，从第一换热管12的顶部流入第一换热管12和套管13之间的间隙内，从而加热填充体17，使填充体17保持在120～180℃之间，从而保证喷淋在填充体17和第一换热管12上时，溴素能够完全汽化。

进一步，溴素蒸发器的第二换热管22的热媒温度在120～180℃之间。过热壳体21内的热媒通过热媒进口管道55进入第二换热管22，通过热媒出口管道56流出第二换热管22。热媒出口管道56上设有温度调节阀TV04。

通过过热溴蒸气管道上的温度计TIC04来调节温度调节阀TV04的开度，控制过热溴蒸气温度≥120℃，保证溴蒸气有60℃过热度。

通过本技术方案，通过计量泵输送可精确计量进入蒸发器的溴素，进入溴素蒸发器内的液态溴素可保证100％完全稳定汽化，从而精确控制溴素与氢气的摩尔比，保证溴化氢合成稳定燃烧，大大减少了溴化氢合成反应过程中因溴素汽化不完全、夹带液态溴素等造成的反应波动。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

本发明的控制方式是通过人工启动和关闭开关来控制，动力元件的接线图与电源的提供属于本领域的公知常识，并且本发明主要用来保护机械装置，所以本发明不再详细解释控制方式和接线布置。

Claims (10)

1.一种溴素蒸发器，其特征在于，包括：

蒸发组件，所述蒸发组件包括：蒸发壳体以及设置于所述蒸发壳体内的多个第一换热管、套设于每个所述第一换热管上的套管和设置于所述第一换热管上方的溴素喷淋管，在所述溴素喷淋管上设有多个喷淋孔，所述蒸发组件用于将液体溴素汽化；

过热组件，所述过热组件设置于所述蒸发组件的上方，包括：过热壳体以及设置于所述过热壳体内的多个第二换热管，所述过热壳体与蒸发壳体连接，且所述过热壳体的内部与蒸发壳体内部连通，所述过热组件用于将所述蒸发组件输出的溴蒸汽过热。

2.根据权利要求1所述的溴素蒸发器，其特征在于，在相邻所述套管之间的缝隙内填充有填充体。

3.根据权利要求1所述的溴素蒸发器，其特征在于，所述第一换热管和第二换热管内均通有热媒，且所述热媒在所述第一换热管和第二换热管内的温度在120～180℃之间。

4.根据权利要求1所述的溴素蒸发器，其特征在于，在所述蒸发壳体上设有测温口，所述测温口处安装有测温计，所述测温计用于检测溴蒸汽的温度。

5.根据权利要求1所述的溴素蒸发器，其特征在于，在所述过热壳体上设有压力表口，所述压力表口处安装有压力表，所述压力表用于检测过热壳体内的压力值。

6.一种溴素蒸发系统，其特征在于，包括：用于存储液体溴素的溴素储罐以及如权利要求1-5任一项所述的溴素蒸发器，所述溴素储罐通过液溴输送管与所述溴素蒸发器的溴素喷淋管连通，且所述溴素蒸发器的过热组件的输出口通过过热溴蒸汽管道与合成炉喷嘴连通。

7.根据权利要求6所述的溴素蒸发系统，其特征在于，在所述液溴输送管上安装有溴素计量泵，且在溴素计量泵的出口处设置有阻尼器。

8.根据权利要求7所述的溴素蒸发系统，其特征在于，在所述液溴输送管上还设有流量计，通过流量计的流量来变频调节溴素计量泵的频率。

9.根据权利要求6所述的溴素蒸发系统，其特征在于，在所述过热溴蒸气管道的外壁上安装有保温层。

10.根据权利要求6所述的溴素蒸发系统，其特征在于，在所述过热溴蒸气管道上设有爆破片。

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