CN206930193U - 热交换器及nmp废气回收系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种热交换器及NMP废气回收系统，涉及NMP废气回收技术领域，该热交换器包括壳体、设置于壳体内部的被冷凝介质通道和冷凝介质通道，被冷凝介质通道包括设置于壳体内部的流通管道，流通管道内壁设有多个挡流齿，挡流齿沿被冷凝介质流向逆向倾斜设置，该NMP废气回收系统包括上述热交换器。利用热交换器及NMP废气回收系统可以现有技术中的热交换器换热效果差导致的回收效率低问题，达到了提高回收效率的技术效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及NMP废气回收技术领域，尤其是涉及一种热交换器及NMP废气回收系统。
背景技术
NMP－甲基吡咯烷酮，是一种以γ－丁内酯为原料，与甲胺缩合而成液体。NMP为无色透明油状液体，微有胺味，熔点－24.4℃，沸点203℃，闪点95℃，挥发度低，热稳定性和化学稳定性高，因此NMP具有良好的理化性能，被广泛应用于锂电池行业。
通常在制造锂电池时，需要将电池的正极、负极材料上涂布一层聚合物，该聚合物材料需要用NMP溶解后涂布在电极片材料的表面，然后经过干燥处理，将NMP溶剂由正、负极片上脱离出来。在锂电池电极制造过程中，涂布机会产生高温NMP废气。另外，在进行干燥的过程中，NMP将全部变成气体，并在风机的带动下被排入到大气中。由于NMP是一种会对空气产生污染的化学物质，若直接排入空气中，其必将形成环境污染。同时，将NMP直接排放，也是对原材料的一种浪费。
目前的回收设备－热交换器由于换热效果差导致回收效率较低，回收处理后排放的NMP气体中的NMP含量高，达不到环保要求。专利号CN 205127660 U提出了一种涂布时气体采用冷凝的方式来使NMP液化回收的解决方案，但是它存在排放的NMP气体浓度高且达不到20PPM以下的排放标准等问题。
有鉴于此，特提出本实用新型。
实用新型内容
本实用新型的第一目的在于提供一种热交换器，以缓解现有技术中的热交换器换热效果差导致的回收效率低问题。
本实用新型的第二目的在于提供NMP废气回收系统，以缓解现有技术回收系统回收效率低，回收处理后NMP气体浓度不达标的技术问题。
为了实现本实用新型的上述目的，特采用以下技术方案：
一种热交换器，包括壳体、设置于所述壳体内部的被冷凝介质通道和冷凝介质通道，所述被冷凝介质通道包括设置于所述壳体内部的流通管道，所述流通管道内壁设有多个挡流齿，所述挡流齿沿被冷凝介质流向逆向倾斜设置。
进一步的，所述多个挡流齿沿所述流通管道内壁上下交错布置。
进一步的，所述流通管道为多条，所述流通管道之间用固定板固定。
进一步的，所述固定板为半圆形结构。
一种NMP废气回收系统，包括上述热交换器。
进一步的，所述热交换器为多个，且多个所述热交换器依次顺序连接，多个所述热交换器均与回收单元连接，最后一级热交换器与吸附单元连接。
进一步的，所述回收单元包括NMP回收槽。
进一步的，所述回收单元还包括与所述热交换器连接的水分离器，与所述水分离器连接的溶剂泵，所述溶剂泵与NMP回收槽连接。
进一步的，所述吸附单元包括用于吸附NMP废气中NMP物质的吸附浓缩器。
进一步的，所述吸附单元还包括与所述吸附浓缩器通过换向阀连接的循环管路，所述循环管路上设有加热器，从吸附浓缩器流出的气体在循环管路被加热后重新返回所述吸附浓缩器，然后重新经热交换器冷凝回收处理。
与已有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
本实用新型提供的热交换器，由于在流通管道内壁设有多个挡流齿，且挡流齿沿被冷凝介质流向逆向倾斜设置，因此，当被冷却介质(NMP高温气体)在流通管道内流动时，挡流齿会阻止被冷凝介质流动，降低被冷凝介质在流通管道内的流动速度，从而增加了热交换的时间，使高浓度的NMP气体与冷凝介质充分进行热交换，提高了NMP气体的回收效率。此外，挡流齿沿被冷凝介质流向逆向倾斜设置还有利于降温冷凝后的NMP液体向下流动，便于收集NMP液体。
本实用新型提供的NMP废气回收系统包括上述热交换器，因此，具备上述热交换器的全部有益效果，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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的附图。
图1为本实用新型实施例一提供的热交换器的结构示意图；
图2为本实用新型实施例二中提供的NMP废气回收系统的结构示意图；
图3为本实用新型实施例二中提供的另一种NMP废气回收系统的结构示意图；
图4为本实用新型实施例二中提供的第三种NMP废气回收系统的结构示意图。
图标：11－涂布机；12－第一风机；21－第一热交换器；22－第二热交换器；23－第三热交换器；24－第一温控表；31－水分离器；32－溶剂泵；33－液位显示器；34－NMP回收槽；41－吸附浓缩器；42－换向阀；43－第二风机；44－加热器；45－第二温控表；46－第四热交换器；47－排放口；50－循环管路；60－壳体；61－第一入口；62－第一出口；63－回收口；64－第二入口；65－第二出口；66－流通管道；67－挡流齿；68－固定板。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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实用新型中的具体含义。
实施例一
如图1所示，本实施例是一种热交换器，包括壳体60、设置于壳体60内部的被冷凝介质通道和冷凝介质通道，被冷凝介质通道包括设置于壳体60内部的流通管道66，流通管道66内壁设有多个挡流齿67，挡流齿67沿被冷凝介质流向逆向倾斜设置。
本实施例提供的热交换器，由于在流通管道66内壁设有多个挡流齿67，且挡流齿67沿被冷凝介质流向逆向倾斜设置，因此，当被冷却介质(NMP高温气体)在流通管道66内流动时，挡流齿67会阻止被冷凝介质流动，降低被冷凝介质在流通管道66内的流动速度，从而增加了热交换的时间，使高浓度的NMP高温气体与冷凝介质充分进行热交换，提高了NMP气体的回收效率。此外，挡流齿67沿被冷凝介质流向逆向倾斜设置还有利于降温冷凝后的NMP液体向下流动，便于收集NMP液体。
本实施例中的被冷凝介质为NMP高温气体，冷凝介质选用空气，常温水或冻水。
参照图1，本实施例中的壳体60为筒状结构，整个壳体60为封闭结构。被冷却介质通道包括流通管道66和与该流通管道66连接的第一入口61和第一出口62。第一入口61设置于壳体60的底部，第一出口62设置于筒体的顶部，NMP高温气体从第一入口61进入流通管道66内，之后经第一出口62向外输出。筒体的底部还设有回收口63，回收口63用于回收冷凝后回流的NMP液体。本实施例中的热交换器在使用时是竖向使用，即NMP高温气体从底部的第一入口61进入，并在流通管道66内向上运动，未冷凝的NMP气体从第一出口62流出，冷凝的NMP气体形成NMP液体后向下流动，并经回收口63流出。
冷凝介质通道包括第二入口64和第二出口65，第二入口64设置于壳体60上部的侧壁上，第二出口65设置于壳体60下部的侧壁上。冷凝介质，例如空气，从第二入口64进入后，在壳体60于流通管道66之间的空间区域进行流通，与流通管道66内的NMP气体进行换热后，冷凝介质从第二出口65流出。
本实施例中，挡流齿67的一端固定于流通管道66内壁上，另一端为自由端。挡流齿67沿被冷凝介质流向逆向倾斜设置，是指当NMP高温气体自下而上运动时，挡流齿67的自由端朝下倾斜设置，NMP高温气体向上流动时，挡流齿67会阻挡NMP高温气体的流动，从而使NMP高温气体的流动速度减慢，延长了NMP高温气体在流通管道66内部停留的时间，促使NMP高温气体与流通管道66外的冷凝介质充分进行换热以提高换热效率。
本实施例中，挡流齿67为平板状结构，挡流齿67向下与流通管道66内壁的夹角β设置为45－60°，以最大限度的降低NMP高温气体的流速。
为了达到更好的阻挡效果，挡流齿67的长度不应过小，应使自由端的位置位于流动管道的横截面的中心位置或超过中心位置。
挡流齿67的形状除了可以为平板状，也可以为向上凸起的弧形板结构，还可以沿流通管道66内壁螺旋设置。
为了达到更好的阻挡效果，多个挡流齿67沿流通管道66内壁上下交错布置。
上下交错布置可以有效阻挡各个方向的NMP高温气体，防止NMP高温气体在某一特定反向上流动过快。
继续参照图1，流通管道66为多条，流通管道66之间用固定板68固定。
本实施例中，流通管道66设置为七条，以其中一根为中心，其余六根绕其圆周均匀分布，这样可以增大通气管与空气的接触面积，且流通管道66之间相互平行设置。流通管道66在壳体60底部和顶部均设有一个汇流区域，该汇流区域相对于冷凝介质通道是封闭的。
上述固定板68为半圆形结构，这样可以使冷凝介质在流通管道66间自由流动。固定板68的数量设置为多个，且每个固定板68贯穿固定四根流通管道66，固定板68之间交错间距布置，以保证冷凝介质从第一入口61通过流通管道66之间的空间区域到达第一出口62，并与流通管道66外壁接触形成热交换。
实施例二
本实施例是一种NMP废气回收系统，包括实施例一中的热交换器。
图2示出了本实施例的一种NMP废气回收系统，该回收系统包括多个实施一中的热交换器，且多个热交换器依次顺序连接，多个热交换器均与回收单元连接，最后一级热交换器与吸附单元连接。
如图2所示，本实施例的NMP废气回收系统包括三个热交换器，三个热交换器依次顺序连接。在第一热交换器21前设置有第一风机12，NMP高温气体在第一风机12的带动下依次流经第一热交换器21、第二热交换器22和第三热交换器23，其中冷凝形成的NMP液体分别经三个热交换器的回收口63流进回收单元。
上述NMP废气回收系统中，第一热交换器21使用的冷凝介质是常温气体，NMP高温气体在第一热交换器21换热后温度能下降35－40℃。本实施例中，第一热交换器21除与回收单元和第二热交换器22连接外，还可以与锂离子电池制备工艺过程中采用的涂布机11连接，这样，从第一热交换器21流出的带有热量的空气还可以给涂布机11的进气口处的气体预热，可使被预热的气体温度达到60－70℃，起到热量循环利用的作用，节约能源。而从第一热交换器21中冷凝形成的NMP液体则会进入回收单元。
第二热交换器22使用常温水作为冷凝介质，可使进入第二热交换器22中的NMP高温气体降低25－30℃，同时，第二热交换器22器可使NMP浓度降低至500PPM以下。第二热交换器22中流出的NMP高温气体继续流向第三热交换器23，并且第二热交换器22中冷凝形成的NMP液体则会进入回收单元。
第三热交换器23使用冰冻水作为冷凝介质，冰冻水的温度为3－8℃，冰冻水可使进入第三热交换器23中的NMP高温气体降低35－40℃，同时，使从第三热交换器23中流出的NMP气体的浓度降至100PPM以下。从第三热交换器23中流出的NMP气体流向吸附单元，经吸附单元的进一步吸附后排入大气，而第三热交换器23中冷凝形成的NMP液体则会进入回收单元。
第一热交换器21与第二热交换器22之间设有第一温控表24，用第一温控表24可以监控进入第二热交换器22中的气体的温度，从而可以随时调整第二热交换器22和第三热交换器23中的冷凝介质的温度。
上述回收单元包括NMP回收槽34。NMP回收槽34用于盛装冷凝形成的NMP液体。
回收单元还包括与热交换器连接的水分离器31，与水分离器31连接的溶剂泵32，溶剂泵32与NMP回收槽34连接。
水分离器31装有氯化钙，通过氯化钙萃取NMP液体中的水分，水分离器31连接溶剂泵32，溶剂泵32可加快NMP回收，溶剂泵32连接着NMP回收槽34，回收的NMP储存在NMP回收槽34中；另外，NMP回收槽34装有液位显示器33，液位显示器33可实时提示NMP液位高度，防止NMP储存过满溢出NMP回收槽34。
继续参照图2，上述吸附单元包括用于吸附NMP废气中NMP物质的吸附浓缩器41。
吸附浓缩器41装有活性炭纤维，可进一步吸收NMP气体中的NMP成分，可使气体中NMP浓度降低至20PPM以下，满足国标排放要求。
上述吸附单元还包括与吸附浓缩器41通过换向阀42连接的循环管路50，循环管路50上设有加热器44，从吸附浓缩器41流出的气体在循环管路50被加热后重新返回吸附浓缩器41，然后重新经热交换器冷凝回收处理。
吸附浓缩器41连接换向阀42，当需要排放气体时，利用换向阀42关闭循环管路50，打开排放口47可直接对外排放气体。当吸附浓缩器41使用久了，活性炭纤维失活需要再生时，此时利用换向阀42打开循环管路50，关闭排放口47，被吸附浓缩器41吸附后的气体进入循环管路50。循环管路50上设有第二风机43和加热器44，循环管路50中的气体在第二风机43的作用下通过加热器44，使气体加热至140－150℃后重新进入吸附浓缩器41，带走吸附在活性炭纤维的NMP物质，使活性炭纤维重新保持吸附活性。
在加热器44前可以设置第二温控表45，用以监控进入加热器44的气体的温度，可以随时调节加热器44的加热功率。
本实施例中，从吸附浓缩器41流出的带有高浓度的NMP气体可直接再次通入第二热交换器22中重新经过冷凝回收处理。
如图3所示，从吸附浓缩器41流出的带有高浓度的NMP气体还可以进入单独设置的第四热交换器46中，经第四热交换器46冷却后进入第二热交换器22中再次进行冷凝回收处理。
如图4所示，从吸附浓缩器41流出的带有高浓度的NMP气体还可以进入涂布机11前的进气口中，被涂布机11利用后进入第一热交换器21中再次进行冷凝回收处理。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种热交换器，其特征在于，包括壳体、设置于所述壳体内部的被冷凝介质通道和冷凝介质通道，所述被冷凝介质通道包括设置于所述壳体内部的流通管道，所述流通管道内壁设有多个挡流齿，所述挡流齿沿被冷凝介质流向逆向倾斜设置。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述多个挡流齿沿所述流通管道内壁上下交错布置。
3.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述流通管道为多条，所述流通管道之间用固定板固定。
4.根据权利要求3所述的热交换器，其特征在于，所述固定板为半圆形结构。
5.一种NMP废气回收系统，其特征在于，包括权利要求1－4任一项所述的热交换器。
6.根据权利要求5所述的NMP废气回收系统，其特征在于，所述热交换器为多个，且多个所述热交换器依次顺序连接，多个所述热交换器均与回收单元连接，最后一级热交换器与吸附单元连接。
7.根据权利要求6所述的NMP废气回收系统，其特征在于，所述回收单元包括NMP回收槽。
8.根据权利要求7所述的NMP废气回收系统，其特征在于，所述回收单元还包括与所述热交换器连接的水分离器，与所述水分离器连接的溶剂泵，所述溶剂泵与NMP回收槽连接。
9.根据权利要求6所述的NMP废气回收系统，其特征在于，所述吸附单元包括用于吸附NMP废气中NMP物质的吸附浓缩器。
10.根据权利要求9所述的NMP废气回收系统，其特征在于，所述吸附单元还包括与所述吸附浓缩器通过换向阀连接的循环管路，所述循环管路上设有加热器，从吸附浓缩器流出的气体在循环管路被加热后重新返回所述吸附浓缩器，然后重新经热交换器冷凝回收处理。
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2017
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