CN207797810U - 一种液氮深冷系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种液氮深冷系统，包括：液氮循环管路和载冷剂循环管路，液氮循环管路中包括第一换热器和第二换热器，液氮循环管路包括液氮制冷机和连接在液氮制冷机上的液氮进管和液氮出管，液氮出管上设置有开关阀门和比例调节阀，液氮出管与第一换热器进料法兰连接，第一换热器出料法兰连接第二换热器进料法兰，第二换热器出料法兰与液氮进管连通；载冷剂循环管路包括反应釜和连接在反应釜上的载冷剂进管和载冷剂出管，载冷剂出管与所述第二换热器第一封头法兰连接，第二换热器第二封头法兰与第一换热器进料法兰连接，第一换热器出料法兰与载冷剂进管连通。本实用新型的液氮深冷系统换热效率高。

Description

一种液氮深冷系统

技术领域

本实用新型涉及换热设备技术领域，尤其涉及一种液氮深冷系统。

背景技术

深冷系统是应用于-20℃以下的工艺操作条件；在制药工艺中利用一种制冷剂(液氮或氟利昂等)将载冷剂(乙醇或乙二醇等)冷却到-15℃到-60℃的低温状态，使料液在低温状态下进行化学反应，管壳式换热器作为通用设备在此工艺中得到广泛应用，随着科技水平的进步，换热设备的发展也得到不同程度的提高，每种换热器的研究发展都是如何保证换热器的运行安全可靠、节约能源是研究发展的重中之重。

深冷系统的冷源为液氮，空气中含78％的氮气，因此，液氮的制取十分方便，可以说是取之不尽的一种环保能源，另外，由于采用液氮制冷，不再使用压缩机和水冷却器，所以，噪声低、运行可靠，无需心脏部件的维护保养，维修简单，同时耗电减少50％以上，这将会给企业带来长远的经济效益。

但是现有的液氮换热系统，直接将液氮输送到反应釜与物料进行换热，降低物料温度后使物料在低温条件下进行化学反应，不仅换热效率低，而且液氮消耗量大，液氮超低温影响反应釜的使用寿命，而且温度极不好控制。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述背景技术中的不足，提供一种液氮深冷系统，以解决现有技术中液氮换热系统换热效率低、液氮消耗量大的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下的技术方案：

一种液氮深冷系统，包括：

液氮循环管路，液氮循环管路中包括第一换热器和第二换热器，所述液氮循环管路包括液氮制冷机和连接在液氮制冷机上的液氮进管和液氮出管，所述液氮出管上设置有开关阀门和比例调节阀，所述液氮出管与第一换热器进料法兰连接，第一换热器出料法兰连接第二换热器进料法兰，第二换热器出料法兰与所述液氮进管连通；

和载冷剂循环管路，所述载冷剂循环管路包括反应釜和连接在反应釜上的载冷剂进管和载冷剂出管，所述载冷剂出管与第二换热器第一封头法兰连接，第二换热器第二封头法兰与第一换热器第一封头法兰连接，所述第一换热器第二封头法兰与所述载冷剂进管连通，且所述第一换热器第二封头法兰与所述载冷剂进管之间的管段上连接有磁力泵；

所述第一换热器和第二换热器均为管壳式换热器。

相比于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型提供一种液氮深冷系统，其通过两个串联的管壳式换热器实现低温液氮与载冷剂在换热器内的换热，并通过在液氮循环管路上设置的开关阀门和比例调节阀，可以精确控制液氮的循环量，从而可以控制在单位时间内为再冷静提供的冷量，即可以通过控制液氮的循环量控制载冷剂的温度，从而使得载冷剂在反应釜中的反应温度达到最佳工况；本实用新型通过在反应釜外部实现低温液氮与载冷剂的换热，采用与外界封闭的液氮循环管路，减少了液氮的消耗量。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构示意图；

图2是本实用新型中第一换热器和第二换热器的结构示意图；

图3是本实用新型中第一换热器和第二换热器的端部视图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型中的技术方案进一步说明。

如图1所示，作为本实用新型的一种优选实施例，本实用新型提出一种液氮深冷系统，包括：

液氮循环管路10，液氮循环管路中包括第一换热器16和第二换热器17，所述液氮循环管路10包括液氮制冷机11和连接在液氮制冷机上的液氮进管12和液氮出管13，所述液氮出管13上设置有开关阀门14和比例调节阀15，所述液氮出管13与第一换热器进料法兰161连接，第一换热器出料法兰162连接第二换热器进料法兰171，第二换热器出料法兰172与所述液氮进管13连通；

和载冷剂循环管路20，所述载冷剂循环管路20包括反应釜21和连接在反应釜21上的载冷剂进管22和载冷剂出管23，所述载冷剂出管23与第二换热器第一封头法兰173连接，第二换热器第二封头法兰174与第一换热器第一封头法兰163连接，所述第一换热器第二封头法兰164与所述载冷剂进管22连通，且所述第一换热器第二封头法兰164与所述载冷剂进管22之间的管段上连接有磁力泵24；

所述第一换热器16和第二换热器17均为管壳式换热器。

上述方案中的第一换热器和第二换热器均为螺旋管换热器，如图2和图3所示，所述螺旋管换热器包括管壳6，所述管壳6的两端分别在管壁上与所述管壳6内部连通的设置进料法兰7和出料法兰8，所述管壳6的两端均设置有密封所述管壳的管板3，管壳6在所述管板3的外端可拆卸式的连接有封头2，所述封头2将管板3压紧在管壳6上，且两端的所述封头2上均设置有封头法兰1，管壳6两端在所述管板3上开设有若干个相互对应的换热管孔，这些换热管孔在管板3上均以管板3的中心为圆心呈一圈一圈的环形分布，所述管板3上的每个换热管孔为与换热管外管径相适配的圆孔,管壳两端的两管板3之间通过相互对应的换热管孔设置有若干个换热管5，每个换热管5在除开与换热管孔连接的管段以外生育管段均设置为螺旋结构，且两管板3之间同一圈换热管孔上连接的多个换热管5的螺旋管段互相靠拢形成螺旋换热层以使介质在换热管层中发生湍流，多圈换热管孔形成内外间隔开的多层换热管层，其中最内层螺旋换热管层顺时针或逆时针螺旋，然后向外逐层反向螺旋。

本上述方案中的液氮深冷系统，工作原理是这样的：图中实心箭头为液氮的循环方向，空心箭头为载冷剂的循环方向，液氮在液氮制冷剂的制冷作用下达到预定温度，液氮携带低温冷源经液氮循环管路10流至第一换热器16和第二换热器17内，与此同时，载冷剂循环管路20内的载冷剂在磁力泵24的作用下，从反应釜21中流经第一换热器16和第二换热器17，由于液氮和载冷剂在管壳式换热器内相互分隔并通过换热管换热，因此上述方案实现了通过两个串联的管壳式换热器实现低温液氮与载冷剂在换热器内的换热，并通过在液氮循环管路上设置的开关阀门和比例调节阀，可以精确控制液氮的循环量，从而可以控制在单位时间内为再冷静提供的冷量，即可以通过控制液氮的循环量控制载冷剂的温度，从而使得载冷剂在反应釜中的反应温度达到最佳工况；本实用新型通过在反应釜外部实现低温液氮与载冷剂的换热，采用与外界封闭的液氮循环管路，减少了液氮的消耗量。

上述方案中的螺旋管换热器，采用了管壳两端的两管板3之间通过相互对应的换热管孔设置有若干个换热管5，每个换热管5在除开与换热管孔连接的管段以外剩余管段均设置为螺旋结构，且两管板3之间同一圈换热管孔上连接的多个换热管5的螺旋管段互相靠拢形成螺旋换热层以使介质在换热管层中发生湍流，多圈换热管孔形成内外间隔开的多层换热管层，其中最内层螺旋换热管层顺时针或逆时针螺旋，然后向外逐层反向螺旋，这样在换热管内通入介质后，介质在换热管内一方面相邻的两层换热管内介质之间会产生螺旋方向相反的流动，这样换热管内的介质与管程内的热源的热传递更为充分，另一方面，这种螺旋方式会使得位于同一圆形轨迹上的多根换热管内的介质产生湍流，从而有效的使得介质在换热管内的流动阻力减小，因此可在提高换热效率的同时，降低介质在换热管内的噪音。

优选的，所述管壳和封头由不锈钢制成，所述换热管由金属钛制成。为了进一步提高换热器的耐腐蚀性能，管壳6采用不锈钢材料制造，换热管5采用金属钛材料制造，其利用了金属钛材料的稳定的化学性能和导热性能，钛和氧有很大的亲和力，在空气中或含氧的介质中，钛表面生成一层致密的、附着力强、惰性大的氧化膜，保护了钛基体不被腐蚀，从而可以将本实用新型中的换热器用于高腐蚀性、强酸强碱工况下，并且仍然具有较高的使用寿命。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种液氮深冷系统，其特征在于，包括：

液氮循环管路，液氮循环管路中包括第一换热器和第二换热器，所述液氮循环管路包括液氮制冷机和连接在液氮制冷机上的液氮进管和液氮出管，所述液氮出管上设置有开关阀门和比例调节阀，所述液氮出管与第一换热器进料法兰连接，第一换热器出料法兰连接第二换热器进料法兰，第二换热器出料法兰与所述液氮进管连通；

和载冷剂循环管路，所述载冷剂循环管路包括反应釜和连接在反应釜上的载冷剂进管和载冷剂出管，所述载冷剂出管与第二换热器第一封头法兰连接，第二换热器第二封头法兰与第一换热器第一封头法兰连接，所述第一换热器第二封头法兰与所述载冷剂进管连通，且所述第一换热器第二封头法兰与所述载冷剂进管之间的管段上连接有磁力泵；

所述第一换热器和第二换热器均为管壳式换热器。

2.根据权利要求1所述的一种液氮深冷系统，其特征在于，所述第一换热器和第二换热器均为螺旋管换热器，所述螺旋管换热器包括管壳，所述管壳分别在两端的管壁上与所述管壳内部连通的设置有进料法兰和出料法兰，所述管壳的两端均设置有密封所述管壳端部的管板，并在管板的外端可拆卸式的连接有封头，所述封头将管板压紧在管壳上，且两端的所述封头上均设置有封头法兰，管壳两端在所述管板上开设有若干个相互对应的换热管孔，这些换热管孔在管板上均以管板中心为圆心呈一圈一圈的环形分布，所述管板上的每个换热管孔与换热管外管径相,管壳两端的两管板之间通过相互对应的换热管孔设置有若干个换热管，每个换热管在除开与换热管孔连接的管段以外的剩余管段均设置为螺旋结构,且两管板之间同一圈换热管孔上连接的多个换热管的螺旋管段相互靠拢形成螺旋换热层以使介质在螺旋管层中发生湍流,多圈换热管孔形成内外间隔开的多层螺旋换热层,其中最内层螺旋换热层顺时针或逆时针螺旋,然后向外逐层反向螺旋。

3.根据权利要求2所述的一种液氮深冷系统，其特征在于：所述管壳和封头由不锈钢制成，所述换热管由金属钛制成。

4.根据权利要求2所述的一种液氮深冷系统，其特征在于：所述管壳与所述封头采用法兰连接。