[發(fā)明專利]一種內(nèi)部熱集成降膜蒸餾裝置的換熱壁結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110183077.3
• 申請日: 2011-06-30
• 公開（公告）號: CN102350073A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉伯潭;朱明;孫博;劉春江
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: B01D3/14
• 分類號: B01D3/14;B01D3/32
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 王麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于精餾技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種內(nèi)部熱集成降膜蒸餾裝置的換熱壁結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)精餾塔的熱交換是通過再沸器和冷凝器實現(xiàn)的，塔頂蒸汽通過冷卻系統(tǒng)冷卻，塔釜液通過蒸汽加熱再沸，大部分能量損失在諸如塔的壓降以及通過換熱器的溫差上。內(nèi)部熱集成精餾塔與傳統(tǒng)精餾塔相比，能夠有效降低精餾過程的能耗。圖1給出了一種塔間透熱的內(nèi)部熱集成精餾塔示意圖，其中內(nèi)塔為精餾段，外塔為提餾段，利用壓縮機將提餾段頂部氣體壓縮進入精餾段的底部，令精餾段的壓力、溫度高于提餾段，精餾段塔底出來的液體經(jīng)過節(jié)流閥減壓后進入提餾段的頂部。所謂內(nèi)部熱集成，指的就是精餾段的汽相在上升過程中通過中間的塔壁不斷向外塔放出熱量，自身則部分冷凝為向下流動的液體形成降膜，從而降低了冷凝器的熱負荷；而提餾段的液相在下降的過程中則不斷從塔壁吸收熱量，部分蒸發(fā)為向上流動的氣體，從而降低了再沸器的熱負荷。

在內(nèi)部熱集成精餾塔中，換熱壁是其較傳統(tǒng)精餾塔節(jié)能的關(guān)鍵部位，位于精餾段和提餾段之間。對換熱壁結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，不僅能夠極大地減少精餾過程的能量消耗，同時能夠促進傳熱，提高分離效果。因此，對換熱壁結(jié)構(gòu)進行設(shè)計至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，在于提出一種內(nèi)部熱集成降膜蒸餾裝置的換熱壁結(jié)構(gòu)。

專利101010218648.8介紹了一種套筒式內(nèi)部熱集成精餾塔，在精餾段和提餾段間裝添填料以增大氣液兩相傳質(zhì)，但由于其換熱壁表面無擋流板結(jié)構(gòu)，傳熱面積較小，精餾段和提餾段間換熱不充分，能量利用率較低。本課題組之前設(shè)計的兩側(cè)設(shè)有擋流板并開孔的換熱壁結(jié)構(gòu)，在提餾段一側(cè)液相流量較大時，氣相并不能從擋流板下方口排出，一定程度上降低了氣液傳質(zhì)效率。本發(fā)明主要針對傳統(tǒng)精餾塔傳熱面積小以及氣液傳質(zhì)不充分等不足進行改進。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案加以實現(xiàn)的：

精餾段和提餾段間壁為換熱壁；換熱壁兩側(cè)各設(shè)有擋流板26，擋流板26垂直高度為塔高的1/5～1/200，相鄰擋流板間距為擋流板高度的2-50倍，擋流板與壁面27夾角不大于60°，精餾段內(nèi)擋流板和壁面夾角開口向下，提餾段內(nèi)擋流板和壁面夾角開口向上。

換熱壁結(jié)構(gòu)上下兩級擋流板位置交錯設(shè)置：同級相鄰擋流板間距為擋流板長度的1/10-9/10，擋流板長度為換熱壁寬度或周長的1/10-9/10；長程設(shè)置為：上一級擋流板位于換熱壁的一端，下一級擋流板位于換熱壁的另一端；短程設(shè)置是：上一級擋流板位于同級擋流板水平位置的中部，下一級擋流板位于上級擋流板垂直位置的兩端。

我們在此特別強調(diào)提出擋流板長度，這并非簡單的設(shè)計，是需要根據(jù)氣液相流量進行無數(shù)次實驗得到的，因為在液相流量較大時，較大的擋流板長度可以減緩液相流動速度，而在氣相流量較大時，擋流板的長度可以適當(dāng)減小，從而能夠使蒸汽順利上升，降低液相返混概率。選擇適當(dāng)?shù)膿趿靼彘L度對于增大氣液相接觸時間，提高傳質(zhì)效率具有重要影響。

本發(fā)明采用內(nèi)部熱集成技術(shù)的降膜蒸發(fā)器，包括精餾段、提餾段、再沸器、冷凝器、節(jié)流閥和壓縮機。精餾段頂部包括蒸汽出口3和液體回流口4，精餾段底部包括蒸汽進口8和液體出口7，提餾段頂部包括蒸汽出口6和液體進口5，提餾段底部包括液體出口1和蒸汽回流口2。原料液在提餾段底經(jīng)過再沸器24加熱，蒸汽受熱沿著塔壁向上流動，并在頂部蒸汽出口6通過壓縮機22將其壓縮進入精餾段底部蒸汽進口8，使得精餾段的溫度和壓力高于提餾段。進入精餾段底部的蒸汽在沿著塔壁向上運動的過程中，由于壁面溫度相對較低，部分蒸汽冷凝并沿著塔壁流下，未冷凝的蒸汽通過出口3在冷凝器23作用部分采出，部分通過回流口4返回精餾塔頂部。精餾塔底部液體從液體出口7流出后首先經(jīng)過節(jié)流閥21降壓，再進入到提餾段頂部液體進口5，進入提餾段頂部的液體在沿著塔壁下降的過程中受熱部分蒸發(fā)為氣體，重新通過蒸汽出口6進入壓縮器22被壓縮入精餾塔底部，未蒸發(fā)的液體部分采出，部分經(jīng)過再沸器24重新變?yōu)檎羝M入精餾塔。

本發(fā)明的優(yōu)點是結(jié)合內(nèi)部熱耦合技術(shù)，通過改變換熱壁結(jié)構(gòu)，增大液相和氣相的流動距離以及接觸時間，提高氣相沿塔壁向上流動效率，不僅能極大地減少能量損失，有效降低精餾過程的能耗，而且能增大兩相間的傳熱傳質(zhì)，提高分離效果。

附圖說明

圖1為并排式內(nèi)部熱集成降膜蒸餾裝置圖。

圖2為并排式內(nèi)部熱集成降膜蒸餾裝置換熱壁結(jié)構(gòu)(長程)。

圖3為并排式內(nèi)部熱集成降膜蒸餾裝置換熱壁結(jié)構(gòu)(短程)。

圖4為并排式內(nèi)部熱集成降膜蒸餾裝置換熱壁結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。