CN2314328Y - 一种传质型塔间换热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种传质型塔间换热器,在保留塔内置式换热器的基本结构形式的基础上,在塔间换热器内装有管径相同或不同的、管径选择范围为塔径的11～17%、管间距为管外径的1.25倍的大管径换热管,管的上端设有齿状液体分布器,下底部安装有填料支承栅板,管内装有金属填料。对板式塔还可设置弓形受液盘及进口堰。采用本换热器,塔高降低,投资也相应降低。传热系数、传热速率、传质速率与塔内置式换热器相比均有显著提高。

Description

一种传质型塔间换热器

本实用新型涉及传热传质技术，具体是指一种传质型塔间换热器。

塔器是目前化工生产中广泛使用的单元设备。在塔设备内进行的分离过程中，绝大多数同时发生热量和质量的传递。在某些单元操作中，需要移走特定部位的热量。各种塔内部构件如板式塔的泡罩、筛板、浮阀、导向筛板，填料塔中的鲍尔环、矩鞍环、共轭环及各种规整填料等，在扩大相接触表面上可发挥它们各自的作用，但对降低温度这一点上，不论是填料塔或是板式塔，都是无能为力的。目前工业生产上常用附加塔外部冷却器和塔内部冷却器的方法移除热量。塔外部冷却器可细分为塔一塔间冷却器和塔板间外置冷却器两种。塔一塔间冷却器冷却吸收液的方法比较简单，毋需改变吸收塔的任何结构，但是，它不能均匀而及时地移除吸收过程中放出的热量，并使设备投资大幅度增加，流程复杂，占地面积增大。塔板间外置冷却器能较均匀地移除热量，但使吸收塔的高度因板间距的增大而增大，特别当冷却器数目超过3～4个时，使原来已很高的吸收塔变得更加笨重，对操作和维修都带来麻烦。塔内部冷却器就是把冷却管直接装在塔内，为了便于安装、维修或更换管子，通常采用可移动的U形管冷却器。这种冷却器可以安装在吸收塔的每一块板上，浸没在塔板上的液层中。在强烈湍动的泡罩上部液层直接接触之下，传热条件是很有利的。因此它适宜于在热效应较大而且介质有腐蚀性的情况下使用。但是，这种冷却方法也有很大缺点，因为它要求塔板上有很厚的液层，导致塔高增加、压降上升、塔板开孔率下降、传质条件恶化、塔径变大、设备结构复杂等不良后果。同时也使得冷却介质的管路变得复杂，设备也变得笨重。

一种塔内置式列管换热器克服了换热型塔板的许多弊端，又可作为一个换热塔节设置在塔的各个位置，使塔的整体性增强，是现有换热器中结构及性能较优的一种，也是目前化工行业采用较多的换热器。但仍存在操作弹性小，易液泛或液体分布不均等问题，且由于换热器的加入，同样使得塔高增加、设备笨重。

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足之处，在保留塔内置式换热器的基本结构形式的基础上，从机理上改变其原有的传热传质模式，使换热器操作性能大大提高，即工质气液能够在填料中充分混和，达到增大换热面积及传热系数，并具传质性能，从而提供一种具有高效传热性能、结构简单、易于制造维护的传质型塔间换热器。

本实用新型的目的通过以下措施来达到：

一种传质型塔间换热器，它的外径与普通塔节相同、并可任意连接在两普通塔节之间，内装有换热管及折流板，其特征在于塔间换热器内装有管径相同或不同的、管径选择范围为塔径的11～17％、管间距为管外径的1.25倍的大管径换热管；大管径换热管的上端设有齿状液体分布器，下底部安装有填料支承栅板，管内装有金属填料。当上述结构的换热器用于板式塔时，还可以在与板式塔塔节降液管出口处对应位置的换热器上管板上开有带进口堰的弓形受液盘。

本换热器的外径及连接法兰与普通塔节相同，可根据需要连接在任意两塔节之间，一个塔的换热器个数由工艺条件确定。换热器的高度则主要由所需的换热面积决定。换热器内设上下管板，换热管竖直装在其间，换热管的管径是本实用新型技术的关键之一。管径太小，换热器的阻力增大，容易发生液泛；换热管过大，则单位塔截面的换热面积减小，造成换热器高度增加，削弱了本实用新型的优势，在液流量过小时亦容易出现填料润湿不够的情况。因此，经理论计算结果表明，对于大部分单元过程，管径在塔径的11～17％之间为宜。为了保证液体分布均匀，在换热管的上端加工出齿状液体分布器。换热管可采用正三角型或正方型排列，在强度允许的范围内尽可能加大排列的密度，以充分利用换热器空间，使单位换热器体积的传热传质面积增加、开孔率加大、阻力减小、换热器高度降低。

在换热管中填充金属填料，是本实用新型的另一关键技术。金属填料本身具有良好的导热性能，使得换热面得到延伸，换热面积可比无填料的换热管增大3～15倍，与内置式列管换热器相比，单位换热器体积的传热面积增加2.2～8.1倍。填料的存在使得向下流动的液相成为分散相均匀分布于填料表面，与换热面积充分接触，增加传热速率。填料还使得换热器具有良好的传质性能，部分弥补了在塔节间***换热器造成塔高增加的弊端。填料的类型及规格需要根据所处理的物料的性质及操作条件确定。以散装填料为例，可采用鲍尔环、矩鞍环、阶梯环等，填料规格以Dg16、Dg25、Dg38、Dg50或相近尺寸为宜。尺寸过小的填料会造成换热器阻力上升；过大时，传热面积减小，传质性能下降。在换热管底部设有栅形填料支承装置，栅板下端用可拆卸的螺栓支承，检修时可通过拆卸螺栓把栅板从管底拉出，卸出填料。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

1．本实用新型采用较大管径的换热管并在其中加装金属填料，这使得换热器的传热传质性能都得到了很大的改善。金属填料与管壁接触，使得换热面积大大增加。液相从管子上端经分布器进入换热管后迅速在填料表面分散成厚度极小的液膜，在重力的作用下，产生向下的总流动趋势。但由于受到填料表面的引导和上升流的扰动，不同位置处的液相质点又各自向不同的方向运动。正是由于这种错综复杂的运动，使得液相表面频繁更新，紊动的质点不断把液相内的热量传给换热面，膜状的液层也使传热热阻降低到了最小。气相在上升的过程亦受到填料的引导，在各个通道内进行着分离、组合、局部改变流动方向等复杂的运动，除了与液相换热外，还有机会与换热面接触，达到直接换热的目的。在传质方面，由于填料本身就是良好的气液传质元件，呈分散相的液相与呈连续相的气相在填料内充分接触，接触表面积比塔内置式列管换热器增大2.5～14.5倍，且相间表面更新快，传质速率大大增高。在实验条件范围内，本实用新型的换热器之传热系数是塔内置式换热器的1.3～2.4倍，在相同传热温差的情况下，传热速率是原来的5.2～38.4倍，传质速率是原来的4.7～25.3倍。

2．大管径换热管上端加工有齿状液体分布器，液体分布均匀。

3．在换热管底部设有填料支承栅板，栅板下端用可拆卸螺栓支承，检修时可通过拆卸螺栓把栅板从管底拉出，卸出填料，装卸填料极为方便。

4．本传质型塔间换热器结构简单，制造、维护方便，易于推广应用。

5．采用本实用新型后，塔高降低，不仅设备的成本降低，而且厂房基建投资也降低，有良好的经济效益。

图1为传质型塔间换热器结构示意图；

图2为传质型塔间换热器的大管径换热管结构示意图。

下面结合实施例及其附图对本实用新型作进一步的详述：

如图1所示，传质型塔间换热器内径φ900mm，高度1200mm，与该塔的普通塔节1相同。图1中6为冷却介质入口，7为冷却介质出口，传质型塔间换热器设置在两普通塔节1之间，用连接法兰8安装。传质型塔间换热器内装有十六根管径Dg125mm和四根管径Dg100mm的换热管5，折流板4，管壁传热面积7.8m²。如图2所示，在换热管5内填装有填料11，填料可以采用25×25mm不锈钢鲍尔环。换热管5的上端设有齿状液体分布器9，下端设有填料支承栅板13。栅板13下端用可拆卸螺栓14支承。检修时可通过拆卸螺栓把栅板从管底拉出，卸出填料。10和12为固定换热管用的上、下管板。

由于本实施例的普通塔节为板式塔，故在对应于上塔节降液管出口处开有带进口堰2的弓形受液盘3。

为了使全塔的温度趋于均匀，根据不同塔高位置发热量的差异，分别设置传质型塔间换热器。例如，把上述规格的传质型塔间换热器用于以乙醇为原料4000t/a乙醛装置中的乙醛吸收塔，塔釜进塔原料气为乙醇、乙醛、水蒸汽和空气的混合气体，流量1040kg/h；塔顶吸收剂为水，流量3000kg/h；需要移走5.16×105kJ/h热量。设计人分别在第3、6、10、14塔节处设置了四个换热器。换热器的壳程为冷却剂通道，设置折流板使其与换热管外表面充分接触换热。采用本实用新型提供的传质型换热器后，该吸收塔的塔高降低了2m，总高度由原来的26m下降为24m，节约不锈钢材960公斤。另外由于该塔布置在厂房内，塔高的降低还节约了大量基建投资。换热器良好的传热传质性能使得吸收塔的分离效率提高、耗冷量下降、管路简单、易于控制，稀乙醛出口浓度由原来的10％上升至14％，尾气含醛量从原来的0.5％下降至0.025％，吸收塔的效率提高了2％。

Claims (2)

1．一种传质型塔间换热器，它的外径与普通塔节相同、并可任意连接在两普通塔节之间，内装有换热管及折流板，其特征在于塔间换热器内装有管径相同或不同的、管径选择范围为塔径的11～17％、管间距为管外径的1.25倍的大管径换热管；大管径换热管的上端设有齿状液体分布器，下底部安装有填料支承栅板，管内装有金属填料。

2．根据权利要求1所述的一种传质型塔间换热器，其特征在于在板式塔塔节降液管出口处对应位置的换热器上管板上开有带进口堰的弓形受液盘。

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