專(zhuān)利名稱(chēng)：一種內(nèi)部熱集成降膜蒸餾裝置及換熱壁結(jié)構(gòu)的制作方法
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及換熱壁結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)精餾塔的熱交換是通過(guò)再沸器和冷凝器實(shí)現(xiàn)的，塔頂蒸汽通過(guò)冷卻系統(tǒng)冷卻，塔釜液通過(guò)蒸汽加熱再沸，大部分能量損失在諸如塔的壓降以及通過(guò)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(guò)程的能耗。圖5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(jī)將提餾段頂部氣體壓縮進(jìn)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(lái)的液體經(jīng)過(guò)節(jié)流閥減壓后進(jìn)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(guò)程中通過(guò)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(dòng)的液體形成降膜，從而降低了冷凝器的熱負(fù)荷；而提餾段的液相在下降的過(guò)程中則不斷從塔壁吸收熱量， 部分蒸發(fā)為向上流動(dòng)的氣體，從而降低了再沸器的熱負(fù)荷。對(duì)于內(nèi)部熱集成精餾系統(tǒng)精餾段和提餾段之間換熱壁，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至關(guān)重要，傳統(tǒng)熱交換塔壁汽液兩相由于沒(méi)有擋流板，導(dǎo)致其接觸時(shí)間短，壁間換熱量低，理論塔板數(shù)少，汽液兩相傳熱傳質(zhì)不充分，從而影響了分離效率，因此需要對(duì)其壁面結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化以提高傳質(zhì)分離效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是為了提出一種新型內(nèi)部熱集成精餾裝置精餾段和提餾段間換熱
壁結(jié)構(gòu)。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案加以實(shí)現(xiàn)的一種內(nèi)部熱集成降膜蒸餾裝置(如圖1、5)，包括精餾段、提餾段、再沸器、冷凝器、 節(jié)流閥和壓縮機(jī)；其中精餾段頂部設(shè)置有蒸汽出口( 和液體回流口 G)，精餾段底部設(shè)置有蒸汽進(jìn)口(8)和液體出口(7)，提餾段頂部設(shè)置有蒸汽出口(6)和液體進(jìn)口(5)，提餾段底部設(shè)置有液體出口(1)和蒸汽回流口 O)，精餾段和提餾段間壁為換熱壁。本發(fā)明的蒸餾裝置的換熱壁結(jié)構(gòu)，精餾段和提餾段兩側(cè)各設(shè)有擋流板( )，擋流板06)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(XT)夾角不大于60°，精餾段內(nèi)擋流板和壁面夾角開(kāi)口向下，提餾段內(nèi)擋流板和壁面夾角開(kāi)口向上。本發(fā)明的換熱壁結(jié)構(gòu)(如圖2、3、4、6)，提餾段一側(cè)在擋流板下方與壁面接觸部位開(kāi)孔(25)，相鄰孔間距不少于2倍孔直徑，開(kāi)孔半徑為擋流板高度的1/2 1/10，擋流板上方也開(kāi)孔，與下方孔交錯(cuò)排列；精餾段一側(cè)擋流板上側(cè)與壁面接觸，并在擋流板上方開(kāi)孔， 相鄰擋流板開(kāi)孔處交錯(cuò)排列，相鄰孔間距不少于2倍孔直徑，每級(jí)擋流板開(kāi)孔數(shù)量不少于2 個(gè)，開(kāi)孔半徑為擋流板高度的1/2 1/10。
具體說(shuō)明如下采用內(nèi)部熱集成技術(shù)的降膜蒸發(fā)器(如圖1、5)，包括精餾段、提餾段、再沸器、冷凝器、節(jié)流閥和壓縮機(jī)。精餾段頂部包括蒸汽出口( 和液體回流口 G)，精餾段底部包括蒸汽進(jìn)口(8)和液體出口(7)，提餾段頂部包括蒸汽出口(6)和液體進(jìn)口(5)，提餾段底部包括液體出口(1)和蒸汽回流口 O)。原料液在提餾段底經(jīng)過(guò)再沸器04)加熱，蒸汽受熱沿著塔壁向上流動(dòng)，并在頂部蒸汽出口(6)通過(guò)壓縮機(jī)0 將其壓縮進(jìn)入精餾段底部蒸汽進(jìn)口(8)，使得精餾段的溫度和壓力高于提餾段。進(jìn)入精餾段底部的蒸汽在沿著塔壁向上運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，由于壁面溫度相對(duì)較低，部分蒸汽冷凝并沿著塔壁流下，未冷凝的蒸汽通過(guò)出口(3)在冷凝器作用下采出，并部分通過(guò)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(guò)節(jié)流閥降壓，再進(jìn)入到提餾段頂部液體進(jìn)口(5)， 進(jìn)入提餾段頂部的液體在沿著塔壁下降的過(guò)程中受熱部分蒸發(fā)為氣體，重新通過(guò)蒸汽出口 (6)進(jìn)入壓縮器0 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(guò)再沸器04) 重新變?yōu)檎羝M(jìn)入精餾塔。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)合內(nèi)部熱耦合技術(shù)，通過(guò)改變換熱壁結(jié)構(gòu)，增大液相和氣相的流動(dòng)距離以及接觸時(shí)間，不僅能極大地減少能量損失，有效降低精餾過(guò)程的能耗，而且能增大兩相間的傳熱傳質(zhì)，提高分離效果。


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提餾段換熱壁結(jié)構(gòu)。圖3為并排式內(nèi)部熱集成降膜蒸餾裝置精餾段換熱壁結(jié)構(gòu)。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。圖5為套筒式內(nèi)部熱集成降膜蒸餾裝置圖。圖6(a)為套筒式內(nèi)部熱集成降膜蒸餾裝置換熱壁結(jié)構(gòu)剖面圖；圖6(b)為帶有標(biāo)識(shí)的套筒式內(nèi)部熱集成降膜蒸餾裝置換熱壁結(jié)構(gòu)剖面圖。
具體實(shí)施例方式下面根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。采用內(nèi)部熱集成技術(shù)的降膜蒸發(fā)器換熱壁結(jié)構(gòu)(如圖2、3、4、6)，其特征在于精餾段和提餾段兩側(cè)各設(shè)有擋流板，擋流板高度為塔高的1/5 1/200，相鄰擋流板間距為擋流板高度的2-50倍，擋流板與壁面夾角不大于60°，精餾段內(nèi)擋流板和壁面夾角開(kāi)口向下， 提餾段內(nèi)擋流板和壁面夾角開(kāi)口向上。提餾段一側(cè)在擋流板下方與壁面接觸部位開(kāi)孔，相鄰孔間距不少于2倍孔直徑，開(kāi)孔半徑為擋流板高度的1/2 1/10，擋流板上方也開(kāi)孔，與下方孔交錯(cuò)排列；精餾段一側(cè)擋流板上側(cè)與壁面接觸，并在擋流板上方開(kāi)孔，相鄰擋流板開(kāi)孔處交錯(cuò)排列，相鄰孔間距不少于2倍孔直徑，每級(jí)擋流板開(kāi)孔數(shù)量不少于2個(gè)，開(kāi)孔半徑為擋流板高度的1/2 1/10。為了更好的對(duì)換熱壁結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明，在此僅僅選取四個(gè)實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明，但并不因此限制本發(fā)明和技術(shù)的應(yīng)用范圍。實(shí)例1 內(nèi)部熱集成降膜蒸餾裝置換熱壁為平板結(jié)構(gòu)，精餾段和提餾段兩側(cè)各設(shè)有擋流板，擋流板高度(L)為塔高的1/30，擋流板和壁面夾角(α)為30°，相鄰擋流板間距為5L。提餾段一側(cè)下方與壁面接觸，精餾段一側(cè)上方與壁面接觸。提餾段一側(cè)在擋流板下方與壁面接觸部位開(kāi)孔，開(kāi)孔半徑為L(zhǎng)的1/4，開(kāi)孔數(shù)量為10個(gè)，同時(shí)擋流板上方也開(kāi)孔， 開(kāi)孔大小與下方相同，并與下方孔交錯(cuò)排列。精餾段一側(cè)擋流板上側(cè)與壁面接觸，并在擋流板上方開(kāi)孔，開(kāi)孔大小和數(shù)量與提餾段上方相同，相鄰擋流板開(kāi)孔處交錯(cuò)排列。實(shí)例2 內(nèi)部熱集成降膜蒸餾裝置換熱壁為平板結(jié)構(gòu)，精餾段和提餾段兩側(cè)各設(shè)有擋流板，L為塔高的1/40，α =45°，相鄰擋流板間距為8L。提餾段一側(cè)下方與壁面接觸，精餾段一側(cè)上方與壁面接觸。提餾段一側(cè)在擋流板下方與壁面接觸部位開(kāi)孔，開(kāi)孔半徑為L(zhǎng)的1/4，開(kāi)孔數(shù)量為10個(gè)，同時(shí)擋流板上方也開(kāi)孔，開(kāi)孔大小與下方相同，并與下方孔交錯(cuò)排列。精餾段一側(cè)擋流板上側(cè)與壁面接觸，并在擋流板上方開(kāi)孔，開(kāi)孔大小和數(shù)量與提餾段上方相同，相鄰擋流板開(kāi)孔處交錯(cuò)排列。實(shí)例3 內(nèi)部熱集成降膜蒸餾裝置換熱壁為圓筒結(jié)構(gòu)，精餾段和提餾段兩側(cè)各設(shè)有擋流板，L為塔高的1/50，α =10°，相鄰擋流板間距為10L。提餾段一側(cè)下方與壁面接觸，精餾段一側(cè)上方與壁面接觸。提餾段一側(cè)在擋流板下方與壁面接觸部位開(kāi)孔，開(kāi)孔半徑為L(zhǎng)的1/5，，開(kāi)孔數(shù)量為8個(gè)，對(duì)稱(chēng)分布，同時(shí)擋流板上方也開(kāi)孔，開(kāi)孔大小下方相同，并與下方孔交錯(cuò)排列。精餾段一側(cè)擋流板上側(cè)與壁面接觸，并在擋流板上方開(kāi)孔，開(kāi)孔大小和數(shù)量與提餾段上方相同，相鄰折流板開(kāi)孔處交錯(cuò)排列。實(shí)例4 內(nèi)部熱集成降膜蒸餾裝置換熱壁為圓筒結(jié)構(gòu)，精餾段和提餾段兩側(cè)各設(shè)有擋流板，L為塔高的1/45，α =60°，相鄰擋流板間距為12L。提餾段一側(cè)下方與壁面接觸，精餾段一側(cè)上方與壁面接觸。提餾段一側(cè)在擋流板下方與壁面接觸部位開(kāi)孔，開(kāi)孔半徑為L(zhǎng)的1/3，開(kāi)孔數(shù)量為12個(gè)，對(duì)稱(chēng)分布，同時(shí)擋流板上方也開(kāi)孔，開(kāi)孔大小下方相同，并與下方孔交錯(cuò)排列。精餾段一側(cè)擋流板上側(cè)與壁面接觸，并在擋流板上方開(kāi)孔，開(kāi)孔大小和數(shù)量與提餾段上方相同，相鄰擋流板開(kāi)孔處交錯(cuò)排列。設(shè)備運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)定后，提餾段一側(cè)液相沿壁面流下，在擋流板處積液后從其上方孔溢出，受熱蒸發(fā)氣相從擋流板下方孔進(jìn)入，并在擋流板凹槽處與液相混合后進(jìn)入上一級(jí)擋流板，混合后的液相沿內(nèi)壁流到下級(jí)擋流板；精餾段一側(cè)氣相從擋流板上方孔進(jìn)入，并與逆流向下的液相混合。當(dāng)溢流液相流經(jīng)開(kāi)孔結(jié)構(gòu)時(shí)，流動(dòng)的液體可以更為有效的聚集，流下的液體導(dǎo)流到下一級(jí)擋流板凹槽處，由于相鄰孔結(jié)構(gòu)交錯(cuò)排列，液相在流入下一級(jí)擋流板后，并未直接溢流而下，而是先在擋流板凹槽處流動(dòng)一段距離后再?gòu)妮^近孔流出，增加了液相湍動(dòng)程度。 另外，自下而上流動(dòng)的氣相從擋流板下方孔進(jìn)入，降低了壓降，增加了氣液通量，更為有效的實(shí)現(xiàn)了液相更新和氣液傳質(zhì)面積的增大。以上實(shí)施例僅是為說(shuō)明本發(fā)明而所舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此。根據(jù)不同的分離要求，擋流板數(shù)量、高度和傾斜角度，擋流板上所開(kāi)孔數(shù)量、大小和高度也可以有多種安排。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明基礎(chǔ)上所做的等同替代和變換，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)部熱集成降膜蒸餾裝置，包括精餾段、提餾段、再沸器、冷凝器、節(jié)流閥和壓縮機(jī)；其特征是精餾段頂部設(shè)置有蒸汽出口( 和液體回流口 G)，精餾段底部設(shè)置有蒸汽進(jìn)口(8)和液體出口(7)，提餾段頂部設(shè)置有蒸汽出口(6)和液體進(jìn)口(5)，提餾段底部設(shè)置有液體出口(1)和蒸汽回流口 O)，精餾段和提餾段間壁為換熱壁。
2.權(quán)利要求1所述的蒸餾裝置換熱壁結(jié)構(gòu)，其特征是精餾段和提餾段兩側(cè)各設(shè)有擋流板(沈)，擋流板06)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(XT)夾角不大于60°，精餾段內(nèi)擋流板和壁面夾角開(kāi)口向下，提餾段內(nèi)擋流板和壁面夾角開(kāi)口向上。
3.如權(quán)利要求2所述的換熱壁結(jié)構(gòu)，其特征是提餾段一側(cè)在擋流板下方與壁面接觸部位開(kāi)孔(25)，相鄰孔間距不少于2倍孔直徑，開(kāi)孔半徑為擋流板高度的1/2 1/10，擋流板上方也開(kāi)孔，與下方孔交錯(cuò)排列；精餾段一側(cè)擋流板上側(cè)與壁面接觸，并在擋流板上方開(kāi)孔，相鄰擋流板開(kāi)孔處交錯(cuò)排列，相鄰孔間距不少于2倍孔直徑，每級(jí)擋流板開(kāi)孔數(shù)量不少于2個(gè)，開(kāi)孔半徑為擋流板高度的1/2 1/10。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種內(nèi)部熱集成降膜蒸餾裝置及換熱壁結(jié)構(gòu)。其精餾段和提餾段兩側(cè)各設(shè)有擋流板，擋流板高度為塔高的1/5～1/200，相鄰擋流板間距為擋流板高度的2～50倍，擋流板與壁面夾角不大于60°，精餾段內(nèi)擋流板和壁面夾角開(kāi)口向下，提餾段內(nèi)擋流板和壁面夾角開(kāi)口向上。提餾段一側(cè)在擋流板下方與壁面接觸部位開(kāi)孔，便于提餾段上升蒸汽從孔中穿過(guò)，相鄰孔間距不少于2倍孔直徑，開(kāi)孔半徑為擋流板高度的1/2～1/10，擋流板上方也開(kāi)孔，與下方孔交錯(cuò)排列，便于液體溢流。每級(jí)擋流板開(kāi)孔數(shù)量不少于2個(gè)，開(kāi)孔半徑為擋流板高度的1/2～1/10。本發(fā)明不僅能極大地減少能量損失，降低精餾過(guò)程的能耗，而且能增大兩相間的傳熱傳質(zhì)，有效提高分離效果。
文檔編號(hào)B01D3/32GK102188834SQ20111011743
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月6日
發(fā)明者劉春江, 孫博, 朱明 , 袁希鋼 申請(qǐng)人:天津大學(xué)