專利名稱：一種內部熱集成降膜蒸餾裝置及換熱壁結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于精餾技術領域，特別涉及一種內部熱集成降膜蒸餾裝置及換熱壁結構。
背景技術：
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5給出了一種塔間透熱的內部熱集成精餾塔示意圖，其中內塔為精餾段，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過節(jié)流閥減壓后進入提餾段的頂部。所謂內部熱集成，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。對于內部熱集成精餾系統(tǒng)精餾段和提餾段之間換熱壁，其結構設計至關重要，傳統(tǒng)熱交換塔壁汽液兩相由于沒有擋流板，導致其接觸時間短，壁間換熱量低，理論塔板數(shù)少，汽液兩相傳熱傳質不充分，從而影響了分離效率，因此需要對其壁面結構進行優(yōu)化以提高傳質分離效果。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的，是為了提出一種新型內部熱集成精餾裝置精餾段和提餾段間換熱
壁結構。本發(fā)明是通過以下技術方案加以實現(xiàn)的一種內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；其中精餾段頂部設置有蒸汽出口( 和液體回流口 G)，精餾段底部設置有蒸汽進口(8)和液體出口(7)，提餾段頂部設置有蒸汽出口(6)和液體進口(5)，提餾段底部設置有液體出口(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構，精餾段和提餾段兩側各設有擋流板( )，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°，精餾段內擋流板和壁面夾角開口向下，提餾段內擋流板和壁面夾角開口向上。本發(fā)明的換熱壁結構(如圖2、3、4、6)，提餾段一側在擋流板下方與壁面接觸部位開孔(25)，相鄰孔間距不少于2倍孔直徑，開孔半徑為擋流板高度的1/2 1/10，擋流板上方也開孔，與下方孔交錯排列；精餾段一側擋流板上側與壁面接觸，并在擋流板上方開孔， 相鄰擋流板開孔處交錯排列，相鄰孔間距不少于2倍孔直徑，每級擋流板開孔數(shù)量不少于2 個，開孔半徑為擋流板高度的1/2 1/10。
具體說明如下采用內部熱集成技術的降膜蒸發(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。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 O)。原料液在提餾段底經過再沸器04)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0 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)在冷凝器作用下采出，并部分通過回流口(4)返回精餾塔頂部。精餾塔底部液體從液體出口(7)流出后首先經過節(jié)流閥降壓，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0 被壓縮入精餾塔底部，未蒸發(fā)的液體部分采出，部分經過再沸器04) 重新變?yōu)檎羝M入精餾塔。本發(fā)明的優(yōu)點是結合內部熱耦合技術，通過改變換熱壁結構，增大液相和氣相的流動距離以及接觸時間，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，提高分離效果。


圖1為并排式內部熱集成降膜蒸餾裝置圖。圖2為并排式內部熱集成降膜蒸餾裝置提餾段換熱壁結構。圖3為并排式內部熱集成降膜蒸餾裝置精餾段換熱壁結構。圖4為并排式內部熱集成降膜蒸餾裝置換熱壁結構側視圖。圖5為套筒式內部熱集成降膜蒸餾裝置圖。圖6(a)為套筒式內部熱集成降膜蒸餾裝置換熱壁結構剖面圖；圖6(b)為帶有標識的套筒式內部熱集成降膜蒸餾裝置換熱壁結構剖面圖。
具體實施例方式下面根據附圖對本發(fā)明做進一步的說明。采用內部熱集成技術的降膜蒸發(fā)器換熱壁結構(如圖2、3、4、6)，其特征在于精餾段和提餾段兩側各設有擋流板，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°，精餾段內擋流板和壁面夾角開口向下， 提餾段內擋流板和壁面夾角開口向上。提餾段一側在擋流板下方與壁面接觸部位開孔，相鄰孔間距不少于2倍孔直徑，開孔半徑為擋流板高度的1/2 1/10，擋流板上方也開孔，與下方孔交錯排列；精餾段一側擋流板上側與壁面接觸，并在擋流板上方開孔，相鄰擋流板開孔處交錯排列，相鄰孔間距不少于2倍孔直徑，每級擋流板開孔數(shù)量不少于2個，開孔半徑為擋流板高度的1/2 1/10。為了更好的對換熱壁結構進行說明，在此僅僅選取四個實例進行說明，但并不因此限制本發(fā)明和技術的應用范圍。實例1 內部熱集成降膜蒸餾裝置換熱壁為平板結構，精餾段和提餾段兩側各設有擋流板，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。提餾段一側下方與壁面接觸，精餾段一側上方與壁面接觸。提餾段一側在擋流板下方與壁面接觸部位開孔，開孔半徑為L的1/4，開孔數(shù)量為10個，同時擋流板上方也開孔， 開孔大小與下方相同，并與下方孔交錯排列。精餾段一側擋流板上側與壁面接觸，并在擋流板上方開孔，開孔大小和數(shù)量與提餾段上方相同，相鄰擋流板開孔處交錯排列。實例2 內部熱集成降膜蒸餾裝置換熱壁為平板結構，精餾段和提餾段兩側各設有擋流板，L為塔高的1/40，α =45°，相鄰擋流板間距為8L。提餾段一側下方與壁面接觸，精餾段一側上方與壁面接觸。提餾段一側在擋流板下方與壁面接觸部位開孔，開孔半徑為L的1/4，開孔數(shù)量為10個，同時擋流板上方也開孔，開孔大小與下方相同，并與下方孔交錯排列。精餾段一側擋流板上側與壁面接觸，并在擋流板上方開孔，開孔大小和數(shù)量與提餾段上方相同，相鄰擋流板開孔處交錯排列。實例3 內部熱集成降膜蒸餾裝置換熱壁為圓筒結構，精餾段和提餾段兩側各設有擋流板，L為塔高的1/50，α =10°，相鄰擋流板間距為10L。提餾段一側下方與壁面接觸，精餾段一側上方與壁面接觸。提餾段一側在擋流板下方與壁面接觸部位開孔，開孔半徑為L的1/5，，開孔數(shù)量為8個，對稱分布，同時擋流板上方也開孔，開孔大小下方相同，并與下方孔交錯排列。精餾段一側擋流板上側與壁面接觸，并在擋流板上方開孔，開孔大小和數(shù)量與提餾段上方相同，相鄰折流板開孔處交錯排列。實例4 內部熱集成降膜蒸餾裝置換熱壁為圓筒結構，精餾段和提餾段兩側各設有擋流板，L為塔高的1/45，α =60°，相鄰擋流板間距為12L。提餾段一側下方與壁面接觸，精餾段一側上方與壁面接觸。提餾段一側在擋流板下方與壁面接觸部位開孔，開孔半徑為L的1/3，開孔數(shù)量為12個，對稱分布，同時擋流板上方也開孔，開孔大小下方相同，并與下方孔交錯排列。精餾段一側擋流板上側與壁面接觸，并在擋流板上方開孔，開孔大小和數(shù)量與提餾段上方相同，相鄰擋流板開孔處交錯排列。設備運行達到穩(wěn)定后，提餾段一側液相沿壁面流下，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入，并在擋流板凹槽處與液相混合后進入上一級擋流板，混合后的液相沿內壁流到下級擋流板；精餾段一側氣相從擋流板上方孔進入，并與逆流向下的液相混合。當溢流液相流經開孔結構時，流動的液體可以更為有效的聚集，流下的液體導流到下一級擋流板凹槽處，由于相鄰孔結構交錯排列，液相在流入下一級擋流板后，并未直接溢流而下，而是先在擋流板凹槽處流動一段距離后再從較近孔流出，增加了液相湍動程度。 另外，自下而上流動的氣相從擋流板下方孔進入，降低了壓降，增加了氣液通量，更為有效的實現(xiàn)了液相更新和氣液傳質面積的增大。以上實施例僅是為說明本發(fā)明而所舉，本發(fā)明的保護范圍不限于此。根據不同的分離要求，擋流板數(shù)量、高度和傾斜角度，擋流板上所開孔數(shù)量、大小和高度也可以有多種安排。本技術領域的技術人員在本發(fā)明基礎上所做的等同替代和變換，均在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種內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；其特征是精餾段頂部設置有蒸汽出口( 和液體回流口 G)，精餾段底部設置有蒸汽進口(8)和液體出口(7)，提餾段頂部設置有蒸汽出口(6)和液體進口(5)，提餾段底部設置有液體出口(1)和蒸汽回流口 O)，精餾段和提餾段間壁為換熱壁。
2.權利要求1所述的蒸餾裝置換熱壁結構，其特征是精餾段和提餾段兩側各設有擋流板(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°，精餾段內擋流板和壁面夾角開口向下，提餾段內擋流板和壁面夾角開口向上。
3.如權利要求2所述的換熱壁結構，其特征是提餾段一側在擋流板下方與壁面接觸部位開孔(25)，相鄰孔間距不少于2倍孔直徑，開孔半徑為擋流板高度的1/2 1/10，擋流板上方也開孔，與下方孔交錯排列；精餾段一側擋流板上側與壁面接觸，并在擋流板上方開孔，相鄰擋流板開孔處交錯排列，相鄰孔間距不少于2倍孔直徑，每級擋流板開孔數(shù)量不少于2個，開孔半徑為擋流板高度的1/2 1/10。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種內部熱集成降膜蒸餾裝置及換熱壁結構。其精餾段和提餾段兩側各設有擋流板，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°，精餾段內擋流板和壁面夾角開口向下，提餾段內擋流板和壁面夾角開口向上。提餾段一側在擋流板下方與壁面接觸部位開孔，便于提餾段上升蒸汽從孔中穿過，相鄰孔間距不少于2倍孔直徑，開孔半徑為擋流板高度的1/2～1/10，擋流板上方也開孔，與下方孔交錯排列，便于液體溢流。每級擋流板開孔數(shù)量不少于2個，開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，降低精餾過程的能耗，而且能增大兩相間的傳熱傳質，有效提高分離效果。
文檔編號B01D3/32GK102188834SQ20111011743
公開日2011年9月21日 申請日期2011年5月6日 優(yōu)先權日2011年5月6日
發(fā)明者劉春江, 孫博, 朱明 , 袁希鋼 申請人:天津大學