一种强化传热的内部热集成精馏塔制造技术

本发明专利技术公开了一种强化传热的内部热集成精馏塔，该精馏塔为同轴套筒式双塔结构，包括精馏段内塔和提馏段外塔，所述精馏段内塔介于两块精馏段塔板之间的精馏段塔壁上沿径向对称地设置有两个位于相同水平高度的重力式热管换热元件，所述重力式热管换热元件包括贯穿地固定设置在精馏段塔壁上的换热元件热管绝热段直管及分别连接于换热元件热管绝热段直管两端的蒸发段和冷凝段，所述蒸发段位于精馏段内塔内，所述冷凝段位于提馏段外塔内，实现精馏段内塔、提馏段外塔之间热量传递。本发明专利技术结构简单，方便实用，较好地解决了内部热集成精馏塔在传热、传质及流体水力学等方面的问题，为精馏塔节能提供了一个较好的实用方案。

【技术实现步骤摘要】
一种强化传热的内部热集成精馏塔
本专利技术涉及精馏
，特别涉及一种强化传热的内部热集成精馏塔。
技术介绍
精馏技术发展成熟，其适用范围广、处理量大、生产弹性大、易于操作和运行稳定，在化工分离工艺中一般被优先考虑使用，是化工生产中应用最多的分离手段。但精馏技术普遍存在着明显的缺点，其大量使用能量分离剂而造成了生产能耗过高，精馏过程能耗占整个化工行业中分离过程能耗的50%~70%。为了实现精馏技术的节能，其中一种方法是回收精馏过程的能量来提高过程的可逆性，而内部热集成精馏技术被认为能大幅度提高精馏过程可逆性、节能程度最高的精馏节能技术。图1给出了同轴圆筒透热的内部热集成精馏塔示意图，内塔为精馏段，外塔为提馏段，通过压缩机和节流阀使得精馏段比提馏段具有更高的操作压力和温度。内塔精馏段上升蒸气向外塔提馏段传递热量，自身部分冷凝成液相，同时提馏段液相吸收热量部分蒸发为气相，精馏段和提馏段的能量被回收，实现内部热集成。内部热集成精馏塔的内部传热为该技术的关键，但目前的传热操作主要以塔壁结构来实现，存在诸多问题，难以满足内部热集成精馏技术所需的传热任务。塔壁结构使得内部热集成的传热以对流传热为主，不能提供较高的传热系数，而且由于结构的限制塔壁所提供的传热面积也十分有限。当内部热集成精馏塔以板式塔的型式处理产能较大的产品提纯时，难以避免在内塔和外塔都存在传热死区。随着产品处理量的增大，内部热集成精馏技术所要完成的内部换热量也随之增大，以塔壁结构为基础的间壁式换热方法没有充分利用相变传热，无法很好地解决内部传热问题。要想充分利用内部热集成精馏塔的优势，提高内部热集成精馏塔的适用范围，特别是高内部传热量的大处理量精馏过程，必须解决内部热集成精馏塔的传热问题。
技术实现思路
本专利技术针对上述内部热集成精馏塔的内部换热问题，通过强化传热设计，提出了一种能满足换热需要的，新型的内部热集成精馏塔。本专利技术通过以下技术实现: 一种强化传热的内部热集成精馏塔，采用套筒式双塔结构，包括内部设有提馏段塔板及提馏段降液管的筒状提馏段外塔及内部设置有精馏段塔板及精馏段降液管的筒状精馏段内塔，所述精馏段内塔套设于提馏段外塔中间，所述精馏段内塔介于两块精馏段塔板之间的精馏段塔壁上沿径向对称地设置有两个位于相同水平高度的重力式热管换热元件，所述重力式热管换热元件包括贯穿地固定设置在精馏段塔壁上的换热元件热管绝热段直管及分别连接于换热元件热管绝热段直管两端的蒸发段和冷凝段，所述蒸发段位于精馏段内塔内，所述冷凝段位于提馏段外塔内，实现精馏段内塔、提馏段外塔之间热量传递。 进一步地，所述冷凝段包括若干换热元件热管冷凝段热管、换热元件热管冷凝段总管、换热元件热管冷凝段总管接口，所述换热元件热管冷凝段总管两端密封，所述换热元件热管冷凝段热管相互平行地沿长度方向垂直焊接或一体式铸造在所述换热元件热管冷凝段总管上，所述换热元件热管冷凝段热管远离换热元件热管冷凝段总管的一端密封设置，所述换热元件热管冷凝段总管接口一端垂直焊接或一体式铸造于换热元件热管冷凝段总管中部，另一端与换热元件热管绝热段直管位于提馏段外塔的一端螺纹连接；所述蒸发段包括换热元件热管蒸发段总管、若干换热元件热管蒸发段热管、换热元件热管蒸发段总管接口，所述换热元件热管蒸发段总管两端密封，所述换热元件热管蒸发段热管相互平行地沿长度方向垂直焊接或一体式铸造在所述换热元件热管蒸发段总管上，所述换热元件热管蒸发段热管远离换热元件热管蒸发段总管的一端密封设置，所述换热元件热管蒸发段总管接口一端垂直焊接或一体式铸造于换热元件热管蒸发段总管中部，另一端与换热元件热管绝热段直管位于精馏段内塔的一端螺纹连接。重力式热管换热元件的热管冷凝段和热管蒸发段包括多根具有热管结构的一端密封的单根热管，分别并接到换热元件热管冷凝段总管和换热元件热管蒸发段总管中，两个总管再通过换热元件热管绝热段直管连接成一个闭合的热管。单根热管与总管可通过焊接方式连接，也可以铸造成一体。进一步地，所述热管冷凝段总管接口为水平设置的直线形管道，且所述热管冷凝段总管接口、热管冷凝段热管和热管冷凝段总管在同一水平面上；所述热管蒸发段总管接口为曲线形管道，其连接热管蒸发段总管的一端及热管蒸发段热管和热管蒸发段总管在精馏塔纵向方向上比热管冷凝段总管接口低(TlOOmm。进一步地，所述冷凝段 沿馏段外塔直径方向的长度为提馏段外塔环形截面内外半径之差的50%~80%，所述蒸发段沿精馏段内塔直径方向的长度为精馏段内塔半径的80-95%，所述热管蒸发段总管的长度为精馏段塔板鼓泡区宽度的70-100%。进一步地，所述提馏段塔板比相邻精馏段塔板垂直高度高120mm以上，保证换热元件在精馏段部分没有被液体淹没且大部分暴露在气相区域，而换热元件在提馏段部分则大部分淹没在液相中。进一步地，所述热管冷凝段热管上垂直地焊接有相互平行的换热元件热管冷凝段翅片，所述换热元件热管蒸发段热管上垂直地焊接有相互平行的换热元件热管蒸发段翅片，所述换热元件热管冷凝段翅片及换热元件热管蒸发段翅片的间距大于20_，所述换热元件热管冷凝段翅片及换热元件热管蒸发段翅片顶端与上一块塔板的距离大于80mm，翅片不能为螺旋式或纵向的，以避免了翅片对塔内流体在纵向方向流动的阻碍，应为板状翅片，板状翅片可以逐块焊接在换热元件热管蒸发段热管或热管冷凝段热管上，也可以做成一体的板状套装翅片一次性安装。进一步地，所述换热元件热管绝热段直管两端分别同轴地设有环形凸台状换热元件热管绝热段直管在提馏段内接口和换热元件热管绝热段直管在精馏段内接口，所述换热元件热管绝热段直管在提馏段内接口和换热元件热管绝热段直管在精馏段内接口的外周各设置有换热元件热管绝热段接口外螺纹，所述换热元件热管绝热段直管在提馏段内接口和换热元件热管绝热段直管在精馏段内接口中心各设置有可插入所述换热元件热管冷凝段总管接口及换热元件热管蒸发段总管接口的阶梯孔，所述换热元件热管冷凝段总管接口及换热元件热管蒸发段总管接口外周分别设置有换热元件热管冷凝段总管接口外螺纹和换热元件热管蒸发段总管接口外螺纹，所述换热元件热管冷凝段总管接口外螺纹和换热元件热管蒸发段总管接口外螺纹上各设置有一个螺母，所述换热元件热管绝热段接口外螺纹上均设置有相配合的压盖螺母，所述压盖螺母远离换热元件热管绝热段接口外螺纹的一端向内延伸设置有环形凸边，所述环形凸边的内径与换热元件热管冷凝段总管接口及换热元件热管蒸发段总管接口上向外延伸设置的环形凸缘的外径相一致，所述压盖螺母内孔与螺母的外圆间隙配合，所述换热元件热管冷凝段总管接口端面与阶梯孔的孔底之间、换热元件热管蒸发段总管接口的端面与阶梯孔的孔底之间分别设置有冷凝段主密封垫圈和蒸发段主密封垫圈。进一步地，所述压盖螺母端面与换热元件热管绝热段直管的外圆轴肩之间分别设置有外塔热管绝热段螺纹保护密封垫圈和内塔热管绝热段螺纹保护密封垫圈，位于精馏段内塔和提馏段外塔内的螺母与压盖螺母的环形凸边之间分别设置有蒸发段总管接口密封垫圈和冷凝段总管接口密封垫圈。进一步地，所述换热元件热管绝热段直管贯穿地焊接固定在精馏段塔壁上，所述换热元件热管绝热段直管下方还对称设置有位于精馏段塔壁内外侧的筋板。进一步地，所述换热元件热管蒸发段翅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种强化传热的内部热集成精馏塔，采用套筒式双塔结构，包括内部设有提馏段塔板(19)及提馏段降液管(27b)的筒状提馏段外塔(15)及内部设置有精馏段塔板(20)及精馏段降液管(27a)的筒状精馏段内塔(16)，所述精馏段内塔(16)套设于提馏段外塔(15)中间，其特征在于：所述精馏段内塔(16)介于两块精馏段塔板(20)之间的精馏段塔壁(22)上沿径向对称地设置有两个位于相同水平高度的重力式热管换热元件，所述重力式热管换热元件包括贯穿地固定设置在精馏段塔壁(22)上的换热元件热管绝热段直管(31)及分别连接于换热元件热管绝热段直管(31)两端的蒸发段和冷凝段，所述蒸发段位于精馏段内塔(16)内，所述冷凝段位于提馏段外塔(15)内，实现精馏段内塔（16）、提馏段外塔（15）之间热量传递。

【技术特征摘要】
1.一种强化传热的内部热集成精馏塔，采用套筒式双塔结构，包括内部设有提馏段塔板(19)及提馏段降液管(27b)的筒状提馏段外塔(15)及内部设置有精馏段塔板(20)及精馏段降液管(27a)的筒状精馏段内塔(16)，所述精馏段内塔(16)套设于提馏段外塔(15)中间，其特征在于:所述精馏段内塔(16)介于两块精馏段塔板(20)之间的精馏段塔壁(22)上沿径向对称地设置有两个位于相同水平高度的重力式热管换热元件，所述重力式热管换热元件包括贯穿地固定设置在精馏段塔壁(22)上的换热元件热管绝热段直管(31)及分别连接于换热元件热管绝热段直管(31)两端的蒸发段和冷凝段，所述蒸发段位于精馏段内塔(16)内，所述冷凝段位于提馏段外塔(15)内，实现精馏段内塔(16)、提馏段外塔(15)之间热量传递。2.根据权利要求1所述的强化传热的内部热集成精馏塔，其特征在于:所述冷凝段包括若干换热元件热管冷凝段热管(29)、换热元件热管冷凝段总管(30)、换热元件热管冷凝段总管接口(34)，所述换热元件热管冷凝段总管(30)两端密封，所述换热元件热管冷凝段热管(29)相互平行地沿长度方向垂直焊接或一体式铸造在所述换热元件热管冷凝段总管(30)上，所述换热元件热管冷凝段热管(29)远离换热元件热管冷凝段总管(30)的一端密封设置，所述换热元件热管冷凝段总管接口(34) —端垂直焊接或一体式铸造于换热元件热管冷凝段总管(30)中部，另一端与换热元件热管绝热段直管(31)位于提馏段外塔(15)的一端螺纹连接； 所述蒸发段包括换热元件热管蒸发段总管(32)、若干换热元件热管蒸发段热管(33)、换热元件热管蒸发段 总管接口(42)，所述换热元件热管蒸发段总管(32)两端密封，所述换热元件热管蒸发段热管(33)相互平行地沿长度方向垂直焊接或一体式铸造在所述换热元件热管蒸发段总管(32)上，所述换热元件热管蒸发段热管(33)远离换热元件热管蒸发段总管(32)的一端密封设置，所述换热元件热管蒸发段总管接口(42) —端垂直焊接或一体式铸造于换热元件热管蒸发段总管(32)中部，另一端与换热元件热管绝热段直管(31)位于精馏段内塔(16)的一端螺纹连接。3.根据权利要求2所述的强化传热的内部热集成精馏塔，其特征在于:所述热管冷凝段总管接口(34)为水平设置的直线形管道，且所述热管冷凝段总管接口(34)、热管冷凝段热管(29)和热管冷凝段总管(30)在同一水平面上；所述热管蒸发段总管接口(42)为曲线形管道，其连接热管蒸发段总管(32)的一端及热管蒸发段热管(33)和热管蒸发段总管(32)在精馏塔纵向方向上比热管冷凝段总管接口(34)低OmnTlOOmm。4.根据权利要求3所述的强化传热的内部热集成精馏塔，其特征在于:所述冷凝段沿馏段外塔(15)直径方向的长度为提馏段外塔(15)环形截面内外半径之差的50%~80%，所述蒸发段沿精馏段内塔(16)直径方向的长度为精馏段内塔(16)半径的80、5%，所述热管蒸发段总管(32)的长度为精馏段塔板(20)鼓泡区宽度的70-100%。5.根据权利要求4所述的强化传热的内部热集成精馏塔，其特征在于:所述提馏段塔板(19)比相邻精馏段塔板(20)垂直高度高120mm以上。6.根据权利要求5所述的强化传热的内部热集成精馏塔，其特征在于:所述热管冷凝段热管...

【专利技术属性】
技术研发人员：方利国，甘景洪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44