板翅式换热器、下流再沸器和低温空气分离装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种板翅式换热器或下流再沸器／冷凝器，该换热器是应用最佳翅片尺寸来提高蒸发和冷凝流体如致冷剂（如，氧和氮）之间传热效率，还公开一种具有这种再沸器／冷凝器的低温空气分离装置。在一个实施例中，该板翅式换热器有许多翅片被配置在一些相邻的隔离片材之间，这些翅片的高度一致小于或等于英寸，翅片出现率一致大于或等于２５／英寸，翅片厚度一致小于或等于０．００８英寸。这种优化的翅片最有效地至少被应用在蒸发物流通道难走分配部段下游的第一传热部段内，以及冷凝物流通道入口和出口分配器段之间的整个传热部段内。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一些换热器，特别是在混合气体的低温蒸馏过程中被用作下流再沸器的板翅式换热器，例如常压蒸馏出其成分元素(氮、氧、氩等)。低温分离空气是通过使液体和蒸气逆流穿过一蒸馏塔来实现的。汽相混合物随着易辉发性成分(如氮)不断增加浓度而上升，同时液相混合物随着不易辉发成分(如氧)不断增加浓度而下降。借助于低温蒸馏而将空气中的成分分离出的工艺有多种。附图说明图1中示意性地示有一综合的低温空气分离装置10。高压进给空气1被送入高压蒸馏塔2的底部，在那里空气被分离成富氮蒸气5和富氧液体3。富氧液体3从高压蒸馏塔2被送入到一低压蒸馏塔4。低压蒸馏塔4可分为多个分段。作为实例，图1中示有这三个分段(4A、4B、4C)。富氮蒸气5进入一冷凝器或再沸器6。在那里借助与富氧液体的换热，使富氮被冷凝成液体，对高压蒸馏塔2形成回流7A，而富氧液体则形成蒸出物到低压塔4。富氮液体部分8A被放出，部分用作高压蒸馏塔2回流，剩余物8B作为液体回流被送入低压蒸馏塔4。在低压蒸馏塔4中，进给液体(3,8B)通过低温蒸馏被分离成富氧和富氮成分。富氮成分作为蒸气9A被排出，富氧成分作为另一蒸气9B被排出。另一方面，使富氧成分可以则作为液体从环绕再沸器/冷凝器6的槽中排出。废物流11从低压蒸馏塔4中被排出。本专利技术涉及一种特殊型式的板翅式换热器，这种换热器在上述低温工艺中用作再沸器/冷凝器6。在这种通常被称作“下流再沸器”或“降膜蒸发器”的换热器中，热交换是在一组通道的沸腾物流或蒸发物流和另一组通道的冷凝物流之间间接进行的、术语“下流”或“降可能向上或与蒸发物流的流动相交叉，但通常冷凝物流的流动方向也是向下的。这种换热器能热连接两个蒸馏塔，在一个蒸馏塔的顶部，含有氮或氩的冷凝物流用作回流，在另一蒸馏塔的底部，含有蒸发物流的氧用作蒸出物。如图1中所示氮及前面所讨论的。虽然在努力设计和建造更具能效的气体分离设备，特别是大型设备的过程中，已经生产出许多高性能、高效率的蒸馏塔、压缩机、泵和膨胀器、换热器，特别是再沸器/冷凝器，在增进能效和改进性能上仍是个有潜力的领域。铜焊板翅式铝换热器在空气分离和其他低温装置上通常用来作再沸器/冷凝器。可使这种换热器的传热性能受到翅片尺寸变化的影响。例如三个可以变化的主要参数是翅片高度、翅片厚度和翅片出现率。虽然下流再沸器用于低温工业已有多年，但板翅式换热器的制造厂家仍未能提出如本专利技术所论及的最佳翅片设计。通过实验和分析，本专利技术已得到一些惊人而意外的发现，这些发现是关于翅片尺寸优化的，以使空气分离设备中再沸器的性能最佳。这些惊人而意外的发现，可以用来制造本专利技术的改进板翅式换热器，而当这种换热器在空气分离设备中被用作再沸器时，将产生更加有效的空气分离工艺。最佳翅片设计，就是要使下流再沸器的尺寸、重量和/或成本趋于最小值。这样将使空气分离工艺效率更高，以及/或单位产量的成本更低。还要使用一种比现有技术再沸器更紧凑、效率更高的下流再沸器以使空气分离有一个更有效的工艺。还要有一种方法便于装配应用最佳翅片设计的板翅式换热器或下流再沸器。基于惊人而意外的发现，本专利技术应用较低的翅片高度、薄的翅片厚度和高的翅片出现率，对用于下流再沸器的板翅式换热器提供最佳的翅片设计。特别是，本专利技术的板翅式换热器或下流再沸器应用了如下面要讨论的最佳翅片尺寸。本专利技术也包括一种方法来装配这种板翅式换热器和装配具有这种换热器或下流再沸器的低温空气分离装置。在第一个实施例中，板翅式换热器有很多翅片，这些翅片以基本上一致的翅片出现率即大于或等于每英寸25片，被配置在相邻隔离片材之间，而且每个翅片基本上等高，其高度小于或等于0.2英寸。在第二个实施例中，板翅式换热器有许多翅片，这些翅片被配置在相邻隔离片材之间，每个翅片都是基本等高和等厚的，其高度和厚度分别为小于或等于0.20英寸及小于或等于0.008英寸。在第三个实施例中，板翅式换热器有很多翅片，这些翅片以基本一致的翅片出现率即大于或等于每英寸25片，被配置在相邻隔离片材之间，每个翅片都是基本等高和等厚的，其高度和厚度分别为小于或等于0.20英寸及小于或等于0.008英寸。例如，在这一换热器中，翅片出现率为每英寸40片，翅片高度约为0.100英寸，翅片厚度约为0.004英寸。在另一这样换热器中，翅片出现率约为每英寸40片，翅片高度约为0.100英寸，翅片厚度约为0.008英寸。这些翅片可以是平的、穿孔的、齿形的或波(人字)形的。通常，这些翅片是用铝或铝合金制成的。然而，翅片也可以由其他导热材料制成。第四个实施例是用于再沸器或冷凝器设施的板翅式换热器，该换热器具有一个包含多个平行隔离片材和被配置在相邻隔离片材之间的许多波形翅片组合的平行六面体。这些翅片具有基本一致的、大于或等于每英寸25片的出现率，每个翅片都基本等高和等厚，其高度和厚度分别小于或等于0.20英寸和0.008英寸。本专利技术的另一方面是具有按本专利技术板翅式换热器的低温空气分离装置。例如，低温空气分离装置可以有一个如上面第四实施例所述的用于再沸器或冷凝器设施的板翅式换热器。本专利技术还有一方面是提供一种按本专利技术的板翅式换热器装配方法，就如上面讨论这些实施例中所描述的。这种换热器的装配方法包括以下步骤。第一步骤是准备两块基本平行的隔离片材，下一步骤是使一长条片材加工成波状，以形成许多具有基本一致翅片出现率的翅片，这些翅片基本等高、等厚。最后步骤是在隔离片材之间配置这些波状翅片片材。在装配方法的一个实施例中，翅片出现率大于或等于每英寸25片，翅片高度小于或等于0.20英寸，翅片厚度小于或等于0.008英寸。现在对本专利技术的一些实施例结合附图作为实例来描述，其中图1是一空气分离装置的示意性视图；图2是立体图表示一下流再沸器及其难走和易走翅片的局部放大图；图3A示意性地表示一换热器的蒸发物流通道，该换热器用作下流再沸器说明本专利技术的一个应用；图3B示意性地表示一换热器的冷凝物流通道，该换热器用作下流再沸器表示本专利技术的一个应用；图4是一板翅式换热器的一基本单元或分组件的分解透视图；图5A-D表示应用在板翅式换热器上的四种常用翅片；图6为一示意图表示隔离片材之间一翅片的基本组件和液体物流在通道A和B内，这些通道实际上被隔离片材相互隔离；图7为一示意图表示简化的装有翅片通道的几何形状，这里假设通道大致是矩形的；图8是一图表显示翅片厚度tf为常数0.008英寸，翅片出现率fpi为常数25片/英寸时，*与*随翅片高度H而变化的情况；图9为一图表显示翅片高度H为常数0.25英寸，翅片出现率为常数25片/英寸时，*和*随翅片高度H而变化的情况；图10为一图表显示翅片高度H为常数0.25英寸，翅片厚度tf为常数0.008英寸时，*和*随翅片出现率而变化的情况；图11为一图表，该图表由标出相对热驱动力和再沸器单位体积的相对负荷之比表示现有技术再沸器的工作特性。图12为一图表，该图表由标出相对热驱动力和再沸器单位体积的相对负荷之比表示按本专利技术的一再沸器工作特性。本专利技术为一板翅式换热器，如前所述，应用最佳的翅片尺寸以提高在沸腾和冷凝流体诸如冷冻剂(如氧和氮)之间的传热效率。提到将换热器作为再沸器/冷凝器用于空气分离设备中，这是要想指出优先的应用。然而，本专利技术可以用在需要本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种板翅式换热器，该换热器有许多翅片以基本一致的翅片出现率被配置在一些相邻隔离片材之间，每个翅片有一基本一致的高度，其中：翅片高度小于或等于０．２０英寸，和翅片出现率大于或等于２５／英寸。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：S森德，PA霍顿，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]