10种再沸器

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　　关于再沸器

　　沸腾传热设备是化工过程中常用的一种设备,在化工过程中,装于蒸馏塔底部用于汽化塔底产物的换热器通常称之为再沸器(也称之为重沸器)。大多数的再沸器为管壳式换热器。根据实际生产中不同的需要,沸腾过程既可以发生在壳程,也可以发生在管程。加热介质通常是蒸汽,也可以是载热的流体、气体等。

　　再沸器（也称重沸器）顾名思义是使液体再一次汽化。它的结构与冷凝器差不多，不过一种是用来降温，而再沸器是用来升温汽化。

　　再沸器多与分馏塔合用：再沸器是一个能够交换热量，同时有汽化空间的一种特殊换热器。在再沸器中的物料液位和分馏塔液位在同一高度。从塔底线提供液相进入到再沸器中。通常在再沸器中有25-30%的液相被汽化。被汽化的两相流被送回到分馏塔中，返回塔中的气相组分向上通过塔盘，而液相组分掉回到塔底。

　　物料在重沸器受热膨胀甚至汽化，密度变小，从而离开汽化空间，顺利返回到塔里，返回塔中的气液两相，气相向上通过塔盘，而液相会掉落到塔底。由于静压差的作用，塔底将会不断补充被蒸发掉的那部分液位。

　　再沸器的类型分析

　　再沸器可分为交叉流和轴向流两种类型。在交叉流类型中,沸腾过程全部发生在壳程,常用的形式有釜式再沸器、内置式再沸器和水平热虹吸再沸器。在轴向流类型中,沸腾流体沿轴向流动,最常用的形式为立式热虹吸再沸器。

　　当热虹吸再沸器的循环量不够时,则使用泵来增加循环量,这时,称之为强制流动再沸器。强制流动再沸器既可以为立式结构,也可以为水平结构。通常,立式热虹吸再沸器和强制流动再沸器的沸腾过程均发生在管程,但在特殊的应用场合,沸腾过程也可发生在壳程。下面就各种类型再沸器的优缺点及应用作一较详细的分析。

　　1、釜式再沸器

　　釜式再沸器有一个扩大的壳体,汽液分离过程在壳体中进行。液面通过一个垂直的挡板来维持,以保证管束完全浸没在液体中。管束通常为两管程的U形管结构,也可以为多管程的浮头式结构。


　　图1釜式再沸器

　　水动力对釜式再沸器的影响很小,因此,其性能相对可靠,特别在高真空条件下,其性能更好。通过增加管间节距,可获得很高的热流密度,在小温差的条件下,可获得良好的运行状况。釜式再沸器的缺点是容易结垢,通常为所有类型再沸器中最容易结垢的一类,此外,壳体较大,造价较高。釜式再沸器的最佳应用场合是低压、窄沸点范围以及小温差或大温差条件下的洁净流体。对于近临界压力的条件,尽管壳体较大,造价高,但性能较为可靠。

　　2、塔内置式再沸器

　　如图2所示,塔内置式再沸器的特点是管束直接插入蒸馏塔的塔底液池中。其他同釜式再沸器一样,其优点亦和釜式再沸器相同,受水力的影响很小。由于省去了壳体及连接管路等,因而内置式再沸器是所有类型再沸器中造价最低的一种。除了没有壳体外,内置式再沸器的缺点和釜式再沸器一样,此外,其传热面也很有限。其应用场合类似于釜式再沸器。


　　图2塔内置式再沸器

　　3、水平热虹吸再沸器

　　如图3所示,进料是从塔底下降管引入再沸器,液体在壳程沸腾发生汽化,形成密度较小的汽液混合物,由于进料管和排出管中液体的密度差,产生静压差,成为流体自然循环的推动力。加热介质在管内流动,管程可以为单流程,也可以为多流程。其优点是有较高的循环率,因而有较高的流速和较低的出口干度,从而防止了高沸点组分的积聚和降低了结垢的速率。由于管束为水平方向布置,且流动面积易于控制,因而需要的静压头较低。其缺点是壳程结垢后很难清洗。由于折流板及支撑板的影响,在高热流条件下,可发生局部的干涸现象。对于大型热虹吸再沸器,为了使流动分布均匀,需设多个管口和连接管件,这必然增加了再沸器的造价。


　　图3水平热虹吸再沸器

　　对于宽沸点范围的流体,应设水平折流板,以防止轻组分在进口处闪蒸及重组分在出口处浓缩。为了防止流动阻塞和流动不稳定,应对最大热流密度加以限制。该型再沸器适用于中等压力、中等温差及低静压头的场合。

　　4、立式管侧热虹吸再沸器

　　如图4所示,沸腾过程发生在管程,加热介质在壳程,两相流混合物以较高的流速由排

　　出管流向塔内。排出管口的流通截面至少应与管束总的过流面积一样大,排出管的压降应小于总压降的30%。排出管既可由沿轴向的大直径弯管和塔连接,也可采用侧面开口和塔连接。试验表明,出口管的结构对再沸器的性能影响很小,但出口管的最小过流面积对再沸器的性能影响很大。流动循环的驱动压头由塔内液池的液面高度提供。通常,塔内的液面和再沸器的上管板在一个水平面上。对于真空条件,塔内液面高度可为管束长度的015—018倍,这样可减少再沸器中液体的过冷长度。为消除在低压头和高热流条件下发生的流动不稳定性,应在供液管路上安装一个阀门或孔板。对于碳氢化合物,最佳的出口干度应在011—0135的范围,而对于水和水溶液,出口干度应在0102—011范围。管径和管长的选择应保证有足够的循环量及防止发生干涸。


　　图4立式管侧热虹吸再沸器

　　立式热虹吸的循环速度高,不仅传热膜系数高于水平式,而且有很好的防垢作用,特别适用于高分子材料。其缺点是垂直管不易拆卸、清洗及维修。另外,塔底液面高度大约与再沸器上部管板在同一水平面上,这就提高了塔底的标高,使造价增大。立式热虹吸再沸器对操作条件要求高,对于高真空和高压力(近临界压力)及高粘度的宽沸点的条件,设计的难度很大,在这种条件下,最好用釜式再沸器。由较高的静压头引起的内在的高沸点状况,在低热流条件下,可能出现循环量不足的现象,因此,该类再沸器不适用于小温差的情况。其最佳适用条件为纯组分、中等压力、中等温差、中等热流及易结垢的场合。

　　5、垂直壳侧热虹吸再沸器

　　如图5所示,沸腾过程发生在壳侧。壳侧装有折流板,以使流体纵向流动。垂直壳侧再沸器适用于特殊的场合,在这种场合下,将加热介质放在壳侧是不合适的。例如,对于废热锅炉,由于加热流体的腐蚀性,因而要用特殊的金属材料,这时加热介质走管程较为合适。


　　图5垂直壳侧热虹吸再沸器

　　该类再沸器的设计,应使沸腾侧的流动均匀分布,以避免死区的出现及防止汽态和高沸点组分的积聚。然而,这方面的设计资料很少。现场试验表明,最大的问题是由于汽态的积聚而造成局部过热,从而造成上部管板出现故障,因此,设计时应使两相混合物以均匀的高流速流经管板。该类型再沸器的最佳应用场合为中等压力、中等温差条件下的纯组分的蒸发,且加热介质必须放在管内侧。

　　6、强制流动再沸器


　　沸腾过程发生在管内侧,流体循环的动力由高容量泵提供。通常,确保蒸发率小于1%,而流体经过出口管处的阀门后将完全闪蒸。强制流动再沸器的最佳应用场合为严重结垢和极高粘性的流体。在流体保持很高的流速和非常低的蒸发率的条件下,可使结垢的速率大大减小,然而这就要求有效流速在5—6ms,因此泵的造价和能源的消耗都很高。

　　7、立式热虹吸再沸器


　　▲循环推动力：釜液和换热器传热管气液混合物的密度差。

　　▲结构紧凑、占地面积小、传热系数高。

　　▲壳程不能机械清洗，不适宜高粘度、或脏的传热介质。

　　▲塔釜提供气液分离空间和缓冲区。

　　8、卧式热虹吸再沸器


　　▲循环推动力：釜液和换热器传热管气液混合物的密度差。

　　▲占地面积大，传热系数中等，维护、清理方便。

　　▲塔釜提供气液分离空间和缓冲区。

　　9、强制循环式再沸器


　　▲适于高粘度、热敏性物料，固体悬浮液和长显热段和低蒸发比的高阻力系统。

　　10、釜式再沸器


　　▲可靠性高，

　　维护、清理方便。

　　▲传热系数小，壳体容积大，占地面积大，造价高，易结垢。

　　11、内置式再沸器