适用于非稳态挥发性有机气体的分段式冷凝换热器制造技术

本实用新型专利技术涉及适用于非稳态挥发性有机气体的分段式冷凝换热器，包括从上到下依次布置常温冷却换热段、中间隔断层、低温冷凝换热段，所述常温冷却换热段和低温冷凝换热段的管程穿过所述中间隔断层并相互接通，在低温冷凝换热段的底部还设有与其管程接通并带有气体出口和液体出口的集液罐，所述集液罐内还在气体出口上端还设有向下倾斜的挡板。与现有技术相比，本实用新型专利技术可以在常压及负压工况下，使得气态物料在设备内降温、冷却、冷凝路径最短，处理效率高，功耗低等。

Segmented condensing heat exchanger for volatile organic gases

【技术实现步骤摘要】
适用于非稳态挥发性有机气体的分段式冷凝换热器
本技术属于冷凝换热器
，涉及一种适用于非稳态挥发性有机气体的分段式冷凝换热器。
技术介绍
随着经济的快速发展，人类在大量消耗能源的同时，将大量废气、烟尘杂质排入环境大气，严重影响了大气环境的质量，环保立法也日益严格，有机溶剂作为化工、医药生产中等行业中常用物质，一部分有机溶剂在较低的温度下挥发成气体，对环境造成污染，需要对该部分气体集中处理，目前发展的诸如催化氧化、焚烧等方法均偏向于尾气末端治理，对于具有回收价值的有机溶剂，若能在过程中尽量充分回收，既能提高溶剂使用率，还能极大的减少下游的处理和后续末端处理量。冷凝分离法是利用挥发性有机物与惰性气体的沸点差异，在温度降低后，沸点较高的挥发性有机物冷凝分离出来，该工艺的关键在于提供充分的热交换使有机物冷凝，提，使用冷凝器进行冷凝可以通过提高换热面积、延长停留时间等方法来提高换热效率，传统的多台换热器存在的设备和管道不紧凑、系统阻力大等问题。CN101943527A中使用多壳程逆流增速型管壳式换热器通过壳体内设置纵向逆流增速导流板将单壳程分为多壳程，该法有效增大了壳程流体流速，提高壳程换热效率，但是针对有机气体换热，该设备无法达到液化有机物料回收的目的。CN204337811U中一种塔顶冷凝器和回流罐的复合设备能减小设备体积，减少设备耗材，但是壳程单一的冷媒不利于部分沸点极低的有机气体的充分回收。CN105973020A公开了一种适用于富含挥发性有机气体的分段式冷凝换热器，包括供待冷凝气体流动的管束以及包围管束并供冷流体流动的筒体，该筒体从上到下分为多段筒体单元，每段筒体单元均设有独立的壳程流体入口和，相邻的两筒体单元之间通过中间隔断层密封连接，所述的中间隔断层包括连接管和保温面层，所述的连接管穿过保温面层，并接通相邻两筒体单元之间的管束。该冷凝器管程联通，所冷凝下来的液体直接回落到集液罐中，可能存在管程内传热不均的问题，同时集液罐内冷凝气体易形成雾沫夹带，将冷凝下来的液体挟带出去，降低挥发性有机气体的冷凝回收效果。
技术实现思路
本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种适用于非稳态挥发性有机气体的分段式冷凝换热器。本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种适用于非稳态挥发性有机气体的分段式冷凝换热器，包括从上到下依次布置常温冷却换热段、中间隔断及再分布层、低温冷凝换热段，所述常温冷却换热段和低温冷凝换热段的管程穿过所述中间隔断层并相互接通，在低温冷凝换热段的底部还设有与其管程接通并带有气体出口和液体出口的集液罐，所述集液罐内还在气体出口上端还设有向下倾斜的挡板。本技术为了避免集液罐内气体到气体出口时走最短途径，集液罐的气体出口上端安装挡板，用于延长气体在集液罐中的停留时间，辅助挥发性有机气体回收，非稳态有机气体通过分段式冷凝器大部分被冷凝收集，部分会被难凝性气体(如氮气)雾沫夹带至气体出口，该气体在挡板处形成雾沫夹带气体二次冷凝的流体通道，同时该挡板下端设计为挡板状，便于气液分离。进一步的，挡板与集液罐内侧壁面之间围绕形成在水平方向盖住所述气体出口且仅露出斜向下通口的气体通道。进一步的，挡板与集液罐壁面之间的夹角为30-60°。进一步的，挡板与集液罐的安装位置与气体出口的间距为气体出口内径的2-4倍。若挡板距离出口过大，大部分雾沫夹带的气体流会直接通过气体出口起不到分离的作用，若挡板设计距离出口过小，不仅会阻挡气流的输出，增加设备出口的压力降，同时气体出口管道的负压会造成挡板易脱落。挡板底端可设计成大约与气体出口底部齐平。气体在集液罐内微带正压的条件下易形成雾沫夹带，该类气体碰到挡板时，其中的液体很容易分离下来，为方便挡板上的液体滴落，挡板设计成锯齿状，在气流运动过程中，细小的凝结液体不断碰撞挡板而集聚长大，锯齿式的设计利于液体在锯齿的底端凝结滴落，起到二次冷凝的效果。进一步的，所述常温冷却换热段包括冷却段管束和包住所述冷却段管束的冷却段壳体，所述低温冷凝换热段包括底部接通集液罐顶部开口的冷凝段管束和包住所述冷凝段管束的冷凝段壳体，冷却段管束与冷凝段管束通过中间隔断层接通，冷却段壳体与冷凝段壳体则由中间隔断层隔开。更进一步的，所述中间隔断层具有隔断层中空腔，隔断层中空腔的上下端分别接通所述冷却段管束与冷凝段管束。更进一步的，所述冷却段管束进入隔断层中空腔的管程出口为斜管口，同时，所述冷却段管束进入隔断层中空腔的管程出口为斜管口；冷凝段管束进入集液罐的管程出口采用斜管口设计。利于冷凝液的滴落，气液混合相在隔断层中空腔中进行再分布，更利于冷凝器进行换热。此处的斜管口部分的纵向截面(即沿管束走向方向的截面)呈直角三角形形状。更进一步的，所述冷却段壳体与冷凝段壳体中均安装有折流板，用于延长冷却介质与管程的热交换时间，利于壳层中形成湍流，提高壳程的换热效率。进一步的，低温冷凝换热段的管束的管径设计比常温冷却换热段的管径小，数量多，这样，可增大低温冷凝换热段的换热面积，同时低温冷凝换热段可设有膨胀节，减少低温媒体换热过程体积变化造成设备伤害。进一步的，所述集液罐上的液体出口处设有排液阀，在集液罐的侧面还安装有远传式液位计，并通过远传式液位计反馈液位信号控制排液阀的阀开度；所述常温冷却换热段的顶部还依次设有与其管程接通的管箱和管程流体气体进口，在管程流体气体进口和气体出口处的管线上分别安装有联动的气动调节阀，通过两个气动调节阀与排液阀的联动调节，可使得非稳态气体能在分段式冷凝器内较长时间的停留时间，达到更好的气液分离效果。进一步的，常温冷却换热段的壳程内走常温冷却水，低温冷凝换热段的壳程内走温度低于常温的低温媒介。一般的常温冷却水的温度变化范围根据环境温度从5～35℃变化，低温媒介可根据设备条件及使用工况从-40℃～-5℃变化。与现有技术相比，本技术可以在常压及负压工况下，使得气态物料在设备内降温、冷却、冷凝路径最短，所经过的设备和管线的阻力降和所占空间最小，同时传热效果和冷凝回收深度随温度变化在同一设备内逐渐梯度增加，整个冷凝回收过程不需额外加压帮助，同一设备内实现不同梯度冷凝，使得安装成本和设备制造费用大大降低；经过分段式换热器的常温冷却冷凝模块后的气体，部分挥发性有机气体变为液体，形成气液混合相到低温冷凝模块进行冷凝回收，此时混合相介质换热系数增大，换热效率提高，能很好的提高挥发性有机物的冷凝回收，同时通过控制该设备气体出口压力和集液罐的液位来进行气液分离，为挥发性有机物的回收重复利用及减少挥发性有机气体的排放提供了很好的方法。附图说明图1为分段式冷凝器的结构示意图；图2为分段式冷凝器的控制示意图；图3为挡板的结构示意图；图中标记说明：1-管程流体气体进口，2-气体出口，3-液体出口，4-管箱，5-中间隔断层，6-冷却段壳体，7-冷凝段壳体，8-冷却段壳程入口，9-冷却段壳程出口，10-冷凝段本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.适用于非稳态挥发性有机气体的分段式冷凝换热器，包括从上到下依次布置常温冷却换热段、中间隔断层、低温冷凝换热段，所述常温冷却换热段和低温冷凝换热段的管程穿过所述中间隔断层并相互接通，在低温冷凝换热段的底部还设有与其管程接通并带有气体出口和液体出口的集液罐，其特征在于，所述集液罐内还在气体出口上端还设有向下倾斜的挡板。/n

【技术特征摘要】
1.适用于非稳态挥发性有机气体的分段式冷凝换热器，包括从上到下依次布置常温冷却换热段、中间隔断层、低温冷凝换热段，所述常温冷却换热段和低温冷凝换热段的管程穿过所述中间隔断层并相互接通，在低温冷凝换热段的底部还设有与其管程接通并带有气体出口和液体出口的集液罐，其特征在于，所述集液罐内还在气体出口上端还设有向下倾斜的挡板。


2.根据权利要求1所述的适用于非稳态挥发性有机气体的分段式冷凝换热器，其特征在于，挡板与集液罐内侧壁面之间围绕形成在水平方向盖住所述气体出口且仅露出斜向下通口的气体通道。


3.根据权利要求1所述的适用于非稳态挥发性有机气体的分段式冷凝换热器，其特征在于，挡板与集液罐壁面之间的夹角为30-60°。


4.根据权利要求1所述的适用于非稳态挥发性有机气体的分段式冷凝换热器，其特征在于，挡板与集液罐的安装位置与气体出口的间距为气体出口内径的2-4倍。


5.根据权利要求1所述的适用于非稳态挥发性有机气体的分段式冷凝换热器，其特征在于，所述常温冷却换热段包括冷却段管束和包住所述冷却段管束的冷却段壳体，所述低温冷凝换热段包括底部接通集液罐顶部开口的冷凝段管束和包住所述冷凝段管束的冷凝段壳体，冷却段管束与冷凝段管束通过中间隔断及再分布层接通，冷却段壳体与冷凝段壳体则由中间...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡祥军，李莉，
申请(专利权)人：上海立得催化剂有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31