分凝式冷凝蒸发器制造技术

一种分凝式冷凝蒸发器，它至少由液氧蒸发单元和氮气冷凝单元组合成相互独立的热交换通道构成，所述的氮气冷凝单元至少由两层组成，并在至少已层氮气冷凝单元的下部设置有液氮引出管；所述的氮气冷凝单元至少为三层组成，对应地在相邻布置的液氧单元由三层组成，每层氮气冷凝单元的下部分别设置有液氮引出管；所述的氮气冷凝单元中的氮气从下向上流动布置，并至少与液氧蒸发单元中的液氧进行热交换使氮气逐步冷凝，冷凝液氮在同一层中由上而下流动布置并和上升的氮气逆向流动，从而进行热质交换；它具有结构合理简单，使用方便可靠，可以适应特大型空分设备的需要，改善换热器传热条件，减少了换热器的传热温差，降低了空分设备的总体能耗等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种装备在空分设备精馏塔上下塔之间的冷凝蒸发器，属于空分设备的换热设备。
技术介绍
空分设备中，上下塔之间的冷凝蒸发器，主要包括由液氧蒸发单元和氮气冷凝单元组合成相互独立的热交换通道构成。在氮气冷凝侧实现的是氮气全冷凝；而在液氧蒸发侧实现的是液氧全蒸发(氮气侧不凝性气体的吹除和氧侧部分液氧的排放不计)。为了从上塔顶部得到高纯度的低压氮气，在下塔顶部必需先得到符合产品纯度要求的中压氮气。经冷凝蒸发器全部冷凝成液氮，分别作为下塔回流液和经节流到上塔顶部作为附塔的回流液，从而在附塔的顶部抽出符合产品纯度要求的低压氮气。由此可见，要得到高纯度的低压氮气产品，首先要在下塔中产生。因此，下塔精馏塔板块数的设置必需按氮气纯度达到产品要求的程度设置。否则，是无法仅靠在上塔的精馏实现氮气产品纯度的要求。所以，目前制高纯度取氧气和高纯度氮气双高要求的空分设备，其上下塔都必需达到高纯度的要求(氧气的高纯度必定在上塔中产生)。目前所采用的上下塔之间冷凝蒸发器无法满足在一个上塔中，实现氧氮产品双高纯度的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述存在的不足，而提供一种通过把氮气分段进行冷凝，逐段把液氮导出，来提高最终液氮纯度或把氮气冷凝的方向改为由下向上，利用向上流动的氮气和向下流动的冷凝液氮之间，进行热质交换，从而实现精馏作用的分凝式冷凝蒸发器。本专利技术的目的是通过如下技术方案来完成的，它至少由液氧蒸发单元和氮气冷凝单元组合成相互独立的热交换通道构成，所述的氮气冷凝单元至少由两层组成，并在至少已层氮气冷凝单元的下部设置有液氮引出管。所述的氮气冷凝单元至少为三层组成，对应地在相邻布置的液氧单元由三层组成，每层氮气冷凝单元的下部分别设置有液氮引出管。所述的氮气冷凝单元中的氮气从下向上流动布置，并至少与液氧蒸发单元中的液氧进行热交换使氮气逐步冷凝，冷凝液氮在同一层中由上而下流动布置并和上升的氮气逆向流动，从而进行热质交换。本专利技术是利用分凝效果来实现替代部分精馏塔板的精馏作用，它们可以把进入冷凝蒸发器的氮气纯度提高一步，从而可以降低对下塔氮气纯度的要求，实现一个上塔即可生产双高产品的目标；它具有结构合理简单，使用方便可靠，可以适应特大型空分设备的需要，改善了换热器的传热条件，减少了换热器的传热温差，降低了空分设备的总体能耗；或在空分设备的总体能耗不变的条件下，可大大减少冷凝蒸发器的体积和重量，从而降低了空分设备的金属消耗和制造成本，提高了整套空分设备的性能及经济效益，使我国的空分设备技术水平提高到一个新的档次等特点。附图说明图1是本专利技术的分段冷凝式结构示意图。图2是本专利技术的分段冷凝式单元结构示意图。图3是本专利技术的逆向冷凝式结构示意图。图4时本专利技术的逆向冷凝式单元结构示意图。具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术作详细的介绍本专利技术所述的分凝式冷凝蒸发器至少由液氧蒸发单元和氮气冷凝单元组合成相互独立的热交换通道构成，所述的氮气冷凝单元至少由两层组成，并在至少已层氮气冷凝单元的下部设置有液氮引出管。图1、图2所示，本专利技术所述的氮气冷凝单元1至少为三层组成，对应地在相邻布置的液氧单元2由三层组成，每层氮气冷凝单元的下部分别设置有液氮引出管3。三层液氧蒸发侧大大降低了液氧蒸发液柱的高度，使液氧的平均蒸发压力降低，可促使整台冷凝蒸发器的传热温差降低。氮气冷凝侧由直通式的通道改为三段式的通道，一段极为一层，在相应液氧蒸发的每一层中，氮气冷凝液被导出，而未冷凝纯度已经比入口时提高了的气氮再导入下一段继续进行冷凝，直到全部冷凝结束。这样的结构有两大特点1)下一段冷凝的液氮比上一段冷凝的液氮纯度要高一个档次，从而把最下面的一段冷凝的液氮导入上塔顶部，得到比下塔纯度高很多的氮气，使分段冷凝起到替代部分塔板的作用。2)随着每一冷凝段的液氮被彻底的抽出，彻底解决了直通式的冷凝通道侧的冷凝液液膜厚度太厚而影响传热温差的弊端。使每一段的冷凝液膜，达到最薄的理想要求，从而可以比直通式的冷凝通道，进一步降低整台换热器的传热温差。使特大型的分凝式冷凝蒸发器的性能比双层冷凝蒸发器的性能更进一步提高。图3、图4所示，本专利技术将所述的氮气冷凝单元1中的氮气从下向上流动布置，并至少与液氧蒸发单元2中的液氧进行热交换使氮气逐步冷凝，冷凝液氮在同一层中由上而下流动布置并和上升的氮气逆向流动，从而进行热质交换。上述结构设计即为逆向冷凝式结构，从附图中所示可见，当纯度较低的氮气向上流动而被冷却冷凝时，首先被冷凝的是高沸点的组份(氧气和氩气)。因此，随着冷凝的继续进行，氮气中的高沸点的组份越来越少，而氮气含量越来越多，从而使氮气纯度越来越高。其二，含高沸点组份较多的冷凝液在向下流动的过程中，遇到的是温度比它略高的上升的气氮，冷凝液被气氮加热，从而使冷凝液中的低沸点的组份(液氮)蒸发。如此的逆流冷凝过程，可起到一个精馏的作用。完全可以替代部分精馏塔板的作用，使下塔的理论塔板数和实际塔板数降低。在冷凝过程中纯度被提高到符合产品要求的氮气，则全部被冷凝作为上塔顶部的回流液，参与上塔的精馏，从而实现一个上塔可产双高产品的目标。本专利技术是利用分凝效果来实现替代部分精馏塔板的精馏作用，它们可以把进入冷凝蒸发器的氮气纯度提高一步，从而可以降低对下塔氮气纯度的要求，实现一个上塔即可生产双高产品的目标。本专利技术是对现有技术的一种改良，本说明书中未述及的内容，均为现有技术的内容，为本领域普通技术人员所熟悉并掌握，因此，本领域的普通技术人员在了解本专利技术
技术实现思路
后即可方便地实施本专利技术。权利要求1.一种分凝式冷凝蒸发器，它至少由液氧蒸发单元和氮气冷凝单元组合成相互独立的热交换通道构成，其特征在于所述的氮气冷凝单元(1)至少由两层组成，并在至少一层氮气冷凝单元(1)的下部设置有液氮引出管(3)。2.根据权利要求1所述的分凝式冷凝蒸发器，其特征在于所述的氮气冷凝单元(1)至少为三层组成，对应地在相邻布置的液氧单元(2)由三层组成，每层氮气冷凝单元的下部分别设置有液氮引出管(3)。3.根据权利要求1所述的分凝式冷凝蒸发器，其特征在于所述的氮气冷凝单元(1)中的氮气从下向上流动布置，并至少与液氧蒸发单元(2)中的液氧进行热交换使氮气逐步冷凝，冷凝液氮在同一层中由上而下流动布置并和上升的氮气逆向流动，从而进行热质交换。全文摘要一种分凝式冷凝蒸发器，它至少由液氧蒸发单元和氮气冷凝单元组合成相互独立的热交换通道构成，所述的氮气冷凝单元至少由两层组成，并在至少已层氮气冷凝单元的下部设置有液氮引出管；所述的氮气冷凝单元至少为三层组成，对应地在相邻布置的液氧单元由三层组成，每层氮气冷凝单元的下部分别设置有液氮引出管；所述的氮气冷凝单元中的氮气从下向上流动布置，并至少与液氧蒸发单元中的液氧进行热交换使氮气逐步冷凝，冷凝液氮在同一层中由上而下流动布置并和上升的氮气逆向流动，从而进行热质交换；它具有结构合理简单，使用方便可靠，可以适应特大型空分设备的需要，改善换热器传热条件，减少了换热器的传热温差，降低了空分设备的总体能耗等特点。文档编号F25J5/00GK1912513SQ20061005304公开日2007年2月14日 申请日期2006年8月15日 优先权日2006年8月15日专利技术者阎振贵, 毛央平 申请人:杭州本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分凝式冷凝蒸发器，它至少由液氧蒸发单元和氮气冷凝单元组合成相互独立的热交换通道构成，其特征在于所述的氮气冷凝单元（１）至少由两层组成，并在至少一层氮气冷凝单元（１）的下部设置有液氮引出管（３）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：阎振贵，毛央平，
申请(专利权)人：杭州杭氧股份有限公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]