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精馏 | 再沸器类型及典型布置

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学社贴贴学历认证 发表于 2019-9-5 21:34 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
环境学社

学社导读


5 o' d1 Y' B* o6 c4 }4 C) ^再沸器(Reboiler)是蒸馏塔底或侧线的热交换器,用来汽化一部分液相产物返回塔内作气相回流,使塔内汽液两相间的接触传质得以进行,同时提供蒸馏过程所需的热量,又称重沸器。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。: Z8 p( u  f; j6 w2tech.cn

) d2 t9 f7 U* L( t( J1 G工程上对再沸器的基本要求是操作稳定、调节方便、结构简单、加工制造容易、安装检修方便、使用周期长、运转安全可靠,同时也应考虑其占地面积和安装空间高度要合适。一般来说,同时满足上述各项要求是困难的,故在设计上应进行全面分析、综合考虑,找出主要的、起决定性作用的要求,选择一种比较合理的再沸器形式。/ `2 L9 d8 N) y& [9 M4 r- s2tech.cn

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一、再沸器的类型

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根据循环形式,再沸器分为自然循环式热虹吸和强制循环式热虹吸
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3 c6 s' p/ Y, @' m3 P8 t) K- x) n自然循环式热虹吸再沸器在国内的精馏塔(装置)工艺中最为常用。自然循环式热虹吸再沸器依靠塔釜内的液体静压头和再沸器内两相流的密度差产生推动力形成热虹吸式运动。利用再沸器中气液混合物和塔底液体的密度差作为推动力,增加流体在管内的流动速度,减少了污垢的沉积,提高了传热系数。
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/ D. w6 \7 e, w% }6 _强制循环式热虹吸再沸器用泵强制把流体从塔中抽出,送入再沸器加热循环。用蒸汽加热的再沸器,可在蒸汽管上设置调节阀,控制蒸汽流量,或在冷凝液出口管上安装调节阀,改变再沸器内冷凝的液位而调节热量。
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5 R$ s4 K7 o: _根据安装形式,再沸器分为立式和卧式
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立式有热虹吸式,强制循环式。2 b, Q8 d) j3 X% }! j% q2tech.cn

# X: I+ o% A5 }% ?0 `- {! u卧式有热虹吸式,强制循环式,釜式再沸器,内置式再沸器。
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立式热虹吸再沸器3 ^5 {# F9 S# e* H3 E2 f2tech.cn

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- B6 I+ X9 @! D& p立式热虹吸再沸器是利用塔底单相釜液与换热器传热管内汽液混合物的密度差形成循环推动力,构成工艺物流在精馏塔底与再沸器间的流动循环。立式及卧式热虹吸再沸器本身没有气、液分离空间和缓冲区,这些均由塔釜提供。. i0 F+ u9 @" E  M2tech.cn
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立式热虹吸再沸器加热介质走壳侧,工艺物流走管程,在管内汽化,传热系数高,投资低,为获得好的循环,可能需要比较高的塔裙高度,适用于真空和低压系统。& A( D4 w8 G# d# m2 _' d  d2tech.cn
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特点:
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4 s% L: I, S/ X& w4 t. @* W✦循环推动力:釜液和换热器传热管气液混合物的密度差;
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✦结构紧凑、占地面积小、传热系数高;7 E- u4 |) W" G% U1 k2tech.cn
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✦釜液在加热段的停留时间短,不易结垢,管程容易清洗,且调节方便;
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✦塔釜提供气液分离空间和缓冲区;( A, F3 }+ Z. V6 O* p) ^2tech.cn
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✦设备被直接安装在塔旁由于管线系统简单,故设备造价低。; S( O/ S" w9 f/ V: y( k* l2tech.cn

) I8 t* A+ N7 F4 Q1 z1 u- t缺点:
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✦由于壳程不能机械清洗,不适宜高粘度、或脏的传热介质;再沸器要求的静压头比较大,需要塔的安装高度较高;且单个设备的传热面积有一定限制。7 u8 ]( ^+ L& p/ k/ `  N" n! ^1 d5 k2tech.cn
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卧式热虹吸再沸器 % i% J" K  X4 Z, P9 T2 @) q2tech.cn
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3 B% O) c/ M# W加热介质在管内流动,管程可以为单流程,也可以为多流程。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。! w  V" `2 C6 E5 N3 c, Y' b2tech.cn

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特点:& o8 j, ]) w$ q. a7 m9 K2tech.cn
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✦循环推动力:釜液和换热器传热管气液混合物的密度差。
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✦占地面积大,裙座高度低,传热系数中等,维护、清理方便。) p7 A- [% d. V3 z! x2tech.cn
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✦塔釜提供气液分离空间和缓冲区。+ P- J- s# J" a# r' h; H) _2tech.cn
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✦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。
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✦清洗方便,传热面积较大。
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2 V$ c2 f+ E. p* e7 E✦占地面积大,且为获得好的流体分布,通常使用多个接管,这样造成了管线系统的复杂,提高了设备价。出口管线较长,压力降较大,不适于低压和真空操作工况以及结垢较严重的场合。/ R& u; j; N, T2tech.cn

6 J; v0 x% W! ^3 C4 k( M  X3 A✦中等黏度的流体在卧式中的沸腾状态比在立式中要好,当流体黏度小于0.5cP时,可考虑采用立式热虹吸;但当黏度大于0.5cP时,则考虑采用卧式热虹吸再沸器。( [* B9 [8 y1 j6 O2tech.cn
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强制循环式再沸器5 F" m. S( B7 T) }& W, c2tech.cn
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( b. o8 K8 v1 x/ Z* V强制循环式再沸器是依靠泵输入机械功进行流体的循环。在多数系统中一般适合采用外沸腾管束。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。另外,循环率是受到泵控制的,因此要考虑泵动力消耗的费用,可以通过流体的循环体积、首期投资和操作费用来优化计算循环率.5 g3 y1 ]$ }! _. {& @! a2tech.cn
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7 h' ]/ s" [" E$ ?" O1 Z适用场合; Z' i8 a  J5 J* [2tech.cn

1 n6 k4 {, K! b0 u5 p! c: d✦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。
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8 U* f; {, E/ r# f✦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。* L1 E6 |% p6 v* w' {2tech.cn
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釜式再沸器; W6 a. M9 d8 x$ Y- i! s2tech.cn

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  ^( B$ d9 l% A釜式再沸器由一个带有气液分离空间的壳体和一个可抽出的管束组成,管束末端有溢流堰,以保证管束能有效地浸没在液体中。溢流堰外侧空间作为出料液体的缓冲区。再沸器内液体的装填系数,对于不易起泡沫的物系为80%,对于易起泡沫的物系则不超过65%。
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特点:) o5 [- }9 L7 w. T; [9 i+ _8 ]2tech.cn

$ V# p# e  |  y7 }✦对流体力学参数不敏感,可靠性高,可在高真空下操作,维护与清理方便。
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缺点:, K, F# w9 Z7 c8 s% R" W2tech.cn

5 ]4 z" d8 o: u; z0 u8 R( P✦传热系数小,壳体容积大,占地面积大,造价高,塔釜液在加热段停留时间长,易结垢。
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# M7 D6 ^1 X. [! M1 ~2 C+ f内置式再沸器
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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。% U* \, _4 ~$ q7 a- ^5 t+ @2tech.cn
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) z  Z0 }: i, {& w) r特点:8 l7 ~$ `  R3 X; O2tech.cn

2 h0 G( R9 H3 ]✦内置式再沸器是将再沸器的管束直接置于塔釜内而成,省去了壳体及连接管路,其结构简单,造价比釜式再沸器低。/ W& u' H) U& x. C" g! a2tech.cn
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缺点:% G3 e2 a6 ~; w0 b. V2tech.cn
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✦由于是塔内置的形式,管束长度受蒸馏塔直径限制,故尺寸有限。塔釜空间容积有限,传热面积不能太大,传热效果不够理想。6 L' v: m* W5 q' \/ e7 U2 z" T2tech.cn

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再沸器的选择上,尽量使用立式热虹吸再沸器;控制方案中不对塔釜液面进行严格控制的,一般选用釜式再沸器;在没有足够的空间高度的情况下,考虑选用卧式热虹吸再沸器或者釜式再沸器。高粘度的情况下选用强制循环式再沸器。
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二、再沸器的布置要求
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⒈再沸器应尽量靠近塔体布置,甚至再沸器的管口可与塔的管口直接对接。9 `& L% a9 Q& N/ C/ p( U' P2tech.cn
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⒉带双再沸器的塔,再沸器以对称布置为宜。
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⒊塔底与再沸器连接的汽相管中心与再沸器管板的距离不应太大,以免造成热虹吸效果不好而影响再沸器的效率。 * o( r+ ]: D* I/ H: M- S! X1 T: B2tech.cn
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⒋再沸器的支座位置应这样确定: 再沸器与塔的相连管口的向上位移应相同。对于立式虹吸式再沸器,塔釜正常液位通常与再沸器上管板相当,为了适应液位的波动,再沸器管板的高度和塔的气相连接管下端高度应当留有适当余量。
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( ?5 L( T, O& P' O& W- g; [⒌多台再沸器与塔布置时,再沸器的位置和安装高度除应保证工艺要求外,还应满足进出口集合管的布置要求,并便于操作和检修。
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⒍用蒸汽或热载体加热的卧式再沸器应靠近塔体布置,并与塔体维持一定高度差,二者之间的距离应满足管道布置要求,再沸器抽管束的一端应有检修场地和通道。
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三、典型设备布置方案

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再沸器生根在塔体上,既可全生根,亦可半生根
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再沸器是否生根在塔上,除了满足工艺要求外,还应考虑再沸器自身的大小和质量以及精馏塔的可承载能力。图(a)中再沸器的体积相对较小,质量也不是很大,完全可以依托在塔体上。图(b)中再沸器的体积相对较大,在布置空间不是很大的情况下,就应采用半生根的方式,这样的布置就较为紧凑,占地面积小,经济性强。" D+ s' {/ a' G& T+ I- i2tech.cn
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再沸器安装在单独的支架或框架上
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再沸器是否安装在单独的支架或框架或地面上,除了满足工艺要求外,还要考虑再沸器的形式。图(a)中的再沸器因周边没有可利用的框架,因此应将2台再沸器联合布置,以方便操作维修; 图(b)中一卧式再沸器直接支撑于地面,另一再沸器利用周边框架进行布置,这样布置就更为经济,操作亦更为方便。
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