專利名稱：能承受部分載荷的降膜式蒸發(fā)器和部分載荷的運(yùn)行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的內(nèi)容是一種降膜式蒸發(fā)器，它至少具有·一包圍的外殼，·大量管子，液體薄膜可在這些管子的內(nèi)側(cè)上流下，·頂面的用來(lái)將液體分配到各個(gè)管子中的裝置，·底面的用來(lái)收集殘液和蒸汽的裝置，·一用于在管內(nèi)側(cè)產(chǎn)生的蒸汽的蒸汽抽出裝置，·一用于在管內(nèi)側(cè)未蒸發(fā)液體的液體抽出裝置，·分隔件，它們將管內(nèi)空間和與它液壓連接的用來(lái)分配和匯集液體的裝置與管外空間隔開，·一用于將氣體蒸汽混合物輸入管外空間的裝置，·一用于從管外空間排出冷凝液的裝置，·一用于從管外空間排出未冷凝蒸汽和不可冷凝氣體的裝置。
背景技術(shù)：
為此降膜式蒸發(fā)器配備一分體式分配器，它設(shè)計(jì)成這樣，使得降膜式蒸發(fā)器也可以在部分負(fù)荷下運(yùn)行，另一個(gè)內(nèi)容是，這種降膜式蒸發(fā)器的運(yùn)行方法，其中它有這樣的任務(wù)，即，將在氣體蒸汽混合物冷凝時(shí)釋放的熱量傳遞給這時(shí)至少部分待蒸發(fā)的液體。這樣裝備和工作的降膜式蒸發(fā)器可有價(jià)值地用于例如在制造1.2二氯乙烷(下面稱為EDC)中的熱量回收系統(tǒng)中。
薄膜式汽化氣之所以有名，是因?yàn)橛盟梢詫?duì)敏感液體柔和地加熱。這在于管內(nèi)壁高的導(dǎo)熱系數(shù)，其使得在通常由熱介質(zhì)加熱的外壁和作為膜掉落在管內(nèi)壁上并蒸發(fā)的液體之間只需要小的溫差。而且這種情況還使得可以利用低值熱源作為熱介質(zhì)，其溫度水平只需要略高于管內(nèi)側(cè)的待蒸發(fā)液體的溫度水平。
如果在管外側(cè)上也作用高的導(dǎo)熱系數(shù)，那么這種現(xiàn)象便越明顯，因?yàn)闊嵩从煽衫淠恼羝M成。這樣熱介質(zhì)和待蒸發(fā)液體之間所需要的溫差便下降到3K。在此是哪種類型的蒸汽，則這是無(wú)關(guān)緊要的。除水蒸汽外，在相應(yīng)過(guò)程中附帶產(chǎn)生的其他物質(zhì)蒸汽，例如由蒸餾或蒸汽形逸出的化學(xué)地形成的產(chǎn)品組成的水蒸汽，也是適用的。
因此降膜式蒸發(fā)器對(duì)于大型設(shè)備中的廢熱回收工作也越來(lái)越有吸引力。特別是它們可以作為液相加熱器(Sumpfaufheizer)用在精餾塔中，例如在制造EDC時(shí)，如由EP 1228 022 B1和DE 36 04 968 A1所知。
但是在實(shí)際應(yīng)用中采用可部分冷凝的氣體蒸汽混合物作為其加熱介質(zhì)的降膜式蒸發(fā)器有這樣的缺點(diǎn)，即它只能很差地在部分載荷條件下運(yùn)行。如果它們用作精餾塔中的液相加熱器，那么還包括可調(diào)節(jié)性差的缺點(diǎn)，因?yàn)闊崃枯斎霚p少由于調(diào)節(jié)作用使降膜式蒸發(fā)器至少有時(shí)進(jìn)入部分載荷運(yùn)行。起動(dòng)和停機(jī)過(guò)程也造成很大困難。
部分負(fù)荷下的不利性能歸因于加熱介質(zhì)的冷凝特性。在全負(fù)荷時(shí)加熱的氣體蒸汽混合物可無(wú)阻礙地通過(guò)受調(diào)節(jié)的輸入裝置(下面也稱為調(diào)節(jié)閥)進(jìn)入管外空間，調(diào)節(jié)閥完全打開。對(duì)于部分負(fù)荷運(yùn)行的調(diào)節(jié)作用造成調(diào)節(jié)閥部分關(guān)閉，并在流動(dòng)通過(guò)閥時(shí)產(chǎn)生壓力損失。在管外腔內(nèi)由此降低的壓力首先造成加熱蒸汽的局部壓力下降，從而溫度也降低，冷凝在管外側(cè)上發(fā)生。由于管外側(cè)和管內(nèi)側(cè)之間非常小的溫差，管內(nèi)側(cè)上的蒸發(fā)溫度也下降，這通常是不希望的，因?yàn)橛纱藭?huì)改變精餾塔的溫度狀況。
第二個(gè)缺點(diǎn)是，如果不再具有足夠的剩余壓力，氣體蒸汽混合物中的氣體只能在困難的條件下從降膜式蒸發(fā)器中去除。根據(jù)入口壓力和通過(guò)調(diào)節(jié)閥的壓力損失，為了抽出氣體需要真空泵。如果不是全部蒸汽冷凝，那么真空泵必須同樣抽出蒸汽成分。
另一個(gè)問題在于，氣體蒸汽混合物中的氣體有一個(gè)爆炸區(qū)的話。特別是如果蒸汽進(jìn)入全部冷凝的話，這是關(guān)系重大的。例如在采用由乙烯、氧氣和EDC組成的以EDC作為最主要的可冷凝成分、氧氣和乙烯作為冷凝期間爆炸混合物的組分的氣體蒸汽混合物時(shí)便出現(xiàn)這種問題，因此在這種情況下需要可靠地防止EDC蒸汽全冷凝。
這里上述問題不僅是靜態(tài)現(xiàn)象，還與調(diào)節(jié)作用的速度有關(guān)。一般快速作用的調(diào)節(jié)作用比慢的調(diào)節(jié)作用更難保持穩(wěn)定，這里普通結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式的降膜式蒸發(fā)器特別敏感。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是，克服上述缺點(diǎn)，并提供一種具有良好部分負(fù)荷特性的降膜式蒸發(fā)器及其運(yùn)行方法。
這個(gè)目的通過(guò)按權(quán)利要求1的裝置和按權(quán)利要求4的方法實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明由此實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的·液體分配器，它將待蒸發(fā)液體分配到各個(gè)管內(nèi)側(cè)，分成至少兩個(gè)區(qū)段，·每一區(qū)段可單獨(dú)通或不通液體。
在一種優(yōu)選實(shí)施形式中，各個(gè)區(qū)段做成不同尺寸，使得每個(gè)區(qū)段給不同數(shù)量的管子供給液體。分區(qū)最好應(yīng)該這樣進(jìn)行，使得最小的區(qū)段及其再大一點(diǎn)的區(qū)段之間在待供給液體的管子數(shù)量方面存在1∶4至2∶3，理想情況下為1∶2的比例。
在采用兩個(gè)區(qū)段時(shí)，較小的區(qū)段設(shè)計(jì)成這樣，使它給20至40％尤其是33％的管子通入液體。在采用3個(gè)區(qū)段時(shí)，最小的區(qū)段給4.8至21％之間尤其是14％的管子供給液體，中間的區(qū)段給19至32％之間尤其是28％的管子，最大的區(qū)段給47至76％之間尤其是57％的管子供給液體。
各區(qū)段的布局及其幾何形狀無(wú)關(guān)緊要。各區(qū)段例如可以由同心圓，蛋糕形扇形塊或圓孤段組成，也可以是任何其他幾何布局。由于待蒸發(fā)液體和蒸汽形加熱介質(zhì)之間小的溫差而沒有臨界的熱應(yīng)力，就像否則在換熱器中所擔(dān)心的在所謂的傾斜載荷時(shí)可能導(dǎo)致機(jī)械問題那樣。
運(yùn)行方法在于，根據(jù)所希望的部分負(fù)荷情況單個(gè)中斷分配系統(tǒng)各個(gè)區(qū)段的液體輸入。因此根據(jù)液體含量，分配器區(qū)段可以在非常寬的運(yùn)行范圍內(nèi)以分鐘的間隔快速地調(diào)節(jié)。由于僅僅少得多的管子內(nèi)通液體，有效的換熱面積大大減小。微調(diào)可以通過(guò)由仍供給液體的分配器區(qū)段所得到的液體量進(jìn)行。
因此不再需要，采用氣體蒸汽混合物的調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)降膜式蒸發(fā)器的待傳遞熱量。因此調(diào)節(jié)閥可以承擔(dān)新的任務(wù)，即通過(guò)壓力損失調(diào)整一起促成液相加熱器溫度的微調(diào)，當(dāng)然在上述界限之內(nèi)。
如果不需要液相加熱器溫度的這種調(diào)節(jié)，那么可以通過(guò)簡(jiǎn)單的低壓力損失的截止閥代替普通的調(diào)節(jié)閥，這是本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
因?yàn)樵谶@種情況下整個(gè)結(jié)構(gòu)可以做得壓力損失特別小，也存在這樣的可能性，即在冷凝后待抽出的殘余氣體蒸汽混合物以小的耗費(fèi)再壓縮到輸出壓力。因此也可以采用只需要一個(gè)支流和只有一個(gè)支流分流出來(lái)的熱源，它可以重新?lián)饺胧Ｓ嗟臍怏w蒸汽混合物，這是本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)。
在本發(fā)明裝置的一種優(yōu)良結(jié)構(gòu)中存在用于取出在管內(nèi)側(cè)產(chǎn)生的蒸汽和從一中心管中抽出不可冷凝氣體的抽出裝置，中心管由一朝下定向的入口和連接在上面的垂直分段構(gòu)成。這里在理想情況下管子的直徑等于或大于所有蒸發(fā)管自由的內(nèi)部流通橫截面之和，從而盡可能地抑制帶出流體小顆粒。


借助于在圖1和2中所示的例子詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。
具體實(shí)施例方式
圖1表示一降膜式蒸發(fā)器1，它具有一環(huán)繞包圍的外殼2和大量管子3，它們兩端固定在未詳細(xì)畫出的管底內(nèi)。輸入管3內(nèi)的液體通過(guò)管道4輸入上端的分配裝置5，并通過(guò)它分配到兩個(gè)管區(qū)段，其中較小的管區(qū)段6通過(guò)虛線框表示。管道4按照分配裝置5的區(qū)段數(shù)分成兩個(gè)管道7和8，其中在管道7和8中每一個(gè)內(nèi)設(shè)一閥9或10，使得分配裝置5的各區(qū)段可以在流體動(dòng)力學(xué)方面相互分開。
在管子3下方設(shè)一匯集裝置11，它接收來(lái)自管3中的殘留液體，并通過(guò)管道12從降膜式蒸發(fā)器1中導(dǎo)出。流過(guò)管子3的或在那里形成的蒸汽和氣體通過(guò)管道13從降膜式蒸發(fā)器1中引出。
通過(guò)管道14將氣體蒸汽混合物輸入管外空間。在那里形成的冷凝物通過(guò)管道15引出，未冷凝的蒸汽和不可冷凝的氣體通過(guò)管道16離開管外空間和降膜式蒸發(fā)器1。
圖2中表示一實(shí)施例，其中液體從管內(nèi)側(cè)匯集在落膜式汽化器1的底部?jī)?nèi)，并通過(guò)管道12導(dǎo)出。來(lái)自管內(nèi)側(cè)的蒸汽和不可冷凝的氣體通過(guò)中心管14引出，中心管具有一朝下定向的入口、一連接在上面的垂直分段和一大的直徑，從而抑制在氣流中帶出液體。蒸汽和氣體通過(guò)中心管14的水平分段和管道13從降膜式蒸發(fā)器中導(dǎo)出。
在一種簡(jiǎn)單和未單獨(dú)畫出的方案中，來(lái)自管3的液體與蒸汽一起匯集在降膜式蒸發(fā)器1的下部?jī)?nèi)，并在一共同的管道12中排出。
權(quán)利要求
1.降膜式蒸發(fā)器，具有·一環(huán)繞包圍的外殼，·許多管子，液膜可在這些管子的內(nèi)側(cè)上流下，·頂部的用于將液體分配到各管子中的裝置，·下部的用于匯集殘留液體和蒸汽的裝置，·一用于在管內(nèi)側(cè)產(chǎn)生的蒸汽的蒸汽抽出裝置，·一用于管內(nèi)側(cè)未蒸發(fā)液體的液體抽出裝置，·分隔件，它們將管內(nèi)空間和與它液壓連接的用于分配和匯集的裝置與管外空間隔開，·一用于將氣體蒸汽混合物輸入管外空間的裝置，·一用于從管外空間引出冷凝液體的裝置，·一用于從管外空間引出未冷凝蒸汽和不可冷凝氣體的裝置，其特征為·液體分配器，它將待蒸發(fā)液體分配到各個(gè)管子內(nèi)側(cè)，并且分成至少兩個(gè)區(qū)段，·每個(gè)區(qū)段可單獨(dú)地通入或不通入液體。
2.按權(quán)利要求1的裝置，其特征為各個(gè)區(qū)段做成不同大小，使得每個(gè)區(qū)段可給不同數(shù)量的管子供給液體。
3.按權(quán)利要求2的裝置，其特征為在較小的區(qū)段和其再大一點(diǎn)的區(qū)段之間在待供給液體的管子的數(shù)量方面存在1∶4至2∶3，尤其是1∶2的比例。
4.按權(quán)利要求1至3之任一項(xiàng)的裝置，其特征為設(shè)有用于將在管內(nèi)側(cè)產(chǎn)生的蒸汽和不可冷凝的氣體從一個(gè)管子中抽出的裝置，該管子包括一朝下定向的入口和一連接在它上面的垂直分段。
5.按權(quán)利要求4的裝置，其特征為管子的直徑等于或大于所有蒸發(fā)管自由的內(nèi)部流通橫截面之和。
6.用于運(yùn)行按權(quán)利要求1至5之任一項(xiàng)所述裝置的方法，其特征為根據(jù)所希望的部分載荷情況，單個(gè)中斷分配系統(tǒng)各個(gè)區(qū)段的液體輸入。
7.按權(quán)利要求6的方法用來(lái)制造EDC的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明的對(duì)象是一種降膜式蒸發(fā)器(1)，它配備一分成區(qū)段的液體分配器(5)，使得可以僅僅給有限數(shù)量的蒸發(fā)管(3)供給液體，蒸發(fā)器(1)也可以在部分載荷下最佳地運(yùn)行。其次本發(fā)明的對(duì)象是這種降膜式蒸發(fā)器(1)的運(yùn)行方法，其中還賦予它這樣的任務(wù)，即，將在氣體蒸汽混合物冷凝時(shí)釋放出來(lái)的熱量傳遞給至少部分待蒸發(fā)的液體。這樣裝備和運(yùn)行的降膜式蒸發(fā)器(1)可以有意義的用于例如在制造1.2二氯乙烷中的廢熱回收系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)B01D1/06GK101022873SQ200580031196
公開日2007年8月22日 申請(qǐng)日期2005年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月17日
發(fā)明者P·波爾沙, M·本耶, H·哈芬舍爾 申請(qǐng)人:猶德有限公司