專(zhuān)利名稱(chēng)：緊湊型套管式填料塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種精餾裝置，尤其涉及一種緊湊型套管式填料塔。
背景技術(shù)：
填料塔廣泛應(yīng)用于化工、輕工和低溫等工業(yè)領(lǐng)域的組元分離。近些年來(lái)，低溫領(lǐng)域采用混合工質(zhì)的自復(fù)疊混合工質(zhì)制冷機(jī)得到了快速的發(fā)展，采用單級(jí)壓縮就可以實(shí)現(xiàn)-40～-200℃的制冷溫度。與傳統(tǒng)復(fù)疊式壓縮制冷系統(tǒng)相比，制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，大大減少了制造成本和維修費(fèi)用，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
但是，在-60℃以下溫區(qū)，如果潤(rùn)滑油隨制冷劑進(jìn)入制冷機(jī)的低溫部分，將會(huì)凝固，并堵塞節(jié)流元件的節(jié)流孔道，使得制冷機(jī)無(wú)法正常運(yùn)行。因此，有效地去除進(jìn)入制冷機(jī)的低溫部分制冷劑中的潤(rùn)滑油，是確保自復(fù)疊混合工質(zhì)制冷機(jī)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的一個(gè)關(guān)鍵因素。
專(zhuān)利ZL02110664.9提出的采用精餾裝置的混合工質(zhì)自復(fù)疊混合工質(zhì)制冷機(jī)，在組元分離的同時(shí)，可以將進(jìn)入到低壓部分的制冷劑中的潤(rùn)滑油有效地去除，保證制冷機(jī)的高效和可靠運(yùn)行。由于傳統(tǒng)型精餾裝置的冷凝器均放置在塔體精餾段的上部，精餾裝置在高度方向的尺寸相對(duì)較大。在實(shí)際應(yīng)用中，往往需要將小型自復(fù)疊混合工質(zhì)制冷機(jī)的精餾裝置的高度減小，例如超低溫冷凍箱的外形尺寸的限制，要求將精餾裝置的高度限制在較小的范圍內(nèi)。
借鑒套管式換熱器的結(jié)構(gòu)原理，將填料塔的冷凝器制成多集管并聯(lián)結(jié)構(gòu)，沿高度方向并呈螺旋狀埋入塔體精餾段的填料之中，使得組元分離過(guò)程的氣液交換與換熱過(guò)程同時(shí)進(jìn)行。通過(guò)增加填料塔的塔身直徑來(lái)有效地減小整個(gè)填料塔的高度，而且可以保證設(shè)計(jì)所需的精餾效果，這對(duì)于小型自復(fù)疊混合工質(zhì)制冷機(jī)的推廣應(yīng)用將起到很大的推動(dòng)作用。本發(fā)明就是基于這一背景提出的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種緊湊型套管式填料塔。
它具有依次連接的精餾段塔體下內(nèi)芯、精餾段塔體上內(nèi)芯，在精餾段塔體上內(nèi)芯上設(shè)有冷凝器，精餾段塔體上內(nèi)芯和冷凝器外設(shè)有精餾段塔體外罩，在精餾段塔體外罩側(cè)面固定有冷凝器出管、冷凝器進(jìn)管，分別靠近精餾段塔體上內(nèi)芯的下端和上端，精餾段塔體外罩上端設(shè)有出氣管，下端設(shè)有氣液分離器，精餾段塔體上內(nèi)芯、精餾段塔體下內(nèi)芯、精餾段塔體外罩、氣液分離器頂端、冷凝器進(jìn)管、冷凝器出管和冷凝器所圍成的空腔內(nèi)填充有散堆填料。
氣液分離器為圓柱形容器，其側(cè)面上部接有進(jìn)料管，底面接有出液管，頂面與填料接觸處沿圓周方向開(kāi)有呈圓環(huán)狀分布的若干個(gè)小孔。冷凝器為在精餾段塔體上內(nèi)芯外由上而下呈螺旋狀均勻分布的多集管并聯(lián)結(jié)構(gòu)，多集管的兩端分別接入冷凝器進(jìn)管和冷凝器出管。精餾段塔體外罩為上端封閉、下端開(kāi)口的圓柱形殼體結(jié)構(gòu)。精餾段塔體上內(nèi)芯、精餾段塔體下內(nèi)芯均為上端封閉、下端開(kāi)口的圓柱形殼體，精餾段塔體下內(nèi)芯的直徑大于精餾段塔體上內(nèi)芯，精餾段塔體下內(nèi)芯沿軸線(xiàn)方向置于精餾段塔體上內(nèi)芯之上，精餾段塔體外罩沿軸線(xiàn)方向置于精餾段塔體上內(nèi)芯、精餾段塔體下內(nèi)芯兩個(gè)內(nèi)芯的外面，其頂面與精餾段塔體上內(nèi)芯的頂面之間留有間隙，并一同置于氣液分離器的正上方。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，借鑒套管式換熱器的結(jié)構(gòu)原理，將填料塔的冷凝器制成多集管并聯(lián)結(jié)構(gòu)，沿高度方向并呈螺旋狀埋入塔體精餾段的填料之中，使得組元分離過(guò)程的氣液交換與換熱同時(shí)進(jìn)行。不但可以保證設(shè)計(jì)所需的精餾效果，而且可以大為減小填料塔的高度，特別適用于機(jī)組高度受到限制的小型自復(fù)疊混合工質(zhì)制冷機(jī)，有助于自復(fù)疊混合工質(zhì)制冷機(jī)的廣泛應(yīng)用。


圖1是緊湊型套管式填料塔的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的氣液分離器頂面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，緊湊型套管式填料塔具有依次連接的精餾段塔體下內(nèi)芯8、精餾段塔體上內(nèi)芯10，在精餾段塔體上內(nèi)芯10上設(shè)有冷凝器9，精餾段塔體上內(nèi)芯10和冷凝器9外設(shè)有精餾段塔體外罩2，在精餾段塔體外罩2側(cè)面固定有冷凝器出管4、冷凝器進(jìn)管11，分別靠近精餾段塔體上內(nèi)芯10的下端和上端，精餾段塔體外罩2上端設(shè)有出氣管1，下端設(shè)有氣液分離器7，精餾段塔體上內(nèi)芯10、精餾段塔體下內(nèi)芯8、精餾段塔體外罩2、氣液分離器7頂端、冷凝器進(jìn)管11、冷凝器出管4和冷凝器9所圍成的空腔內(nèi)填充有散堆填料3。
氣液分離器7為圓柱形容器，其側(cè)面上部接有進(jìn)料管5，底面接有出液管6，頂面與填料3接觸處沿圓周方向開(kāi)有呈圓環(huán)狀分布的若干個(gè)小孔。冷凝器9為在精餾段塔體上內(nèi)芯10外由上而下呈螺旋狀均勻分布的多集管并聯(lián)結(jié)構(gòu)，多集管的兩端分別接入冷凝器進(jìn)管11和冷凝器出管4。精餾段塔體外罩2為上端封閉、下端開(kāi)口的圓柱形殼體結(jié)構(gòu)。精餾段塔體上內(nèi)芯10、精餾段塔體下內(nèi)芯8均為上端封閉、下端開(kāi)口的圓柱形殼體，精餾段塔體下內(nèi)芯8的直徑大于精餾段塔體上內(nèi)芯10，精餾段塔體下內(nèi)芯8沿軸線(xiàn)方向置于精餾段塔體上內(nèi)芯10之上，精餾段塔體外罩2沿軸線(xiàn)方向置于精餾段塔體上內(nèi)芯10、精餾段塔體下內(nèi)芯8兩個(gè)內(nèi)芯的外面，其頂面與精餾段塔體上內(nèi)芯10的頂面之間留有間隙，并一同置于氣液分離器7的正上方。
本發(fā)明的各零部件采用金屬材料和非金屬材料制造，各零部件的連接采用焊接或粘結(jié)劑連接。
本發(fā)明采用分離混合制冷劑R134a(沸點(diǎn)為-26.1℃)和R23(-82.1℃)的填料塔加以說(shuō)明。該填料塔為壓力容器，精餾段塔體外罩2、氣液分離器7、精餾段塔體下內(nèi)芯8、精餾段塔體上內(nèi)芯10均用不銹鋼制造，出氣管1、冷凝器出管4、進(jìn)料管5、出液管6、冷凝器9、冷凝器進(jìn)管11均用銅管制造，以上零部件的連接采用焊接。填料3采用Ф3mm～Ф5mm的雙螺旋填料、散堆于由氣液分離器7頂板、精餾段塔體外罩2、精餾段塔體上內(nèi)芯10、精餾段塔體下內(nèi)芯8、冷凝器進(jìn)管11、冷凝器出管4和冷凝器9所圍成的空腔內(nèi)。
R134a和R23的混合制冷劑由進(jìn)料管5進(jìn)入填料塔的氣液分離器7，氣態(tài)混合制冷劑穿過(guò)氣液分離器7頂面呈圓環(huán)狀分布的小孔，如圖2所示，進(jìn)入填料塔的精餾段。
首先穿過(guò)散堆在由氣液分離器7頂板、精餾段塔體外罩2、精餾段塔體下內(nèi)芯8所圍空腔內(nèi)的填料3，與其表面的回流液進(jìn)行氣液熱質(zhì)交換。然后進(jìn)入由精餾段塔體外罩2、精餾段塔體上內(nèi)芯10、冷凝器進(jìn)管11、冷凝器出管4和冷凝器9所圍的空腔，一方面與填料3表面的回流液進(jìn)行氣液熱質(zhì)交換，另一方面與冷凝器9進(jìn)行熱交換，冷凝成液滴，滴灑到冷凝器9周?chē)奶盍?上，形成回流液。由于冷凝器9均布于其周?chē)奶盍?中間，所以不會(huì)出現(xiàn)布液不均的問(wèn)題。冷凝器的冷量由冷凝器進(jìn)管11進(jìn)入的另一股氣液兩相的R134a和R23混合制冷劑提供，這股混合制冷劑由上而下從冷凝器9中穿過(guò)并蒸發(fā)，吸收管外蒸汽的冷凝熱，最后從冷凝器出管4流出。由于這股混合制冷劑是高度非共沸的混合制冷劑，溫度滑移在30℃～50℃之間，所以它在冷凝器中的蒸發(fā)相變過(guò)程的溫度變化可以滿(mǎn)足冷凝器9外填料3在高度方向精餾過(guò)程的溫差要求，而且，冷凝器9內(nèi)外的兩股混合制冷劑的逆向流動(dòng)過(guò)程非常類(lèi)似于套管式換熱器。精餾段塔體下內(nèi)芯8周?chē)奶盍鲜怯脕?lái)進(jìn)一步提高精餾效果的，精餾段塔體下內(nèi)芯8的高度小于精餾段塔體上內(nèi)芯10的高度，并可減少至零，視實(shí)際應(yīng)用對(duì)精餾效果的要求而定。精餾段塔體下內(nèi)芯8高度為精餾段塔體上內(nèi)芯10高度的1/8。精餾段塔體下內(nèi)芯8的直徑大于精餾段塔體上內(nèi)芯10的直徑。由于在精餾段塔體上內(nèi)芯10周?chē)奶盍现新裼欣淠?，精餾段塔體下內(nèi)芯8的直徑必須大于精餾段塔體上內(nèi)芯10的直徑，以保證混合制冷劑在穿過(guò)不同內(nèi)芯周?chē)盍蠒r(shí)，有相近與合適的操作氣速。精餾段塔體外罩2的頂面與精餾段塔體上內(nèi)芯10的頂面之間留有一定的間隙，使最后上升到精餾段頂部的含R23濃度較大的氣體混合制冷劑匯集到出氣管1，并最終從出氣管1順利流出。
含R134a濃度較大的液體混合制冷劑則從氣液分離器7底面的出液管6流出。
權(quán)利要求
1.一種緊湊型套管式填料塔，其特征在于，它具有依次連接的精餾段塔體下內(nèi)芯(8)、精餾段塔體上內(nèi)芯(10)，在精餾段塔體上內(nèi)芯(10)上設(shè)有冷凝器(9)，精餾段塔體上內(nèi)芯(10)和冷凝器(9)外設(shè)有精餾段塔體外罩(2)，在精餾段塔體外罩(2)側(cè)面固定有冷凝器出管(4)、冷凝器進(jìn)管(11)，分別靠近精餾段塔體上內(nèi)芯(10)的下端和上端，精餾段塔體外罩(2)上端設(shè)有出氣管(1)，下端設(shè)有氣液分離器(7)，精餾段塔體上內(nèi)芯(10)、精餾段塔體下內(nèi)芯(8)、精餾段塔體外罩(2)、氣液分離器(7)頂端、冷凝器進(jìn)管(11)、冷凝器出管(4)和冷凝器(9)所圍成的空腔內(nèi)填充有散堆填料(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型套管式填料塔，其特征在于所述的氣液分離器(7)為圓柱形容器，其側(cè)面上部接有進(jìn)料管(5)，底面接有出液管(6)，其頂面與填料(3)接觸處沿圓周方向開(kāi)有呈圓環(huán)狀分布的若干個(gè)小孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型套管式填料塔，其特征在于所說(shuō)的冷凝器(9)為在精餾段塔體上內(nèi)芯(10)外由上而下呈螺旋狀均勻分布的多集管并聯(lián)結(jié)構(gòu)，多集管的兩端分別接入冷凝器進(jìn)管(11)和冷凝器出管(4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型套管式填料塔，其特征在于所說(shuō)的精餾段塔體外罩(2)為上端封閉、下端開(kāi)口的圓柱形殼體結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的緊湊型套管式填料塔，其特征在于所說(shuō)的精餾段塔體上內(nèi)芯(10)、精餾段塔體下內(nèi)芯(8)均為上端封閉、下端開(kāi)口的圓柱形殼體，精餾段塔體下內(nèi)芯(8)的直徑大于精餾段塔體上內(nèi)芯(10)，精餾段塔體下內(nèi)芯(8)沿軸線(xiàn)方向置于精餾段塔體上內(nèi)芯(10)之上，精餾段塔體外罩(2)沿軸線(xiàn)方向置于精餾段塔體上內(nèi)芯(10)、精餾段塔體下內(nèi)芯(8)兩個(gè)內(nèi)芯的外面，其頂面與精餾段塔體上內(nèi)芯(10)的頂面之間留有間隙，并一同置于氣液分離器(7)的正上方。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種緊湊型套管式填料塔。它具有依次連接的精餾段塔體下內(nèi)芯、精餾段塔體上內(nèi)芯，在精餾段塔體上內(nèi)芯上設(shè)有冷凝器，精餾段塔體上內(nèi)芯和冷凝器外設(shè)有精餾段塔體外罩，在精餾段塔體外罩側(cè)面固定有冷凝器出管、冷凝器進(jìn)管，分別靠近精餾段塔體上內(nèi)芯的下端和上端，精餾段塔體外罩上端設(shè)有出氣管，下端設(shè)有氣液分離器，精餾段塔體上內(nèi)芯和下內(nèi)芯與精餾段塔體外罩、氣液分離器頂端圍成的空腔內(nèi)填充有填料。本發(fā)明將填料塔的冷凝器制成多集管并聯(lián)結(jié)構(gòu)，沿高度方向并呈螺旋狀埋入塔體精餾段的填料之中，使得組元分離過(guò)程的氣液交換與換熱同時(shí)進(jìn)行，可以大為減小填料塔的高度。本發(fā)明特別適用于機(jī)組高度受到限制的小型自復(fù)疊混合工質(zhì)制冷機(jī)。
文檔編號(hào)B01D3/00GK1834555SQ20061004971
公開(kāi)日2006年9月20日 申請(qǐng)日期2006年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月6日
發(fā)明者王勤, 陳光明, 徐敬玉, 王生龍 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)