[实用新型]分凝式冷凝蒸发器

说明书

技术领域

本实用新型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。

背景技术

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。

发明内容

本实用新型的目的在于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。

本实用新型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。

本实用新型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是本实用新型的分段冷凝式结构示意图。

图2是本实用新型的分段冷凝式单元结构示意图。

图3是本实用新型的逆向冷凝式结构示意图。

图4时本实用新型的逆向冷凝式单元结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作详细的介绍：本实用新型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，本实用新型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。