[发明专利]用于在换热器中蒸发和/或冷凝的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在换热器中蒸发和可选地冷凝流体的方法，还涉及一种用于通过低温蒸馏分离流体混合物的装置，该装置包括至少一个根据所述方法操作的换热器。特别是，本发明涉及一种用于在用于通过低温蒸馏分离空气煤气的装置中蒸发和可选地冷凝空气煤气的方法。

背景技术

长期以来，空气煤气分离单元一直采用铝制钎焊板式换热器以用作蒸馏塔的再沸器/冷凝器，尤其是具有氮冷凝和氧蒸发的双塔的再沸器/冷凝器。

现已提出两种用于这些再沸器/冷凝器的操作原理：

在热虹吸管模式(这是最古老的解决方案)中有两种变型：

1)蒸发器的体部可以垂直放置，并且完全(或者部分)浸在液氧浴中。该液氧进入蒸发器的底部，升温到其始沸点，然后部分蒸发。再循环比(出口处过剩液体的流量与蒸发的流量之比)非常高，范围可从5到100。体部的尺寸可约为1220mm(宽)×1200mm(在堆叠方向上)×2000mm(长)。缺点之一在于即使换热器中的最小温差可能较低(0.3-0.4℃)，但由于液体的静压头(它增加了换热器底部所述液体的压力以及因此提高了其蒸发温度)，表观差值(进入再沸器/冷凝器的氮的温度和蒸发的氧的温度之差)仍较高(1.2-1.6℃)。可以设想通过不完全浸没蒸发器来降低静压头，但接着再循环比会降低。然而，零(或者低)再循环操作是危险的，这是因为通过液氧(总体或者局部)的完全蒸发，在将要被蒸发的最后的液滴中某些重质组分(例如烃类)达到溶解极限。这些重质组分有沉积在蒸发器中并导致在其中爆炸和使铝燃烧的危险；

2)蒸发器的体部水平放置，并且完全(或者部分)浸在液氧浴中。该操作与垂直安装的蒸发器的操作相同。通过降低静压头，氧侧的操作得以改进。然而，氮通道的设计不明显。要么限制换热器体部(立方体形)的长度并且使用与垂直体部相同的流动平面，要么保持相同的体部长度(2000mm或更长)但必须使氮以交错流方式水平流动(否则，分配器会占据体部的整个高度)，因而导致加热不对称，从而降低性能，而且也导致在排出液氮方面的缺陷(重力使液氮流向通道底部)，该缺陷还会局部降低换热系数；

-在薄膜模式中(较新的解决方案，具体如在US-A-4599097中所述)：

液体分布到竖直板上。因此静压力对热交换不再有不利影响并且可以获得小的温差(小于1℃)。然而，如果希望在换热器的出口提供过剩液体，需要泵以避免干蒸发和重质组分沉积。换个角度来说，由于与再沸器/冷凝器相同的原因，该操作也有潜在危险。

EP-A-1008826提出了一种降膜蒸发器，其中换热器包括由平行板限定的通道。液体蒸发通道包含只有曲面的辅助通道，例如圆柱形管。

此外，还存在两种设计类型：塔或外壳内的再沸器/冷凝器，或者例如在US-A-5333683中所述的外部蒸发器。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种减少了现有技术缺点的、使用换热器的冷凝和/或蒸发方法，更一般地说，为在铝制钎焊板式换热器中进行的热交换方法提供了一种替代的热交换方法，该方法来源于当前用在机动车辆散热器中的技术。

为此目的，本发明的一个主题是一种用于在换热器中蒸发和/或冷凝至少一种流体的方法，该换热器包括由至少一根管和至少一个波纹翅片组成的堆叠体，翅片和管优选地相互钎焊(brazed，铜焊，硬焊)，并且在该换热器中，可选地为待冷凝的第一流体在至少一根管内流动，而可选地为待蒸发的第二流体在翅片周围流动，其中a)第一流体冷凝而第二流体蒸发，或者b)第一流体蒸发而第二流体冷凝。

根据本发明的方法还可包括如下特征中的一个或多个：

-翅片的波纹近似平行于管的轴线；

-管和翅片由纯铝或铝合金制成；

-管和翅片由铜基合金制成；

-管和翅片由铁基合金制成；

-管是长椭圆形的或者是扁平的；

-换热面积的一部分在管内；

-管内具有平行的沟槽/通道，该管包括两个平行的平壁和与两个平壁相连接并限定平行沟槽的内壁；

-通过折叠、通过挤出、或者通过优选地钎焊的嵌入物例如翅片，而获得管内的换热面积；

-翅片是穿孔的、平直的、锯齿状的和/或百叶窗形的。