[发明专利]一种设置突刺的梯形板翅式换热器

说明书

技术领域

本发明属于换热器领域，尤其涉及一种不同沸点混合介质冷凝使用的换热器，属于F28D的换热器领域。

背景技术

不同沸点混合介质的冷凝是天然气液化(主要成分为沸点-162℃甲烷、沸点-88℃乙烷、沸点-42℃丙烷等)、空气分离、混合冷剂制冷、石油或废塑料裂解、生物质气生产等行业的主要工艺过程。为降低工艺过程的损失，此类生产工艺希望按照温度级别逐级冷却析出不同沸点的组分，同一股制冷剂或产物在不同温度区间自身也进行热量交换，因此要求冷凝设备方便实现多股介质同时换热。目前能方便实现多股介质同时换热的设备主要是螺旋缠绕管换热器和板翅式换热器两种。螺旋缠绕管换热器为管壳结构，承压较高，应用较广泛，但难以采取换热强化措施，换热系数较低，体积和重量难以缩减。板翅式换热器随着近年制造工艺的改进，承压能力逐渐提高。凭其传热系数更高、更紧凑、重量更轻的优势，在天然气液化等很多场合出现取代缠绕管换热器的趋势。

虽然板翅式换热器在沸腾与冷凝相变工况下同样可以提供较高的换热系数，但现有板翅式换热器的翅片形式主要是针对单相介质(重点是气相介质)换热的机理设计的：平直翅片是扩展了换热面积和减小了水力直径；波纹翅片、锯齿翅片、百叶窗翅片是在扩展面积基础上扰动流体减薄边界层；被公认可适用于相变换热的打孔翅片、片带翅片在用于冷凝换热时可以破坏液膜的连续性，但在高雷诺数工况也被证实效果并不比平直翅片有优势。

天然气液化中非共沸多组分混合介质冷凝的热阻机制与纯组分物质冷凝有明显区别，理论分析和实验已证明换热系数比纯组分冷凝明显降低。现有对非共沸混合介质冷凝换热的研究更多集中在含一种不凝气体的工况，采用低纹槽、人工粗糙度表面等措施减小平均液膜厚度在纯组分冷凝时被证实效果突出的措施，在含不凝气体情况下效果有时不明显。，而天然气液化、石油裂解行业的冷凝换热过程和机理更为复杂，冷凝过程通常包含两种以上的不凝气体，换热情况更加复杂。

针对上述问题，本发明提供了一种新的板翅式换热器，从而解决沸点不同的多组分混合介质的冷凝。

发明内容

本发明提供了一种新的板翅式换热器，从而解决沸点不同的多组分混合介质的冷凝，以提高换热效率，降低流体流动阻力。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于非共沸多组分混合物冷凝的翅片，所述翅片为梯形翅片，所述梯形翅片包括倾斜部分，倾斜部分构成梯形的两个腰，在倾斜部分上通过冲压方式加工突刺，从而使倾斜部分两侧的流体通过倾斜部分上冲压方式形成的孔连通；所述突刺从倾斜部分沿着混合物流动方向向外延伸。

一种用于非共沸多组分混合物冷凝的板翅式换热器，所述板翅式换热器包括互相平行的板片，所述板片之间设置翅片，所述翅片为梯形翅片，所述梯形翅片包括倾斜于板片的倾斜部分和水平部分，倾斜部分构成梯形的两个腰，其特征在于，在倾斜部分上通过冲压方式加工突刺，从而使倾斜部分两侧的流体通过倾斜部分上冲压方式形成的孔连通；所述突刺从倾斜部分沿着混合物流动方向向外延伸。

作为优选，所述翅片包括水平部分，所述水平部分与板片平行并且与板片贴在一起，所述倾斜部分与水平部分连接。

作为优选，所述梯形为等腰梯形，所述突刺为等腰三角形，所述等腰三角形的底边设置在倾斜部分上，相邻的板片的距离为H，等腰三角形底边的长度为h，相邻的倾斜部分的距离为w，等腰三角形的顶角为b,所述突刺的延伸方向与混合物的流动方向的夹角为a，满足如下公式：

6.58*h/H＝c1*Ln(L*sin(a)/w)+c2,

sin(b/2)＝c3+c4*sin(a)-c5*(sin(a))2，

其中Ln是对数函数，c1、c2、c3、c4、c5是系数，

0.24<c1<0.25,0.68<c2<0.70,0.87<c3<0.88，0.68<c4<0.70，1.14<c5<1.15；

19°<a<71°，55°<b<165°；

10mm<w<15mm，6mm<H<14mm；

0.19<L*sin(a)/w<0.41,0.29<6.58*h/H<0.47；

H是以相邻板片相对的面之间的距离，W是以等腰三角形底边的中点在等腰梯形腰上的点在平行于板片方向延伸到等腰梯形另一条腰的距离，L为等腰三角形的顶点到底边中点的距离；

等腰梯形底边的锐角为c，90°<c<74°