化工釜式再沸器.docx

环式和内置式等型式，见图 1循环在管束与其周围液体之间式再沸器的气化率可达到捷气*薰弋L耐7…“F图1再沸器型式底那就枳幡斥歸疥稲巻5生式再S£顷试说漲檢躍二「鬲菇疏枳執〔讨册武燥trr&武虑菲配职樹瘗薛拭駅制蟻陆控曲l4i再沸器再沸器是蒸馏塔底或侧线的热交换器，用来汽化一部分液相产物返回塔内作气相回流， 使塔内汽液两相间的接触传质得以进行，同时提供蒸馏过程所需的热量，又称重沸器设计 再沸器时，必须同蒸馏塔的操作特点和结构联系起来工业中应用的再沸器多为管壳式换热器，主要有釜式、虹吸式（立式和卧式）、强制循1. 各种型式再沸器介绍1.1. 釜式再沸器由一个扩大部分的壳体 和一个可抽出的管束组成，管 束末端有溢流堰以保证管束能 有效的浸没在沸腾液体中，故 进行，溢流堰外侧空间作为出料液体的缓冲区，壳侧扩大部分空间作为汽液分离空间釜80％以上，相当于一块理论塔 板的作用其优点是维修和清洗方 便，传热面积大，气化率高， 操作弹性大，可在真空下操作 但其传热系数小，壳体容积大， 物料停留时间长易结垢，占地 面积大，金属耗量大，投资较1.2. 热虹吸式再沸器热虹吸式再沸器为有组 织的自然循环式，精馏塔底的液体进入再沸器被加热而部分汽化，形成的汽液混合物密度 显著减小，并一起进入精馏塔内，在塔内进行汽液分离，利用两侧的密度差使塔底液体不 断被虹吸入再沸器。

虹吸式再沸器分为两类：立式和卧式，通常管内蒸发采用立式，且为 单管程；壳程蒸发采用卧式，可以为多管程炼油工业约95％使用卧式热虹吸，而化工行 业约 95％使用立式热虹吸，石油化工行业介于期间，其原因与装置规模及介质的结垢性有关，也与使用习惯有关1.2.1. 卧式虹吸再沸器壳体可采用J、H、X型结构按照工艺过程卧式虹吸再沸器又可分为一次通过式和循环式，一次通过式是指塔底出产品，进再沸器的物料由最下一层塔板抽出其组成与塔底产 品不同；循环式是指塔底产品和再沸器进料同时抽出其组成相同一次通过式和循环式也 可由泵强制输送流程见图 2卧式虹吸式 再沸器的气化率不 应过大，对于烃类 设计的气化率一般 小于 30％，对于水 溶液一般不超过 20％，气化量较大 时需采用循环式 （个人见过的 ABB 公司用于丙 烯塔底的卧式虹吸 再沸器，循环式流 程，壳程采用X结图4£ （a） 卧式热虹吸重沸器（一次通过式）图44 （c） 卧式热虹吸重桃器（循环式）构 4 进 4 出，气化图2卧式热虹吸再沸器流程率可达到 50％，且 实际运行过程没有问题）卧式虹吸再沸器的分馏效果小于一块理论塔板，且由于出口管线较长阻力降较大， 不适用于低压和真空操作工况。

1.2.2. 立式虹吸再沸器立式虹吸再沸器一般采用固定管板、单管程、管内汽化，出口管与塔体连接，减小了阻力，适用于低压和真空操作其分馏效果低于一块理论塔板，气化率一般按0〜15%考 1.3. 强制循环式再沸器 强制循环式再沸器依靠泵的外加机械能维持强制循环，因而循环速度便于控制和调节， 物料停留时间短，适用于粘稠物料、有少量固体的悬浮液和热敏性物料，也分为立式和卧 式两种，其传热和压降均可按强制对流进行按工艺过程可分为一次通过式和循环式，为了使操作稳定常在塔底部加一块隔板，流图3立式热虹吸再沸器流程1.4. 内置式再沸器 将管束直接置于塔内，不需要壳体和工艺配管，结构简单，投资小，易清洗，但塔内 容积有限，传热面积小，液体循环差，不适于粘稠液体，设计计算原则与釜式再沸器相同1.5. 选择再沸器应考虑的因素 选择蒸馏塔再沸器时，在满足工艺要求的前提下优先选用立式热虹吸再沸器，因为它具有一系列突出的优点和良好性能，但下面情况不能选用立式虹吸再沸器1.5.1. 再沸器中静压波动较大的场合 当蒸馏塔在较低液位排除塔釜液、间歇排除塔釜业、对塔釜液面不作严格控制时会产 生压力波动，应采用釜式再沸器。

1.5.2. 高真空操作或结垢严重时1.5.3. 气化率低于 5％不会产生热虹吸，气化率大于40％时应采用釜式1.5.4. 塔的安装高度受限或没有足够空间安装立式虹吸再沸器2. 再沸器设计考虑的因素2.1. 结垢因素 一般根据工程经验选择污垢热阻值，由于沸腾传热系数一般较高，所以指定的污垢热 阻通常在总传热系数中占相当大的比例，应通过设备形式的选择和操作条件的调整，做到 尽可能降低污垢热阻的影响2.1.1. 影响污垢生成的因素 污垢的生成与流体流动速度、温度、汽化热有关，或三者兼而有之 含沉淀物或重残渣等介质，污垢的生成与速度关系密切，因此提高流速来减少结垢是 首要问题这种工况下应首选立式虹吸式再沸器，也可选择卧式强制循环再沸器，不能使 用釜式再沸器与流体温度有关的结垢一般是通过某种化学反应形成的，当管子温度超过反应温度时 结垢速度会迅速增加由于釜式重沸器可以在较低的有效温差下操作，是比较合适的选择汽化敏感的结垢常发生在重组分随汽化的发生从液体中析出的时候，在釜式或液体循 环速率较低的卧式虹吸再沸器中易发生，此时选立式虹吸再沸器合适2.1.2. 气化率对结垢的影响 在较低的气化率下各种结垢都有减小的倾向，对容易结垢的介质其气化率以不超过20％为宜。

2.1.3. 流动分布的影响 壳程不良的流动分布将导致结垢的加快，例如管心距太小、旁路面积较大、折流板切 口太大或切口方位错误等都可能造成不良的流动分布任何引起局部高气化率、高壁温或 低流速的壳程几何形状都将引起严重的结垢管子壁温高也会促进另一侧介质结垢加快 2.1.4. 尽量采用符合实际的污垢系数不推荐为了保险而采用过高的污垢系数，过大的污垢系数将使换热面积过大造成浪 费，并使得新设备开车时所需的AT比正常操作要小很多，再沸器操作性能变差若污垢 热阻选择过大，会使实际运行条件和设计条件相差悬殊，开工时若根据设计条件去分析实 际运行情况就没有意义了2.2.有效温差AT再沸器设计时都要考虑一定的污垢热阻，新设备开工时需要将AT、介质的膜传热系 数降低到设计水平以下来补偿暂时不存在的污垢热阻2.2.1. 开工时对操作的考虑再沸器开工时需要的AT远远低于达到规定的污垢热阻时的AT，若开工时对新设备提 供满足设计的AT就可能使再沸器处于膜状沸腾，所以开工时要使AT尽可能小，然后逐渐 增加AT达到设计能力，防止不必要的模式沸腾对再沸器热源的控制是降低开工时AT的有效方法若采用蒸汽加热，可在蒸汽进口 管线上设置阀门进行节流，通过降低蒸汽的压力和饱和温度来降低AT,但设备有很大潜 力时，可以使用冷凝液淹没法。

对于用无相变流体加热的情况可以设置旁路，开工时用旁 路减小热流体流量从而降低热流出口温度，用此方法来调节AT2.2.2. 在很低的AT下操作由于工艺的限制，再沸器有时需要在很低的AT （小于4°C）下操作，此时泡核沸腾传 热系数受表面粗糙度的影响很大，变得很不稳定此工况下，为增强泡核沸腾效果，对于 不易结垢的流体可使用多孔表面管或T型管改变表面，使操作变得稳定2.2.3. 在较高的AT下操作再沸器在较高的AT下操作会产生三种不同的极限状态，即膜状沸腾、雾状流和不稳 定沸腾，超过临界最大热通量会发生上述三种状态之一有些工况需要使用高温加热介质，此时的AT比泡核沸腾所需要的AT要高出很多，这 种情况下可以将再沸器设计成处于膜状沸腾状态，但由于操作难以控制所以除非必要一般 不推荐总之，再沸器的设计要尽量处于完全泡核沸腾状态或处于完全膜状沸腾状态，由于泡 核沸腾传热系数高得多且壁温较低，总是优先考虑泡核沸腾状态2.3. 操作压力的考虑2.3.1. 接近临界压力的操作 接近临界压力时蒸汽密度接近液体密度，降低了循环的推动力，此时汽液分离能力较 差，会使泡核沸腾的最大热通量降低这种工况下釜式再沸器有较好的操作性能，内置式 的再沸器效果会更好，若采用立式热虹吸再沸器需要采用大直径和较短的管子、2.3.2. 高真空下操作 由于真空条件下易产生较大的过冷区，会使沸腾传热效率下降。

采用立式虹吸再沸器时过冷区长度小于等于管子长度的1/4 为宜，另外真空下泡核沸腾需要更大的空穴，最好 采用多孔表面管或 T 型管来提高传热效率大部分真空操作带来的问题属于流体动力学的问题，选择对流体动力学最不敏感的釜 式再沸器是最适宜的，其次为立式虹吸再沸器但需要保证足够的循环推动力3. 釜式再沸器 釜式再沸器的管束沉浸于封头液体中，液体在管束间受热沸腾，汽液化合物向上运动而液体则自管束两边底部进入，形成空间上不均匀的循环运动，每根管的热流密度和给热\按气出口图4釜式再沸器断面系数也是不均匀的，见图 4上部管排的 传热面积会被下部管排产生的蒸汽覆盖， 特别是在管间距较小时，导致给热系数减 小；实际上液体的循环流动与上升气泡引 起的扰动又可以促进传热，对于这两种矛 盾因素的影响还没有一致的结论3.1. 沸腾传热简介按沸腾液体所处空间与流动条件的不 同沸腾分为池内沸腾和流动沸腾池内沸腾：亦称大容积沸腾，加热面 沉浸于液体中，生成的气泡脱离加热面后自由浮生，液体的运动是由气泡扰动和自 然对流引起的，不存在液体的平均宏观流动流动沸腾：液体以一定的宏观流速受迫掠过加热壁面的沸腾立式虹吸再沸器属于流动沸腾过程，釜式、内置式、卧式虹吸再沸器属于池内沸腾过 程，卧式虹吸再沸器的壳程侧有一定的宏观流速，它的沸腾过程二者都有，目前设计时还 是多按照池式沸腾处理。

3.2. 池内沸腾机理及沸腾曲线池内沸腾过程中，传热强度随着传热温差AT变化，以沸腾传热强度q作为传热温差AT的函数，将沸腾过程热强度的变化汇成曲线，见图5自然对流区：在AB区，管子表面处的液体没有过热到足以产生泡核，因此没有气泡 产生，此时热量靠自然对流传递初始沸腾区：在BC区，随着传热温差人卩的升高开始有气泡产生，脱离表面后在液体 中自由浮生在C点附近气泡在上升的过程中逐渐消失，此时的热量传递是自然对流和泡 核沸腾的结合图5池内沸腾曲线泡核沸腾区：在 CD 区，随着传热温差at的 继续升高，近壁面的液体 达到过热并开始汽化，在 壁面的凹坑或划痕处形成 气泡，气泡带走了相变时 的汽化潜热，同时扰动了 受热面附近的液体，因而 也增加了对流传热在这 个区域内，气泡连续不断 的在加热表面产生，设计 蒸发器时要求置于泡核沸腾区内操作D点是产生泡核沸腾 的最大热通量点，从受热面上逸出的气泡数目太多可能阻碍液体的补充，这样蒸汽在受热面上形成亦称隔绝层，使受热面温度升高产生烧毁现象（亦称沸腾危机）通常把此点的温 差称为临界温差，热通量称为临界最大热通量过渡沸腾区：在DE区，随着传热温差AT的增大，汽层和液层交替覆盖受热面，致使 表面温度波动，传热效率下降，操作变得不稳定，开始向膜状沸腾过渡。

膜状沸腾区：在EF区，管壁受热面不再存在液体，管子被一层稳定的蒸汽膜包围， 随着传热温差AT的进一步升高，热通量也会继续提高，这是有辐射传热造成的，温度过 高会使壁面损害，没有特殊要求一般不将蒸发器设计在膜状沸腾状态3.3•临界最大热通量q及其影响因素max3.3.1.临界最大热通量qmax设计釜式再沸器时其热通量的上限值不应超过q ，而下限值不应低于初期沸腾区域max临界最大热通量q的计算方法很多，可以采用图表法、单管修正系数法、经验关联式法max等，下面介绍一下单管修正系数法， HTRI 软件中采用此方法q =申qpRq = 0.7 x 664 xR(P、0.28P、。