一种可视化的凝华冷凝器及其应用的实验装置的制作方法

1.本实用新型涉及化工单元设备技术领域，具体涉及一种可视化的凝华冷凝器以及采用该凝华冷凝器的实验装置。


背景技术：

2.凝华（包括部分蒸发）和热熔是化工行业中常见的物料变化过程，有着比较广泛的应用。例如：对氯苯腈、邻苯二腈等产品生产过程，过程中经反应器转化完成的产品气需要采用升华过程，对混合产品气中的目标产品进行凝华分离的过程，让混合气体中的目标组分从气体变成固态，停留在实验装置中，其余组分走掉；停留在实验装置中的目标组分，再经过加热成液体进行收集。伴随着升华和热熔变化的是凝华过程，用于收集升华和热熔所挥发的气体冷凝物。
3.作为冷却系统的关键部分，凝华冷凝器的冷凝效果对整个冷却系统的冷却效果有着决定性的作用。但是，生产时所用原料的配比不同，会影响凝华冷凝器的收集效果，确认不同物料配比下凝华冷凝器的长度，对生产过程也很重要。因此，需要在工业化设备确定前，采用实验确认不同物料的配比对凝华冷凝器长度的影响，从而确认工业化设备中凝华冷凝器的长度。
4.现有的测定凝华冷凝器长度的实验装置，包括蒸发罐和凝华冷凝器两部分，但存在一些问题：1、凝华冷凝器的外壳为金属材质，研究人员不能直观地观察凝华收集器的内部冷却过程的发生时间和发生过程，从而无法有效把控冷却、凝华过程中遇到的特殊事例；2、在不拆卸凝华冷凝器外壳的情况下，无法直接测定凝华的效果与换热面积之间的关系，给实验带来很多麻烦。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种可视化的凝华冷凝器及其应用的实验装置，以解决现有技术存在的上述问题。
6.为了实现上述目的，本实用新型的技术方案为：
7.本实用新型的一种可视化的凝华冷凝器，包括：冷凝器外壳与中心换热管为同心叠套的两根圆管，二者之间形成壳程空腔，可伸缩翅片置于该壳程空腔内；所述冷凝器外壳的两端分别通过壳程法兰将所述壳程空腔密封，所述中心换热管的两端分别伸出所述壳程法兰之外，作为管程的入口和出口；所述冷凝器外壳的前端设有物料气入口，用于将需要凝华的物料蒸气送入所述冷凝器外壳的壳程之内；
8.其特征在于，所述冷凝器外壳的主体部分的材质为石英玻璃；所述可伸缩翅片为长条带状金属片，呈螺旋状缠绕并固定在所述中心换热管的外表面，保证所述可伸缩翅片与所述中心换热管之间具有充分的换热效果，并可通过压缩和拉伸控制每一圈螺旋翅片的间距。
9.一种用于测定凝华冷凝器长度的实验装置，其特征在于，包括：包含本实用新型所
述的可视化的凝华冷凝器，以及搅拌蒸发罐；所述搅拌蒸发罐的顶部设有蒸汽管和搅拌器；所述蒸汽管与所述物料气入口相连接；所述搅拌器具有多层搅拌桨，伸入到所述搅拌蒸发罐的内部。
10.本实用新型的可视化的凝华冷凝器，通过凝华冷凝器的外壳材质，增加了对冷凝效果的直观可视性，可以直观的观察冷凝过程中壳程内物料的变化；可以对冷却和凝华过程进行整体把握。采用本实用新型的凝华冷凝器进行测定凝华冷凝器长度的实验装置，通过调整物料浓度、物料配比等因素，控制凝华的效果与换热面积之间的关系，观察直接观察和测量不同配比物料的凝华过程和效果，根据实验计算出翅片的总传热系数，以及每种翅片间距结构下，物料配比与换热面积、收集率之间的关系。
附图说明
11.图1为可视化的凝华冷凝器的整体结构示意图；
12.图2为可伸缩翅片在壳程中的局部结构示意图；
13.图3为用于测定凝华冷凝器长度的实验装置的整体结构示意图；
14.图中：1
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冷凝器外壳，2
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可伸缩翅片，3
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中心换热管，4
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壳程法兰，5
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物料气入口，6
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冷凝液出口，7
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排液管，8
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直管外壳，9
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弯曲连接管；10
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搅拌蒸发罐，11
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蒸汽管，12
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搅拌器，13
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搅拌桨；21
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可滑动固定环，22
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紧固螺钉。
具体实施方式
15.下面具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
16.如图1和图2所示。一种可视化的凝华冷凝器，包括：冷凝器外壳1与中心换热管3为同心叠套的两根圆管，二者之间形成壳程空腔，可伸缩翅片2置于该壳程空腔内；所述冷凝器外壳1的两端分别通过壳程法兰4将所述壳程空腔密封，所述中心换热管3的两端分别伸出所述壳程法兰4之外，作为管程的入口和出口；所述冷凝器外壳1的前端设有物料气入口5，用于将需要凝华的物料蒸气送入所述冷凝器外壳1的壳程之内；所述冷凝器外壳1的主体部分的材质为石英玻璃；所述可伸缩翅片2为长条带状金属片，呈螺旋状缠绕并固定在所述中心换热管3的外表面，保证所述可伸缩翅片2与所述中心换热管3之间具有充分的换热效果，并可通过压缩和拉伸控制每一圈螺旋翅片的间距。
17.进一步地，如图2所示，所述可伸缩翅片2的前端固定在所述中心换热管3的前端，或者固定在位于所述中心换热管3前端的所述壳程法兰4上；所述可伸缩翅片2的尾端固定在一个可滑动固定环21上；所述可滑动固定环21套设在所述中心换热管3上并可沿着所述中心换热管3前后滑动，用于调节所述可伸缩翅片2的伸缩长度；所述可滑动固定环21上设有紧固螺钉22，用于将所述可滑动固定环21固定在所述中心换热管3上的适当位置。
18.进一步地，如图3所示，所述冷凝器外壳1分成2～5段的直管外壳8或者弯曲连接管9，段与段之间通过法兰相互固定连接；所述弯曲连接管9内设置或者不设置所述可伸缩翅片2。
19.进一步地，如图1和图3所示，所述冷凝器外壳1上设有若干个分散的冷凝液出口6，用于实验结束后将凝华的物料排出壳程。
20.进一步地，如图3所示，所述冷凝液出口6分别与排液管7相连接，用于将排出壳程的物料统一收集起来。
21.本实用新型还提供一种用于测定凝华冷凝器长度的实验装置，如图3所示，包含本实用新型所述的可视化的凝华冷凝器和搅拌蒸发罐10；所述搅拌蒸发罐10的顶部设有蒸汽管11和搅拌器12；所述蒸汽管11与所述物料气入口5相连接；所述搅拌器12具有1～5层搅拌桨13，伸入到所述搅拌蒸发罐10的内部。
22.进一步地，所述搅拌蒸发罐10的外部包裹着加热套或电热丝，为所述搅拌蒸发罐10提供稳定的热源，将液态物料加热挥发成气体，通过所述蒸汽管11进入到凝华冷凝器的壳程内，为壳程提供高温的物料气。
23.如图3所示，物料存储在搅拌蒸发罐10内，通过包裹着加热套或电热丝加热，物料挥发成气体，通过设置在顶部的蒸气管11，从物料气入口5进入到凝华冷凝器的壳程内；冷媒通过凝华冷凝器的管程入口进入到中心换热管3内；冷煤和高温的物料气通过中心换热管3和可伸缩翅片2进行换热，壳程内的高温物料气冷凝成固体附着在可伸缩翅片2的表面；从冷媒进入口的翅片上开始，冷凝的固体逐渐向内部翅片上延伸附着；通过透明的冷凝器外壳1确认最后一块附着固体的翅片，可以确定在该温度、压力和物料量的作用下凝华冷凝器的长度。如果通过更改搅拌蒸发罐10内物料的比例，可以直观地观测到不同物料、配比、温度、压力等条件下所对应的冷凝器长度；而通过调节可伸缩翅片2的翅片间距，可以得出在不同翅片间距情况下，不同介质的传热情况；从而实现该凝华收集试验装置的试验功能。
24.本实用新型把凝华冷凝器的金属外壳改为光线穿透性强的石英玻璃材料，通过利用玻璃材料的光线可见性，可以直观地观察冷却过程中的凝华过程和凝华效果，确认凝华冷凝器的使用效果；通过将可伸缩翅片做成片与片之间可通过压缩和拉伸控制间距的结构，使凝华后的固体物料附着在翅片上，可以根据翅片上凝结物料的量，观察冷凝器内部物料的凝华效果；可伸缩翅片在换热管上的卷绕布置，可以加强传热效果。