一种用于CO2解吸的降膜再沸器的制作方法

本发明涉及化工设备领域，具体涉及一种用于co2解吸的降膜再沸器。

背景技术：

目前，行业内通常利用醇胺溶液捕集烟气中的co2，由于这一类吸收剂昂贵，需要循环利用，所以负载co2的富液需要进入解吸塔，利用蒸汽加热促进解吸过程。降膜设备具有传热传质效果好和占地面积小的特点，比较适用于co2解吸过程。其中，布液器是降膜再沸器最关键的部分，将直接影响其工业价值。一方面，当换热芯体中成膜不均匀时，会出现断流和干壁现象，直接降低降膜再沸器的传热传质效率，严重的话将烧毁设备，造成较大的经济损失和安全隐患。另一方面，尽管成膜较均匀，但液膜厚度过厚也会造成换热系数的降低。对于强化降膜再沸器的传热传质问题来说，布液器的性能至关重要，在设计上既要保证换热管壁成膜的均匀性，还要控制液膜厚度。

在布液器的设计中，至少要保证成膜的均匀性，如公开号为cn201701760u的中国专利文献公开了一种新型降膜再沸器，降膜再沸器封头中安装分布盘，分布盘上均布若干物料通孔，再沸器桶体内部安装若干再沸器列管，在再沸器列管上安装分液帽，分液帽上设置均匀分布的切口，可以实现料液的均匀分布，提高了蒸发效率。虽然现有的布液器设计大部分能够利用不同形式的管内插件保证成膜的均匀性，但由于液膜厚度较厚而导致的传热传质效果欠佳的问题仍然存在，因此，亟需加以改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于co2解吸的降膜再沸器，可以通过成膜均匀和减薄液膜厚度来提高传热传质效率，为解吸co2过程提供蒸汽动力，降低co2捕集系统的再生能耗。

本发明提供了如下技术方案：

一种用于co2解吸的降膜再沸器，包括上封头、下封头和带加热腔的壳体，所述壳体的上下两端分别通过法兰与上封头和下封头相连接，所述上封头的顶部设有进液口，所述下封头的底部设有出液口，且下封头的侧部设有出气口，所述壳体侧部的上下端分别设有与加热腔相连通的蒸汽出口和蒸汽进口，所述壳体内上部设有布液器，下部设有换热芯体，所述布液器包括防冲板、均流槽和自流式布膜管组，所述防冲板设于均流槽内，所述自流式布膜管组连接在均流槽下方，所述均流槽底部设有与自流式布膜管组的布膜管一一对应连通的分布孔，所述换热芯体包括换热管组，所述换热管组的两端分别穿设有管板，且换热管组的换热管内设有内部扰流子，所述换热管与布膜管一一对应设置，每根布膜管的下端均同轴插设在对应的换热管内，且布膜管的下端与对应的换热管之间形成环形通道，所述布膜管底端设有盲板，且布膜管的下端设有与环形通道相连通的布膜孔。

优选的，所述防冲板为圆盘状，且防冲板的圆心与均流槽的圆心同轴设置，所述防冲板的横截面积为均流槽横截面积的40％～80％，且防冲板上表面到均流槽顶端面的距离为均流槽高度的1/4～1/6，起到防冲、防溅和均流的目的。

优选的，所述分布孔与对应的布膜管同轴设置，单个分布孔的孔径为单根换热管内径的0.2～0.6倍，所述均流槽的持液高度为20～100mm，所述分布孔的开孔尺寸与持液高度相关，分布孔的开孔孔径在8～12mm范围时，持液高度则在30～80mm。

优选的，单个所述环形通道的截面积为单个所述分布孔截面积的0.6～2倍，用于保证成膜均匀性，并减薄液膜厚度。

优选的，每个所述分布孔的底部均设置有沉孔，所述沉孔与对应的分布孔同轴设置，所述沉孔的孔径和布膜管的外径均大于分布孔的孔径，且布膜管的内径与分布孔的孔径相同，所述布膜管顶端插入对应的沉孔内且与均流槽焊接连接，每根所述布膜管的顶端均开设有半圆形的泄压孔，单个所述泄压孔的孔径为单根所述布膜管的内径的0.2～0.8倍。所述泄压孔用于防止布液器持液较多时，液体充盈导致液体无法向下流动的现象出现。

优选的，每根所述布膜管的下端均交错开设有上下两层布膜孔，每层布膜孔的数量均为2～10个，所述布膜孔的形状为圆状、横槽状或纵槽状，用于将液体均匀地初始分布在换热管管壁内。

优选的，每根布膜管的下层的布膜孔的总面积为单个分布孔面积的0.8～2倍，下层的布膜孔与布膜管底端面的高度差为布膜管高度的1/5～1/10；上层的布膜孔与下层的布膜孔的高度差为布膜管高度的1/5～1/10，且每根布膜管的上层的布膜孔的总面积为单个分布孔面积的0.5～1倍。下层的布膜孔开孔位置与布膜管底端有一定距离，使运行过程中产生的污垢可以在布膜管底部沉积。

优选的，所述的内部扰流子为螺旋旋流子，所述螺旋旋流子的旋转角度为60°，螺距为24mm时，分布效果最佳。

优选的，所述布膜管外径和换热管内径的差值为3～6mm，用于保证成膜均匀性，并减薄液膜厚度。

本发明还包括能够使该用于co2解吸的降膜再沸器正常使用的其它装置或组件，均为本领域的常规技术手段；另外，本发明中未加限定的装置和组件均采用本领域中的常规技术手段。

本发明的工作原理是，来自解吸塔的热贫液从上封头的顶部的进液口流入，依靠重力先流经防冲板，在防冲板的缓冲作用下，贫液从防冲板边缘流入均流槽内，借助均流槽使贫液平均分布到每根布膜管中，贫液从布膜管下部的布膜孔溢出后，经环形通道在换热管壁面形成初始均匀的液膜，在内部扰流子的牵引下产生强烈旋流，引起二次流促进径向混合，从而增强传热，且能间歇破坏流体边界层的发展,导致液膜厚度变薄,从而在换热管内壁形成均匀且较薄的液膜，经壳体内通入的高温蒸汽加热后换热管内温度升高，产生水蒸气和co2的混合蒸汽，混合蒸汽经下封头侧部的出气口进入解吸塔驱动热解吸过程，热富液经下封头底部的出液口流入贫富液换热器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明中的布液器能够保证换热管管壁液体的成膜均匀度，换热管内的内部扰流子可产生牵引和强烈旋流作用，从而减薄液膜，同时内部扰流子引起二次流促进径向混合，从而提高传热传质效率，降低co2解吸过程中的再生能耗，提高吸收剂的循环能力。另外，污垢可以在布膜管底部沉积，布膜管与换热管可以分离，从而降低了设备的清洗和维修难度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是实施例1中本发明的局部爆炸结构示意图。

图2是实施例1中本发明的外部结构示意图。

图3是实施例1中本发明的布液器的整体结构示意图。

图4是实施例1中本发明的均流槽与防冲板的组合结构示意图。

图5是实施例1中本发明的均流槽的立体结构示意图。

图6是实施例1中本发明的管板的结构示意图。

图7是实施例1中本发明的螺旋旋流子的结构示意图。

图8是实施例1中本发明的布膜管和布膜孔的结构示意图。

图9是实施例2中本发明的布膜管和布膜孔的结构示意图。

图10是实施例3中本发明的布膜管和布膜孔的结构示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图以及具体实施例对本发明进行清楚地描述，在此处的描述仅仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

实施例1

如图1～8所示，本发明提供了一种用于co2解吸的降膜再沸器，包括上封头3、下封头8和带加热腔的壳体1，所述壳体1的上下两端分别通过法兰7与上封头3和下封头8相连接，所述上封头3的顶部设有进液口，所述下封头8的底部设有出液口，且下封头8的侧部设有出气口，所述壳体1侧部的上下端分别设有与加热腔相连通的蒸汽出口和蒸汽进口，所述壳体1内上部设有布液器，下部设有换热芯体，所述布液器包括防冲板9、均流槽5和自流式布膜管组6，所述防冲板9设于均流槽5内，所述自流式布膜管组6连接在均流槽5下方，所述均流槽5底部设有与自流式布膜管组6的布膜管一一对应连通的分布孔，所述换热芯体包括换热管组2，所述换热管组2的两端分别穿设有管板4，且换热管组2的换热管内设有内部扰流子，所述换热管与布膜管一一对应设置，每根布膜管的下端均同轴插设在对应的换热管内，且布膜管的下端与对应的换热管之间形成环形通道，所述布膜管底端设有盲板，且布膜管的下端设有与环形通道相连通的布膜孔。

具体的，所述防冲板9为圆盘状，且防冲板9的圆心与均流槽5的圆心同轴设置，所述防冲板9的横截面积为均流槽5横截面积的80％，防冲板9的厚度为5mm，且防冲板9上表面到均流槽5顶部的距离为80mm，防冲板9下表面到均流槽5底部的距离为100mm，起到防冲、防溅和均流的目的。

具体的，所述分布孔与对应的布膜管同轴设置，单个分布孔的孔径为单根换热管内径的0.6倍，所述均流槽5的持液高度为20mm。

具体的，单个所述环形通道的截面积为单个所述分布孔截面积的0.6倍，用于保证成膜均匀性，并减薄液膜厚度。

具体的，每个所述分布孔的底部均设置有沉孔，所述沉孔与对应的分布孔同轴设置，所述沉孔的孔径和布膜管的外径均大于分布孔的孔径，且布膜管的内径与分布孔的孔径相同，所述布膜管顶端插入对应的沉孔内且与均流槽5焊接连接，每根所述布膜管的顶端均开设有半圆形的泄压孔，单个所述泄压孔的孔径为单根所述布膜管的内径的0.2倍。所述泄压孔用于防止布液器持液较多时，液体充盈导致液体无法向下流动的现象出现。

具体的，每根所述布膜管的下端均交错开设有上下两层布膜孔，每层布膜孔的数量均为4个，所述布膜孔的形状为纵槽状，用于将液体均匀地初始分布在换热管管壁内。

具体的，每根布膜管的下层的布膜孔的总面积为单个分布孔面积的0.8倍，下层的布膜孔与布膜管底端面的高度差为30mm；上层的布膜孔与下层的布膜孔的高度差为20mm，且每根布膜管的上层的布膜孔的总面积为单个分布孔面积的0.5倍。下层的布膜孔开孔位置与布膜管底端有一定距离，使运行过程中产生的污垢可以在布膜管底部沉积。

具体的，所述的内部扰流子为螺旋旋流子10，所述螺旋旋流子10的旋转角度为60°，螺距为24mm时，分布效果最佳。

具体的，所述布膜管外径和换热管内径的差值为3mm，用于保证成膜均匀性，并减薄液膜厚度。

实施例2

如图9所示，本实施例与实施例1的区别仅在于，所述布膜孔的形状为横槽状。

实施例3

如图10所示，本实施例与实施例1的区别仅在于，所述布膜孔的形状为圆状。

本发明的工作原理是，来自解吸塔的热贫液从上封头3的顶部的进液口流入，依靠重力先流经防冲板9，在防冲板9的缓冲作用下，贫液从防冲板9边缘流入均流槽5内，借助均流槽5使贫液平均分布到每根布膜管中，贫液从布膜管下部的布膜孔溢出后，经环形通道在换热管壁面形成初始均匀的液膜，在螺旋旋流子10的牵引下产生强烈旋流，引起二次流促进径向混合，从而增强传热，且能间歇破坏流体边界层的发展,导致液膜厚度变薄,从而在换热管内壁形成均匀且较薄的液膜，经壳体1内通入的高温蒸汽加热后换热管内温度升高，产生水蒸气和co2的混合蒸汽，混合蒸汽经下封头8侧部的出气口进入解吸塔驱动热解吸过程，热富液经下封头8底部的出液口流入贫富液换热器。

以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。