一种换热器及减压蒸馏装置的制作方法

1.本技术涉及化工机械设备技术领域，具体涉及一种换热器及减压蒸馏装置。


背景技术：

2.换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要，是化工、石油、能源等各工业中应用相当广泛的单元设备之一。
3.在精细化工、制药、原料加工等行业领域，其能满足对尾气回收、有机溶剂冷却、各种物料加热、冷却、工艺水加热、冷却以及物料干燥系统等产品制造过程中的加热、冷却及冷凝的需求，在化工生产中可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等。
4.以减压蒸馏装置为例，减压蒸馏是分离和提纯有机化合物的常用方法，其通常会采用换热器对蒸馏反应釜排出的有机溶剂气体进行冷却，同时，该装置通常采用抽真空的形式降低液体的沸点，这也是减压蒸馏操作的理论依据，减压蒸馏装置中，通常使冷凝液收集罐或者换热器的冷凝液排放口处与真空泵连接以实现抽真空，而冷凝液收集罐内通常会有部分冷凝液挥发为气体且冷凝液排放口处也经常会有部分有机溶剂气体未被完全冷凝，不仅会出现大量废气，降低回收率，而且在抽真空的时候容易将这部分有机溶剂气体抽走排到大气中，造成环境污染问题。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种换热器，以解决上述技术问题中的至少一个技术问题。
6.本技术所采用的技术方案为：
7.一种换热器，包括壳体、上封头、下封头、外管板、内管板以及多条换热管，所述外管板和所述内管板分别位于所述壳体的两端并围成壳程空间，所述上封头固定于所述外管板并与所述外管板围成上管程空间，所述下封头固定于所述内管板并与所述内管板围成下管程空间，所述换热管的两个端部分别连接于所述外管板和所述内管板，其特征在于，所述上管程空间内设有分隔件，所述分隔件将所述上管程空间分隔为第一空间和第二空间，至少一条所述换热管与所述第一空间连通且至少一条所述换热管与所述第二空间连通，所述上封头设有与所述第一空间连通的进气口以及与所述第二空间连通的抽真空口，所述抽真空口用于与真空管路连接；所述壳体设有分别连通所述壳程空间的流体介质进口和流体介质出口，所述下封头设有与所述下管程空间连通的排液口。
8.本技术所提供的换热器还具有下述附加技术特征：
9.所述分隔件可拆卸地设于所述上管程空间内，或者，所述分隔件与所述上封头一体连接。
10.所述分隔件呈平面板状结构，所述外管板设有安装槽，所述分隔件的底端卡入所述安装槽内。
11.所述换热管围绕所述壳体的中心轴线螺旋缠绕布置。
12.与所述第一空间连通的换热管的条数和与所述第二空间连通的换热管的条数相等，所述外管板在所述分隔件的两侧均匀分布有与每条所述换热管一一对应的管孔。
13.所述流体介质进口与所述内管板相邻，所述流体介质出口与所述外管板相邻。
14.所述上封头的底部固连有法兰，所述上封头通过所述法兰与所述外管板可拆卸地连接。
15.所述法兰与所述外管板之间夹设有用于密封所述上管程空间的密封件。
16.本技术还提供了一种减压蒸馏装置，包括换热器，所述换热器为如上所述的换热器；所述减压蒸馏装置还包括反应釜、冷凝液收集罐、真空泵，所述反应釜与所述进气口连接，所述冷凝液收集罐与所述排液口连接，所述真空泵与所述抽真空口连接。
17.由于采用了上述技术方案，本技术所取得的技术效果为：
18.1.本技术提供的换热器中，通过设置分隔件将上管程空间分隔为第一空间和第二空间，一部分换热管与第一空间连通，另一部分换热管与第二空间连通，并在上封头设置与第二空间连通的抽真空口，气流通过进气口进入第一空间，随后进入与第一空间连通的换热管中，自上而下进行运输，换热管位于壳体内部，周围流有流体介质，在换热管与流体介质的接触下，气流发生热量交换，热量交换到一定程度时，气流液化，完成液化的气流通过冷凝液出口排出；热量交换不充分的气流进入与第二空间连接的换热管进行第二次冷凝，液化后受重力作用从换热管中落下并从排液口中排出，进而形成双管程冷凝，大大提升了有机溶剂的冷凝回收率，而且，经过双管程冷凝后，基本不会有气体经抽真空口排出，提高了有机溶剂气体的回收率，也最大程度地避免了抽真空时夹带有机溶剂气体排向大气，避免了对环境造成污染。
19.2.作为本技术的一种优选实施方式，通过使所述分隔件可拆卸地设于所述上管程空间内，赋予了换热器多种使用功能，例如，当需要抽真空时，可以将将分隔件装入到位，减小抽真空时有机溶剂气体的夹带，而当抽真空口封闭，即不需要抽真空时，可以将分隔件拆卸下来，使第一空间和第二空间连通，进而可以使有机溶剂气体经进气口进入上管程空间后经过所有换热管实现换热冷凝，提升冷凝效率。
20.作为本技术的另一种优选实施方式，通过使所述分隔件与所述上封头一体连接，简化了上封头和分隔件的加工工艺和成本，同时也简化了换热器的装配过程，只需要将上封头安装到位即可同步实现分隔件的安装到位。
21.进一步地，通过使所述分隔件呈平面板状结构，所述外管板设有安装槽，所述分隔件的底端卡入所述安装槽中，板状结构的设计能有效地节约空间，使第一空间和第二空间能容纳更多的气体，提高冷凝效率，安装槽的设置，也方便了分隔件的对位安装。
22.3.作为本技术的一种优选实施方式，通过使所述换热管围绕所述壳体的中心轴线螺旋缠绕布置，不仅结构紧凑、耐高压、补偿性好，还实现了管程长度的增加以及换热面积的增大，提升了换热系数，使得冷凝更加彻底。
23.4.作为本技术的一种优选实施方式，通过使与所述第一空间连通的换热管的条数和与所述第二空间连通的换热管的条数相等保证了有足够的换热管与第二空间连通，增大了与第二空间连通的换热管的换热面积，最大程度地实现气体的冷凝，避免抽真空口夹带气体。
24.5.作为本技术的一种优选实施方式，通过使所述流体介质进口与所述内管板相
邻，所述流体介质出口与所述外管板相邻，形成了壳体下部进冷媒上部出冷媒的循环模式，在工作过程中，壳程内自上而下温度逐渐降低，有助于气体在壳体的底部被冷凝，减少气体向上挥发，进而减少有机溶剂夹带。
附图说明
25.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
26.图1为本技术实施例所提供的换热器的结构示意图；
27.图2为本技术实施例所提供的外管板的结构示意图一；
28.图3为本技术实施例所提供的外管板的结构示意图二；
29.图4为本技术实施例所提供的减压蒸馏装置的结构示意图；
30.图5为图1中a处结构的局部放大图。
31.附图标记：壳体1、流体介质进口11、流体介质出口12、上封头21、进气口211、抽真空口212、法兰213、下封头22、排液口221、外管板31、安装槽311、内管板32、换热管4、壳程空间51、上管程空间52、第一空间53、第二空间54、下管程空间55、分隔件6、密封件7、管孔8、反应釜91、冷凝液收集罐92、真空泵93、换热器94。
具体实施方式
32.为了更清楚的阐释本技术的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。
33.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术，但是，本技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
34.另外，在本技术的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
35.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
36.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
37.本技术的实施例中，提供了如图1所示的一种换热器和如图4所示的一种减压蒸馏装置，为便于说明和理解，本技术所提供的下述内容，均是在图示产品结构基础上进行的阐述。当然，本领域技术人员可以理解的是，上述结构仅作为一种具体的示例和示意性的说明，并不能构成对于本技术所提供技术方案的具体限定。
38.如图1所示，换热器包括壳体1、上封头21、下封头22、外管板31、内管板32以及多条换热管4，外管板31和内管板32分别位于壳体1的两端并围成壳程空间51，上封头21固定于外管板31并与外管板31围成上管程空间52，下封头22固定于内管板32并与内管板32围成下管程空间55，换热管4的两个端部分别连接于外管板31和内管板32，上管程空间52内设有分隔件6，分隔件6将上管程空间52分隔为第一空间53和第二空间54，至少一条换热管4与第一空间53连通且至少一条换热管4与第二空间54连通，上封头21设有与第一空间53连通的进气口211以及与第二空间54连通的抽真空口212，抽真空口212用于与真空管路连接；壳体1设有分别连通壳程空间51的流体介质进口11和流体介质出口12，下封头22设有与下管程空间55连通的排液口221。
39.本技术提供的换热器中，通过设置分隔件6将上管程空间52分隔为第一空间53和第二空间54，一部分换热管4与第一空间53连通，另一部分换热管4与第二空间54连通，并在上封头21设置与第二空间54连通的抽真空口212，气流通过进气口211进入第一空间53，随后进入与第一空间53连通的换热管4中，自上而下进行运输，换热管4位于壳体1内部，周围流有流体介质，在换热管4与流体介质的接触下，气流发生热量交换，热量交换到一定程度时，气流液化，完成液化的气流通过冷凝液出口排出；热量交换不充分的气流进入与第二空间54连接的换热管4进行第二次冷凝，液化后受重力作用从换热管4中落下并从排液口221中排出，进而形成双管程冷凝，大大提升了有机溶剂的冷凝回收率，而且，经过双管程冷凝后，基本不会有气体经抽真空口212排出，提高了有机溶剂气体的回收率，也最大程度地避免了抽真空时夹带有机溶剂气体排向大气，避免了有机溶剂气体对环境造成污染。
40.需要说明的是，本技术对所提供的换热器的应用场景不做具体限定，本技术主要对换热器应用在减压蒸馏装置后所能够带来的效果进行描述，即换热器应用在减压蒸馏装置能够避免减压蒸馏装置中有机溶剂气体通过真空管路挥发至大气中，当然，伸缩换热器还可以应用于其他合适的场景，例如应用于尾气回收装置，减少尾气向大气的排放，又如，还可以应用于各种物料加热、冷却、工艺水加热、冷却以及物料干燥系统等产品制造过程中的加热、冷却及冷凝的需求等等。
41.进一步需要说明的是，本技术对所述分隔件6的安装固定方式不做具体限定，其可以采用以下实施例中的任意一种：
42.实施例1：分隔件6可拆卸地设于上管程空间52内。
43.通过使所述分隔件6可拆卸地设于所述上管程空间52内，赋予了换热器多种使用功能，例如，当需要抽真空时，可以将将分隔件6装入到位，减小抽真空时有机溶剂气体的夹带，而当抽真空口212封闭，即不需要抽真空时，可以将分隔件6拆卸下来，使第一空间53和第二空间54连通，进而可以使有机溶剂气体经进气口211进入上管程空间52后经过所有换热管4实现换热冷凝，提升冷凝效率。
44.实施例2：所述分隔件6与所述上封头21一体连接。
45.通过使所述分隔件6与所述上封头21一体连接，简化了上封头21和分隔件6的加工
工艺和成本，同时也简化了换热器的装配过程，只需要将上封头21安装到位即可同步实现分隔件6的安装到位，提高了第一空间53和第二空间54之间的密封性，减小气流从抽真空口212被抽出污染环境、降低回收率的问题。
46.关于分隔件6与所述上封头21一体连接的方式，具体实施时，既可以在加工过程中将上封头和分隔件一体加工成型，也可以将分隔件采用熔接、粘接等方式一体连接于上封头内。
47.进一步地，关于对前述实施例1或实施例2中的分隔件的进一步优化之处，如图1、图2和图3所示，分隔件6呈平面板状结构，外管板31设有安装槽311，分隔件6的底端卡入安装槽311内。
48.所述分隔件6的底端卡入所述安装槽311中，板状结构的设计能有效地节约空间，使第一空间53和第二空间54能容纳更多的气体，提高冷凝效率，安装槽311的设置，也方便了分隔件6的对位安装。分隔件6呈平面板状结构，外管板31设有安装槽311，分隔件6的底端卡入安装槽311中，平面板状结构的设计能有效地节约空间，使第一空间53和第二空间54能容纳更多的气体，提高冷凝效率，分隔件6通过安装槽311与外管板31之间连接，方便了零件的安装、运输和更换。其中只要能满足密封性，对安装槽311的形状不做限定，可以是v型槽、t型槽等。
49.作为本技术的一种优选实施方式，如图1所示，换热管4围绕壳体1的中心轴线螺旋缠绕布置。
50.通过使所述换热管4围绕所述壳体1的中心轴线螺旋缠绕布置，不仅结构紧凑、耐高压、补偿性好，还实现了管程长度的增加以及换热面积的增大，提升了换热系数，使得冷凝更加彻底。本技术采用双管程缠绕的设计，在有限的空间下，提升了换热管4程的长度，并能对从第一空间53换热管4中未被完全冷凝的气体再进行冷凝，提高了空间的利用率，提升了冷凝的效果，降低了由于冷凝不彻底导致的气流排出造成空气污染的问题。此外，可根据与第一空间53连接的换热管4的冷凝效果，适当调整与第一空间53和第二空间54所连通的换热管4的数量，也可将双管程缠绕的设计改为双管程竖直排列的设计。
51.作为本技术的一种优选实施方式，如图1和图3所示，与第一空间53连通的换热管4的条数和与第二空间54连通的换热管4的条数相等，外管板31在分隔件6的两侧均匀分布有与每条所述换热管4一一对应的管孔8。
52.通过使与所述第一空间53连通的换热管4的条数和与所述第二空间54连通的换热管4的条数相等保证了有足够的换热管4与第二空间54连通，增大了与第二空间54连通的换热管4的换热面积，最大程度地实现气体的冷凝，避免抽真空口212夹带气体。
53.作为优选，如图3所示，本技术将所述管孔8均匀分布于围绕外管板31中心的多个同心圆内，该种设置方便了多条换热管缠绕式分布，当然管孔8也可以按照其他的方式进行排布，例如矩阵排布等。
54.作为本技术的一种优选实施方式，如图1所示，所述流体介质进口11与所述内管板32相邻，所述流体介质出口12与所述外管板31相邻。
55.通过使所述流体介质进口11与所述内管板32相邻，所述流体介质出口12与所述外管板31相邻，换言之，流体介质进口11靠近内管板32设置，流体介质出口12靠近外管板31设置，形成了壳体1下部进冷媒上部出冷媒的循环模式，在工作过程中，壳程内自上而下温度
逐渐降低，有助于气体在壳体1的底部被冷凝，减少气体向上挥发，进而减少有机溶剂夹带。
56.作为本技术的一种优选实施方式，如图1和图5所示，上封头21的底部固连有法兰213，上封头21通过法兰213与外管板31可拆卸地连接。
57.上封头21通过法兰213与外管板31可拆卸地连接方便了上封头21的拆装，也方便了对换热器内部发生老化、破裂、损坏的换热管进行更换。
58.需要说明的是，本技术对上封头21和外管板31可拆卸连接的方式不做限定，可以为螺纹紧固件连接、销连接、铆接等等。
59.进一步地，如图1和图5所示，法兰213与外管板31之间夹设有用于密封上管程空间52的密封件7。
60.密封件7的设置能够保证上封头21和外管板31之间的密封性，避免上管程空间52的内发生泄漏。
61.如图4所示，本技术还提出了一种减压蒸馏装置，包括换热器94，所述换热器为前述所有实施方式、实施例中所述的换热器，反应釜91、冷凝液收集罐92、真空泵93，反应釜91与进气口211连接，冷凝液收集罐92与排液口221连接，真空泵93与抽真空口212连接。
62.由于本技术提供的减压蒸馏装置包括上述任意一项实施方式、实施例中的换热器，因此，换热器所具有的有益效果均是本技术提供的减压蒸馏装置所包含的，在此不做赘述。
63.本技术中未述及的地方采用或借鉴已有技术即可实现。
64.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
65.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。