一种分离含氮蒸汽中氮气的设备的制作方法

本实用新型涉及气体分离领域，尤其涉及一种分离含氮蒸汽中氮气的设备。

背景技术：

轮胎的硫化是指对轮胎采用模型加压方式进行的硫化，在硫化过程中，轮胎的外纹进行加温成型，而内囊则需要降温。目前一般是通过充氮的方式从而起到对内囊加压冷凝的作用。因此，轮胎硫化后产生含氮气的蒸汽冷凝水，而该冷凝水直接排放，会造成浪费，影响经济效益。而含氮气的蒸汽冷凝水，如果直接回收利用在换热领域，由于存在不凝气体氮气，其会在表面形成一层气膜，使换热困难。

据研究表明，当蒸汽含有不凝性气体时，随着蒸汽的冷凝，不凝性气体会在分界面处聚集，分界面处不凝气体分压将高于主流区不凝气体的分压，因此在蒸汽向气液分界面扩散的同时，不凝气体从气液分界面向主流扩散，形成一个动态平衡过程。由于在气液分界面处形成的不凝气体层，主流蒸汽向壁面扩散的过程必须穿过气体边界层，这增加了蒸汽的冷凝传质阻力。同时，由于不凝性气体的存在，气液界面附近的蒸汽分压降低，蒸汽的饱和温度减小，缩小了蒸汽与冷凝壁面之间的传热温差，使蒸汽的冷凝过程减弱。

因此，含不凝性气体的蒸汽冷凝换热与纯蒸汽冷凝换热相比更复杂。故而轮胎硫化后产生的含氮气的蒸汽冷凝水，需要将氮气分离，并回收蒸汽将该蒸汽用于后续的冷凝或其他换热工序中。但是，目前的技术无法有效将氮气与蒸汽分离。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提出一种分离含氮蒸汽中氮气的设备，其解决了如何分离氮气的问题，同时实现了蒸汽的回收。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种分离含氮蒸汽中氮气的设备，包括冷凝设备、闪蒸罐、引射器，所述冷凝设备上设置有进料管，所述冷凝设备通过进水管与所述闪蒸罐连接，所述引射器与所述闪蒸罐的内部相通连接，所述闪蒸罐的中部连接有第一氮气排气管，所述闪蒸罐的顶部连接有混合排气管，所述混合排气管上的管身上相通连接有向上延伸的上升管，所述上升管相通连接有第二氮气排气管，所述第二氮气排气管排出混合排气管中的氮气。

作为优选，所述冷凝设备为冷凝水槽，所述进料管为复数个且均与所述冷凝设备的顶部连接，所述冷凝设备的底部通过进水管与所述闪蒸罐的侧面上部连接，所述进水管上安装有阀门。

作为优选，所述冷凝设备内的压力大于所述闪蒸罐内的压力。

作为优选，所述闪蒸罐上设置有液位显示器。

作为优选，所述第一氮气排气管远离所述闪蒸罐的端部封闭，所述第二氮气排气管远离所述上升管的端部封闭，所述第一氮气排气管和所述第二氮气排气管的管身上相通连接有向上延伸的上升支管。

作为优选，所述上升支管上连接有压力平衡式排气阀。

作为优选，所述闪蒸罐的底部相通连接有排水管，所述排水管道上安装有阀门。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供的分离含氮蒸汽中氮气的设备，通过引射将闪蒸后的混合气体排至混合排气管中，混合排气管中压力升高，氮气和蒸汽的密度变化，从而将蒸汽中的氮气完全排除，实现蒸汽的回收再利用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

其中：1.进料管，2.冷凝设备，3.进水管，4.闪蒸罐，5.引射器，6.液位显示器，7.第一氮气排气管，8.混合排气管，9.上升管，10.第二氮气排气管，11.上升支管，12.压力平衡式排气阀，13.排水管。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型中的含氮蒸汽指的是含有氮气的蒸汽。

如图1所示，本实施例提供了一种分离含氮蒸汽中氮气的设备，包括冷凝设备2、闪蒸罐4、引射器5。

冷凝设备2上设置有进料管1。进料管1中引进轮胎硫化后产生的含氮气的蒸汽和/或混合有氮气的蒸汽冷凝水。为了提升进料效率，进料管1为复数个且均与冷凝设备2的顶部连接。冷凝设备2为冷凝水槽，轮胎硫化后产生的含氮气的蒸汽和/或混合有氮气的蒸汽冷凝水在冷凝设备2中全部变成饱和液体。

冷凝设备2通过进水管3与闪蒸罐4连接。具体地，冷凝设备2的底部通过进水管3与闪蒸罐4的侧面上部连接，进水管3上安装有阀门。冷凝设备2内的压力大于闪蒸罐4内的压力，因此，进入闪蒸罐4中的饱和液体进行闪蒸，变成液体(本实施例中为水)和氮气蒸汽的混合气体。因为闪蒸罐4中的压力较低，一般为0.06-0.12mpa，此时的氮气密度大于蒸汽的密度。因此气体分为两层，即分布在闪蒸罐4内中部的氮气和分布在闪蒸罐4内上部的蒸汽和氮气混合气。需要注意的是，闪蒸罐4中部的氮气并非是纯氮气，其中混杂着少量的蒸汽，因为蒸汽的含量较少，排出时对蒸汽整体的回收效率影响很小，因此中部的氮气可直接排出。由于气体本身的性质，蒸汽和氮气不会完全分层，因此顶层形成蒸汽和氮气的混合气。

引射器5与闪蒸罐4的内部相通连接。引射器5的作用是向闪蒸罐4内部射入引射流，将闪蒸罐4的顶部的气体引射出闪蒸罐4。引射器5为现有技术，故对其结构不做详细描述。闪蒸罐4的中部连接有第一氮气排气管7，用于排出闪蒸罐4内中部的氮气。闪蒸罐4的顶部连接有混合排气管8，用于排出闪蒸罐4内上部的蒸汽氮气混合气。

混合排气管8上的管身上相通连接有向上延伸的上升管9，上升管9相通连接有第二氮气排气管10。由于引射的作用，加上混合排气管8的内部空间远远小于闪蒸罐4的内部体积，混合排气管8中的压力升高。由于氮气和蒸汽的密度随着压力的变化，两者的密度变化趋势是相反的，因此，当混合排气管8中的压力到一定程度时，氮气的压力会小于蒸汽的压力。当氮气的密度小于蒸汽的密度，氮气从上升管9进入第二氮气排气管10中，然后第二氮气排气管10排出混合排气管中的氮气。混合排气管8远离闪蒸罐4的端部设置为蒸汽出气口，其排出蒸汽，以便于蒸汽的回收利用。

为了防止第一氮气排气管8低于闪蒸罐4中的液体液位，闪蒸罐4上设置有液位显示器6，以便于监控液体的液位。

闪蒸罐4的底部相通连接有排水管13，排水管道上安装有阀门。排水管13作用是排出闪蒸罐4中的液体，用于回收利用，同时可以起到控制闪蒸罐4中液位高度的作用。

作为上述技术方案的进一步优选第一氮气排气管7远离闪蒸罐4的端部封闭，第二氮气排气管10远离上升管9的端部封闭。第一氮气排气管7和第二氮气排气管10的管身上相通连接有向上延伸的上升支管11。上升支管11上连接有压力平衡式排气阀12。氮气被封闭在第一氮气排气管7和第二氮气排气管10时氮气的压力逐渐增加，当压力高出压力平衡式排气阀12的阈值时，氮气从压力平衡式排气阀12中排出。压力平衡式排气阀12为现有技术，可以选用日本tlv阀门(中国)有限公司的蒸汽系统排空气阀，其型号为tlvla13l。

本实施例提供了一种分离含氮蒸汽中氮气的方法，包括以下步骤：

s1：将混合有氮气的蒸汽冷凝形成饱和冷凝液体；

s2：饱和冷凝液体通过闪蒸后形成顶层的氮气蒸汽混合气体、中层的氮气和底层的饱和液体；

s3：将中层的氮气排出，通过引射使氮气蒸汽混合气体排出并进入管道中，由于引射使管道中的压力增加，氮气的密度减少至小于蒸汽的密度；

s4：将密度减小的氮气向上排出管道。

其中，s2中闪蒸的压力为0.06-0.12mpa。s3中混合气体的压力为0.4mpa。

本实施例还提供了一种基于该分离含氮蒸汽中氮气的设备的分离含氮蒸汽中氮气的方法，其包括以下步骤：

s1：轮胎硫化后产生的含氮气的蒸汽和/或混合有氮气的蒸汽冷凝水从进料管1中进入冷凝设备2，冷凝形成饱和冷凝液体。

s2：饱和冷凝液体进入闪蒸罐4中，通过闪蒸形成顶层的氮气蒸汽混合气体、中层的氮气和底层的饱和液体，其中，闪蒸罐4的压力小于冷凝设备2的压力。

s3：中层的氮气通过第一氮气排气管7排出闪蒸罐4，上层的氮气蒸汽混合气体在引射器5的引射作用下进入混合排气管8中，混合排气管8中的压力增加，氮气的密度减少至小于蒸汽的密度；

s4：氮气从上升管9进入第二氮气排气管10中，然后第二氮气排气管10排出混合排气管中的氮气。

在本实施例中，首先通过闪蒸分离大部分的氮气，剩余的氮气通过加压调整氮气和蒸汽的比重实现分离。另外，分离氮气后的冷凝水和蒸汽，可以用于回收利用于换热。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。