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设计一个精馏塔，除了塔体及内部的塔板（或者填料）结构外，塔釜再沸器也算是一个重要的部分了，再沸器用于汽化塔底产物，为精馏塔实现分离轻重组分供应热量。精馏塔还分板式塔、填料塔、喷淋塔呢，我再沸器要没个几种类型都不好意思说自己是再沸器。** 经过不断的发展，为了适应不同的体系和操作环境，再沸器同样发展了很多种类型，包括釜式再沸器、立式和卧式热虹吸再沸器、内置式再沸器、强制循环式再沸器和降膜式再沸器五大类。那你要问，哪种再沸器是目前工业上用的最多的呢？** 上图就基本上概括了立式热虹吸再沸器的优点，这期我们主要讲述常见的再沸器型式及再沸器选择的参考因素。** 01 釜式再沸器** 釜式再沸器管束通常为双管程的U形管结构。管束插入一个扩大的壳体内，壳体作为塔底产品的缓冲容器和气液分离空间，一个溢流挡板来维持管束完全浸没在液体中。其优点是维修和清洗方便，传热面积大、汽化率高、操作弹性大。但是也有缺点，比如传热系数小、壳体容积大、物料停留时间长（易结垢），外部配管所占空间较大且投资较高。所以说如果你的物料需要较高的汽化率，或者传热面积需要很大，参数波动较大，那可以选择釜式再沸器；如果物料易结垢，那就尽量不选择釜式再沸器。** 釜式和内置式再沸器示意图这里简要提一下内置式再沸器（上图右），它的管束直接置于塔内，通过一个管束法兰支撑在塔釜。它的优点是不需要设置壳体和工艺配管，结构简单，在所有型式的再沸器中其投资最小，受水力的影响很小，结垢倾向稍低于釜式再沸器。但它液体循环差，不适于粘稠液体，检修时必须停工并将塔排净。** 02 热虹吸再沸器** 热虹吸再沸器，顾名思义，那就是以热虹吸为原理制造的再沸器，热虹吸再沸器里液体被加热后，体积膨胀，密度变小变轻会上升，周围冷的液体来补充。它利用塔底单相釜液与换热器传热管内汽液混合物的密度差形成循环推动力，构成工艺物流在精馏塔底与再沸器间的流动循环。从物料的流动来看，可以发现釜式再沸器是在再沸器中汽化一部分后的液相作为产品，而热虹吸再沸器的产品是直接从塔底抽出的。并且釜式再沸器是气相返塔，而热虹吸再沸器是气液两相返塔。** 立式热虹吸再沸器热虹吸再沸器分为立式和卧式，除了内置式再沸器外，立式热虹吸再沸器的投资低于其它型式（现在知道它为啥用的最多了吧，在保证工艺和安全的条件下，首先就是省钱）。立式热虹吸再沸器通常为单管程的管壳式换热器，沸腾过程发生在管程，加热介质在壳程，它具有较高的传热系数，物料在加热管内停留时间短，不易结垢，管程易于清洗。但是它的缺点是出口管径较大，需要较高的塔裙座，单个设备的传热面积有一定限制，不适于高粘度液体或在高真空下操作，不适用于宽沸点介质和工艺条件波动较大的场合。** 立式和卧式热虹吸再沸器示意图而对于卧式热虹吸再沸器，塔底物料进入再沸器的壳程，加热介质走管程，液体在壳程沸腾并发生汽化。其优点是有较高的循环率，从而防止了高沸点组分的积聚，降低了结垢的可能性，适用于宽沸点介质;由于管束沿水平方向布置，在单个壳体中得到较大的换热面积。卧式热虹吸再沸器的缺点是进出口管道较复杂，通常不采用固定管板式结构，因此投资较大，水平安装，占地面积较大，壳程结垢较难清理。（听着是不是有点像立式热虹吸再沸器和釜式再沸器的结合体？）** 03 其他再沸器型式** 泵强制循环式再沸器。塔釜物料依靠泵提供的外来机械能量维持强制循环，其优点是循环速度便于控制和调节，物流循环速度较高，停留时间短，因此可减少结垢倾向；适用于粘稠物料或有少量固体的悬浮物和热敏性物料，并可制成大传热面积的换热器，其缺点是经济合理的循环速度需要通过实验和工厂运行经验数据确定;循环泵的初期投资大，后期运行费用和维修费用亦较高。** 强制循环再沸器和降膜再沸器示意图降膜式再沸器。类似于一个倒置的立式热虹吸再沸器，自塔底的液体借助机泵被送到再沸器的顶部，在管板上均匀分配，由重力推动向下在管壁流动形成液膜并汽化。特别适合低温差的真空沸腾，适合处理热敏性物料;由于物料是向下流动，适合处理含固物料。其缺点是需要在管程入口设置分布器，投资较大，运行费较高。** 04 如何选择再沸器** 其实根据以上每种再沸器的特点，大概已经可以进行再沸器的选用了，主要考虑以下几点：汽化率、粘度、换热面积（当然其他因素也得兼顾）。下图展示的是一个参考的选择依据，一般立式热虹吸再沸器的汽化率推荐是15%，如果此时物料粘度超过0.5厘泊时，选用卧式热虹吸再沸器更好。汽化率超过30%时不推荐使用热虹吸再沸器。** 怎么样，再沸器的选择方法你学到了吗？** 注：小编知识有限，如有错误还请大家在评论当中及时指出。** 参考文献：** [1]常伟先.再沸器型式及其应用的技术分析[J].石油化工设计,2020,37(01):19-22+25+5.** [2]朱中武,江大波.两种再沸器与精馏塔的工艺及管路设计[J].化肥设计,2016,54(03):15-18.** [3] Love D.L. 如何选择再沸器[J].石化译文, 1993, 3: 67-70+83.**
注：文章首发公众号“化工研学社”，知乎号“叶上初阳”，欢迎关注！**
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发表于 2022-8-15 09:07:58
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