[发明专利]嵌入管式换热管及由其制成的闪蒸加热器

说明书

技术领域

本发明属于换热器装置技术领域，具体涉及一种嵌入管式换热管及由其制成的闪蒸加热器。

背景技术

许多的化学反应过程都会用到减压闪蒸工艺，用以脱除一些低分子物，形成气液两相流；然而随着低分子物的脱除，一些物料的温度会大幅度下降，其粘度也同时会有明显上升。针对一些聚合物料的缩聚反应，上述现象尤为明显，为保证物料的反应工艺温度，需要利用闪蒸缩加热器为其补充大量的热量。

传统的闪蒸加热器，特别是用于较高粘度物料的闪蒸加热器，大多数是换热器壳程走物料，管程走热媒，物料与换热管存在一定的横向流动，可以减小传热膜厚度，增加传热效率；但是，该结构存在着几个问题：1.由于壳程流通面积较大，物料整体流速较慢，传热效率仍然较低；2.壳程死角较多，物料流动均匀性较差，易影响产品质量；3.壳程不宜清洗，不便宜设备的维护处理。

少数的换热管内通物料的闪蒸加热器，由于物料沿换热管轴向流动，传热膜较厚，产热效率较低。有的厂家为了增加传热效率会采用异形管道，比如椭圆管的，传热面积是依靠增加换热管的数量，这都不利于高粘流体闪蒸的气液两相流。

发明内容

本申请就是针对高粘度聚合物的脱水的一系列问题，研发的一种嵌入管式换热管及由其制成的高效的闪蒸加热器，用以解决高粘流体在闪蒸脱水时传热效率低、粘度计温度不均匀等问题。

本发明所采用的技术方案是：在换热管的管壁上，沿换热管的横截面方向，设置有两端嵌入管壁的短管；换热管外壁及嵌入短管内壁的腔体贯通，构成承载热媒通过的热媒腔；换热管的内壁与嵌入短管的外壁的腔体贯通形成了物料腔。

传统换热器中，其由换热管所构成的内壁腔体为物料的输送通道，即对应本发明上文所述的物料腔；换热管外壁与其外部封闭环境所构成的腔体为热媒的输送通道，即对应本发明上文所述的热媒腔。

对于上文所述的技术方案中，优选的情况下，沿换热管的横截面方向，相邻两层的短管，其设置方向不平行；

这种不平行式的排布方式，有利于增加液体回路，使物料在管内输送过程中，其变速流动，流向曲折变化，对物料产生了剧烈的剪切和扰动，强化了换热管传热效率，提高了物料的均匀程度。

对于上文所述的技术方案中，优选的情况下，沿换热管的横截面方向，相邻两层的短管，其设置方向相互垂直；这种相互垂直式的排布方式，相比前文所述的不平行式的排布方式而言，最大化的强化了对物料产生的剪切和扰动。

对于上文所述的技术方案中，优选的情况下，沿换热管的横截面方向，每层中所述短管数量为至少1个；相邻两层短管的间距并无特殊要求，可以根据不同的物料的粘度、流通量、闪蒸量、换热量及阻力等参数要求进行调整。例如：对于粘度大的物料，相邻两层短管的间距可以设置得较大。

对于上文所述的技术方案中，优选的情况下，在横截面方向，所述每层内的短管数量多于1个时，短管之间互相平行且对称设置，短管间隔空隙面积大致相同为最佳，如此设置可获得最佳的均匀性及最佳的剪切效果。

对于上文所述的技术方案中，优选的情况下，在横截面方向，所述每层内的短管数量为1时；短管外径为换热管内径的0.2～0.7倍；短管外径与换热管内径的比例越大时，适用于阻力降较大、粘度较低的情况下使用。

对于上文所述的技术方案中，优选的情况下，在横截面方向，所述每层内的短管数量为2时；各短管外径为换热管内径的0.15～0.3倍；更为优选情况下，两短管的中心距离为短管外径的1.1～2.5倍；即，每层内短管数量可以设置2个或2个以上，当短管数量为2个以上时，通常意味着短管数量越多，传热面积越大；但本领域技术人员也同样可以预期，当短管数量多到一定程度时，短管外径必然过小，短管的刚性及强度都会减小，不适合高剪切的工况，且加工成本会大幅度提高，因此，对短管数量的选择，需要根据待输送物料的种类做以调整；当每层内短管数量设置多于2个的时候，通常适用于流体粘度较低、流速较慢、流体冲击力较小的情况。

本发明所采用的上述结构，即对换热管进行改进，嵌入短管后增大了传热面积，热媒腔内流动的热媒通过换热管外壁及嵌入短管内壁向物料腔内的物料传递热量。由于嵌入短管内两端通透，便于热媒的流动，无传热死角及残存死角，对气相热媒及液相热媒都非常适用。物料腔内的物料在上游压力的推动下沿换热管轴向流动的同时，交错排列的嵌入短管使物料变速流动，流向曲折变化，对物料产生了剧烈的剪切和扰动，强化了换热管传热效率，提高了物料的均匀程度，尤其对闪蒸后的两项物流极为有益。