釜式再沸器

液

一

般

不

超

过

20

< br>％，气化量较大

时

需

采

用

循

环

式

（

个

人

见

< br>过

的

ABB

公司用于丙

烯塔底的卧式虹吸

再沸器，循环式流

程，

壳程采用

X

结

构

4

进

4

出，气化< /p>

率可达到

50

％，

且

实际运行过程没有

问题

）

。卧式虹吸再沸器的分馏效果小于一块理论塔板，且由于出口管线较长阻力降较大，

不适用于低压和真空操作工况。

1.2.2.

立式虹吸再沸器

立式虹吸再沸器一般 采用固定管板、单管程、管内汽化，出口管与塔体连接，减小了

阻力，适用于低压和真空 操作。其分馏效果低于一块理论塔板，气化率一般按

10

～

15

％考

虑。按工艺过程可分为一次通过式 和循环式，为了使操作稳定常在塔底部加一块隔板，流

程图见图

3

。

图

3

立式热虹吸再沸器流程

图

2

卧式热虹吸再沸器流程

1.3.

强制循环式再沸器

强制循 环式再沸器依靠泵的外加机械能维持强制循环，

因而循环速度便于控制和调节，

物料停留时间短，适用于粘稠物料、有少量固体的悬浮液和热敏性物料，也分为立式和卧

式两种，其传热和压降均可按强制对流进行。

1.4.

内置式再沸器

将管束直接置于塔内， 不需要壳体和工艺配管，结构简单，投资小，易清洗，但塔内

容积有限，

传热面积小，

液体循环差，

不适于粘稠液体，

设计计算原则与釜式再沸器相同。

1.5.

选择再沸器应考虑的因素

选择蒸馏塔 再沸器时，在满足工艺要求的前提下优先选用立式热虹吸再沸器，因为它

具有一系列突出 的优点和良好性能，但下面情况不能选用立式虹吸再沸器。

1.5.1.

再沸器中静压波动较大的场合

当蒸馏 塔在较低液位排除塔釜液、间歇排除塔釜业、对塔釜液面不作严格控制时会产

生压力波动 ，应采用釜式再沸器。

1.5.2.

高真空操作或结垢严重时

1.5.3.

气化率低于

％不会产生热虹吸，气化率大于

40

1.5.4.

塔的安装高度受限或没有足够空间安装立式虹吸再沸器

2.

再沸器设计考虑的因素

2.1.

结垢因素

一般根据工程经验选择污垢 热阻值，由于沸腾传热系数一般较高，所以指定的污垢热

阻通常在总传热系数中占相当大 的比例，应通过设备形式的选择和操作条件的调整，做到

尽可能降低污垢热阻的影响。< /p>

2.1.1.

影响污垢生成的因素

污垢的生成与流 体流动速度、温度、汽化热有关，或三者兼而有之。

含沉淀物 或重残渣等介质，污垢的生成与速度关系密切，因此提高流速来减少结垢是

首要问题。这 种工况下应首选立式虹吸式再沸器，也可选择卧式强制循环再沸器，不能使

用釜式再沸器 。

与流体温度有关的结垢一般是通过某种化学反应形成的，当 管子温度超过反应温度时

结垢速度会迅速增加。

由于釜式重沸器 可以在较低的有效温差下操作，

是比较合适的选择。

汽化敏感的结垢常发生在重组分随汽化的发生从液体中析出的时候，在釜式或液体循

环速率较低的卧式虹吸再沸器中易发生，此时选立式虹吸再沸器合适。

2.1.2.

气化率对结垢的影响

在较低的气化率 下各种结垢都有减小的倾向，对容易结垢的介质其气化率以不超过

20

< br>％为宜。

2.1.3.

流动分布的影响

壳程不良的流动分布 将导致结垢的加快，例如管心距太小、旁路面积较大、折流板切

口太大或切口方位错误等 都可能造成不良的流动分布。任何引起局部高气化率、高壁温或

低流速的壳程几何形状都 将引起严重的结垢。管子壁温高也会促进另一侧介质结垢加快。

2.1.4.

尽量采用符合实际的污垢系数

不推荐 为了保险而采用过高的污垢系数，过大的污垢系数将使换热面积过大造成浪

费，并使得新 设备开车时所需的

?

T

比正常操作要小 很多，再沸器操作性能变差。若污垢

热阻选择过大，会使实际运行条件和设计条件相差悬 殊，开工时若根据设计条件去分析实

际运行情况就没有意义了。

2.2.

有效温差

?

T

再沸器设计时都要考虑一定的污垢热阻，新设备开工时需要将

?

T

、介质的膜传热系

数降低到设计水平 以下来补偿暂时不存在的污垢热阻。

2.2.1.

开工时对操作的考虑

再沸器开工时需 要的

?

T

远远低于达到规定的污垢热阻 时的

?

T

，

若 开工时对新设备提

供满足设计的

?

T< /p>

就可能使再沸器处于膜状沸腾，

所以开工时要使

< br>?

T

尽可能小，

然后逐渐

增加

?

T

达到设计能 力，防止不必要的模式沸腾。

对再沸器热源的控制是降低开工 时

?

T

的有效方法。若采用蒸汽加热， 可在蒸汽进口

管线上设置阀门进行节流，通过降低蒸汽的压力和饱和温度来降低

?

T

，但设备有很大潜

力时，可以使用冷凝液淹没法。对于用无相变流体加热的情况可以设置旁路，开工时用旁

路减小热流体流量从而降低热流出口温度，用此方法来调节

?

T

。

2.2.2.

在很低的

?

T

下操作

由于工艺的限制，再沸器有时需要在很低的

?

T

（小于

4

℃）下操作，此时泡核沸腾传

热系数受表面粗糙度的影响很大，变得很不稳定。此工况下，为增强泡核沸腾效果，对于

不易结垢的流体可使用多孔表面管或

T

型管 改变表面，使操作变得稳定。

2.2.3.

在较高的

?

T

下操作

再沸器在较高的

?

T

下操作 会产生三种不同的极限状态，即膜状沸腾、雾状流和不稳

定沸腾，超过临界最大热通量会 发生上述三种状态之一。

有些工况需要使用高温加热介质，< /p>

此时的

?

T

比泡 核沸腾所需要的

?

T

要高出很多，

这

种情况下可以将再沸器设计成处于膜状沸腾状态，但由于操作难以 控制所以除非必要一般

不推荐。

总之 ，再沸器的设计要尽量处于完全泡核沸腾状态或处于完全膜状沸腾状态，由于泡

核沸腾传 热系数高得多且壁温较低，总是优先考虑泡核沸腾状态。

2.3.

操作压力的考虑

2.3.1.

接近临界压力的操作

接近临界压力时 蒸汽密度接近液体密度，降低了循环的推动力，此时汽液分离能力较

差，会使泡核沸腾的 最大热通量降低。这种工况下釜式再沸器有较好的操作性能，内置式

的再沸器效果会更好 ，若采用立式热虹吸再沸器需要采用大直径和较短的管子、

2.3.2.

高真空下操作

由于真空条件下易产生 较大的过冷区，会使沸腾传热效率下降。采用立式虹吸再沸器

时过冷区长度小于等于管子 长度的

1/4

为宜，另外真空下泡核沸腾需要更大的空穴，最好

采用多孔表面管或

T

型管来提高传热效 率。

大部分真空操作带来的问题属于流体动力学的问题，选择 对流体动力学最不敏感的釜

式再沸器是最适宜的，其次为立式虹吸再沸器但需要保证足够 的循环推动力。

3.

釜式再沸器

釜式再沸器的管束沉浸于 封头液体中，

液体在管束间受热沸腾，

汽液化合物向上运动，< /p>

而液体则自管束两边底部进入，形成空间上不均匀的循环运动，每根管的热流密度和给热< /p>

系数也是不均匀的，见图

4

。上部管排 的

传热面积会被下部管排产生的蒸汽覆盖，

特别是在管间距较小 时，导致给热系数减

小；实际上液体的循环流动与上升气泡引

起 的扰动又可以促进传热，对于这两种矛

盾因素的影响还没有一致的结论。

3.1.

沸腾传热简介

按沸腾液体所处空间与 流动条件的不

同沸腾分为池内沸腾和流动沸腾。

池内沸腾：亦称大容积沸腾，加热面

沉浸于液体中，生成的气泡脱离加热面后

自由浮生，液体的运动是由气泡扰动和自

然对流引起的，

不存在液体的平均宏观流动。

流动沸腾：液体以一定的宏观流速受迫掠过加热壁面的沸腾。

立式虹吸再沸器属于流动沸腾过程，釜式、内置式、卧式虹吸再沸器属于池内沸腾过

程，卧式虹吸再沸器的壳程侧有一定的宏观流速，它的沸腾过程二者都有，目前设计时还

是多按照池式沸腾处理。

3.2.

池内沸腾机理及沸腾曲线

池内沸腾过 程中，传热强度随着传热温差

?

T

变化 ，以沸腾传热强度

q

作为传热温差

?< /p>

T

的函数，将单管沸腾过程热强度的变化汇成曲线，见图

5

。

图

4

釜式再沸器断面

自然对流区：在

AB

区，管子表面处的液体没有过热到足以产生泡核，因此没有气泡

产生，此时热量靠自然对流传递。

初 始沸腾区：在

BC

区，随着传热温差

?

T

的升高开始有气泡产生，脱离表面后在液体

< br>中自由浮生。在

C

点附近气泡在上升的过程中逐渐消失， 此时的热量传递是自然对流和泡

核沸腾的结合。

泡核沸腾区：在

CD

区，随着传热温差

?

T

的

继续升高，近壁面的 液体

达到过热并开始汽化，在

壁面的凹坑或划痕处形成

气泡，气泡带走了相变时

的汽化潜热，同时扰动了

受热面附近的液体，因而

也增加了对流传热。在这

个区域内， 气泡连续不断

的在加热表面产生，设计

蒸发器时要求置于泡核沸 腾区

内操作。

D

点是产生泡核沸腾

的最大热通量点，从受热面上逸出的气泡数目太多可能阻碍液体的补充，这样蒸汽在受热

面上形成亦称隔绝层，

使受热面温度升高产生烧毁现象

（亦称沸腾危机）

。

通常把此点的温

差称为临界温差，热通量称为临界最大热通量。

过渡 沸腾区：在

DE

区，随着传热温差

?< /p>

T

的增大，汽层和液层交替覆盖受热面，致使

表面温度波动，传热效率下降，操作变得不稳定，开始向膜状沸腾过渡。