热虹吸再沸器

毕康

【摘 要】换热器是冷热流体进行热量传递的重要化工单元设备。在给定的工艺条件和操作条件下,立式热虹吸再沸器是一种通过沸腾传热完成热量传递功能,同时又具有一定汽化空间的特殊换热设备。 【期刊名称】《科学家》 【年(卷),期】2016(004)004 【总页数】2页(P37-38)

【关键词】再沸器;换热器;沸腾传热 【作 者】毕康

【作者单位】郑州大学,河南郑州450001 【正文语种】中 文 【中图分类】TQ05

虹吸现象是液体从较高的液位的一端由管道经过一段高出液体水平面的管段自发流向较低液位的另一端的现象，是由于液体在重力作用下向下流动后在管道中产生真空，在真空与外界气压压差作用下把液体吸上来。

热虹吸现象和虹吸现象是不同的概念，只是热虹吸现象与虹吸现象有所相似。热虹吸现象是液体被加热后部分汽化，形成汽液混合物，被加热的混合物体积膨胀变大而密度变小上升使混合物间形成密度差致使较冷的液体及时补充过来的现象。热虹吸的推动力是气相和液相的密度差，是一种自然循环，当然也是一种热循环效应。

再沸器一般是间壁式换热器中的管壳式换热器，是一种通过沸腾传热完成热量传递功能同时又具有一定汽化空间的特殊换热设备。其主要类型有立式再沸器、卧式再沸器、釜式再沸器和内置式再沸器。其中从循环动力来看又有热虹吸式的和强制循环式的。再沸器是精馏工艺中精馏塔非常重要的辅助设备。精馏工艺中釜液由精馏塔塔底进入到再沸器中，一般情况下在再沸器中约有25％～30％的液体被汽化，已经汽化的两相流体又流进精馏塔中，其中的气相组分向上通过塔盘，液相组分则流到精馏塔塔底。

工艺过程中，再沸器其主要作用是将精馏塔的釜液蒸发，并维持塔中的上升蒸汽量，若介质清洁不易堵塞，可以选用立式热虹吸再沸器。立式热虹吸再沸器的热流体流经壳程，沸腾过程在管程进行，由塔釜内液面高度提供流动循环的驱动压头。一般情况下，再沸器的上管板与塔釜内液面在同一高度，而且在真空条件下，塔釜液面的高度为换热管管束长度的0.5～0.8倍。立式热虹吸再沸器的工作原理主要是依靠塔釜内的液体静压头和再沸器内两相流体的密度差产生推动力形成热虹吸式运动，形成热循环。其优点主要是利用再沸器中气—液混合物和塔底液体的密度差为推动力，热虹吸作用增加了流体在管内的流动速度，减少了污垢的沉积，提高了再沸器传热系数，同时它具有耐温耐压高、装置紧凑、占地面积小的特点。其次，热虹吸再沸器利用热虹吸运功产生推动力是自然循环的单元操作，比使用循环泵等形成的强制循环要更加的节能。并且在工作中，再沸器在蒸发过程中还能起到一块精馏塔板的作用。

国内的再沸器在国民经济中得到了广泛的应用，经过多年的生产实践和工程应用形成了立式热虹吸式、卧式热虹吸式、釜式再沸器等多种结构形式。目前对于立式热虹吸再沸器的设计选型方法一般是根据经验或者查阅大量工程图表，反复进行试差运算，同时也有既快速方便又准确的适用于立式热虹吸再沸器的软件设计方法，以及根据工程经验，通过查阅大量文献资料，选择精度较高的传热计算关联式，加以

反复校正后，在计算机上进行模拟选型的计算方法。经过一定的发展，再沸器的设计的国家标准而和行业标准都已日趋成熟，如《立式热虹式重沸器型式与基本参数》（JB/T4716—92）、《管壳式换热器》（GB151—1999）、GB150—2011等都对再沸器的设计提供了理论基础及技术规范。

国外立式热虹吸再沸器最早的设计方法是1950年Kern在《传热过程》一书中提出的，设计出一个既能产生所需蒸汽量又满足有效水头和压降损失间压力平衡的再沸器。Gilmour于1954年提出了一些简化的设计方法，仅考虑传热方面的问题，但没有考虑进出口流率。到1956年Johnson又回到Kern用压力平衡来确定循环流量，但忽略了进出口压降损失的方法。在20世纪60年代Fair使用更为可靠的关联式，使再沸器的设计向前迈出了重要一步。1972年Thorugren简要描述了一种计算机设计方法。不久，Sarmar等提出了一种考虑两相流体流动的极为复杂的计算方法。而后，再沸器的设计方法更加完善，无论是计算精度、结构形式还是所用材料都更加的成熟。

由上述对立式热虹吸再沸器结构和原理的介绍可知，立式热虹吸再沸器设计的工艺计算主要对流体流经管内的沸腾传热计算和流体流动压降的计算。因为一般情况下釜液都是以过冷状态进入再沸器，所以传热计算又因该包括显热段传热过程和蒸发段传热过程计算。而压降的计算是比较关键的，主要是垂直管内两相流体流动计算，和循环流速有着密切的关系。考虑到压降，两相混合流体出口管的结构对再沸器的性能影响不大，但是出口管的最小过流面积对再沸器的性能影响很重要。工艺设计的大体方案就是先假设再沸器的传热系数，由工艺条件计算传热量大小，再计算出所需要的传热面积，选择或者计算再沸器的换热管管径、长度、数目和筒体直径，合理布置进出口位置及管径大小，之后进行最大热负荷和管程压降的计算，由热负荷和压降的大小对工艺尺寸进行调整，直到同时符合传热和压降的要求。工艺设计确定再沸器的直径、高度、接管尺寸及位置等工艺尺寸后，是参照国标和规范对再

沸器进行结构设计和强度校核，进而利用计算机将设备施工图绘出。

【相关文献】

［1］袁一.化学工程师手册［M］.北京：机械工业出版社，1999.

［2］方书起.化工设备课程设计指导［M］.北京：化学工业出版社，2010. ［3］董其伍，张垚，等.换热器［M］.北京：化学工业出版社，2008. ［4］GB/T 151—2014热交换器.

［5］朱有庭，曲文海，于浦义.化工设备设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2005. ［6］钱颂文.换热器设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2002.

［7］程立新，陈听宽.化工过程中的再沸器［J］.化工装备技术，1997，18（6）：35-37. ［8］刘成军.热虹吸式重沸器循环回路的设计探讨［J］.化工设计，2008，18（6）：24-26. ［9］齐福来.立式热虹吸再沸器的设计［J］.工程设计技术及应用，2010，31（2）：7-17. ［10］张雷，闪建平，靳朝晖，等.立式热虹吸再沸器的设计与校核［J］.河北化工，2010，33（7）：46-49.

［11］M. Kamil，H. Ali，S. S. Alam. Heat transfer to boiling liquids in a single vertical tube thermosiphon reboiler［J］.Heat Transfer to Boiling Liquids，1994.

［12］G.T. Polley，E. E. Vazquez -Ramirez，M. Riesco Avila，et，al.Thermal integration of reboilers［J］. Engineering Practice，2012.