[发明专利]醋酸蒸发与气体混合一体化装置

说明书

技术技术

本发明涉及一种醋酸反应设备，具体的说是一种醋酸蒸发与气体混合一体化装置。

背景技术

近年来，石油价格的飞涨，使用煤，生物质、石油焦等燃料作为原料进行气化后作为原料气来生产液体燃料的工业过程中需要将醋酸蒸发加氢反应生成乙醇，或醋酸蒸发加乙炔气合成醋酸乙烯。目前有记载的工艺方法至少需要两台主要设备：一台蒸发器(中央循环管式蒸发器)以及混合器(旋风分离式混合器)；中央循环管式蒸发器在140℃下将醋酸蒸发，蒸出的醋酸蒸汽进入旋风分离式混合器中与氢气或乙炔气混合反应生成相应的混合气体。这种工艺方法存在下述问题：(1)采用先蒸发后气体混合的方式，需要蒸发器及混合器至少两台设备及相应的输送管道，并且由于气体体积大于液体体积，因此将醋酸溶液蒸发成醋酸蒸汽不仅需要较高的蒸发温度，还需要体积庞大的蒸发器，同时为了使醋酸蒸汽与原料气体充分混合均匀，同样也需要体积庞大的混合器，使得整个工艺控制较为困难、占地多、设备投资大；(2)由于醋酸溶液完全依靠蒸发汽化，蒸发温度高，会使蒸发器及混合器内管束的腐蚀严重，一旦腐蚀严重，易造成系统停车，必需更换设备，影响正常生产。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种结构简单、体积小、投资及制造成本低、控制简便、设备使用寿命长的蒸发及气体混合一体化装置。

包括壳体、由上、下管板分隔形成的上管箱、蒸汽换热区和下管箱，下管箱被分隔板分隔为上段混合区及下段进气区，所述混合区内设有多根管壁上开有进液孔的气液混合管，所述气液混合管的下端固定在分隔板上并与进气区连通；所述蒸气换热区内的换热管的上端固定在上管板上并与上管箱连通，下端固定在下管板上并与气液混合管的上端连通，所述壳体上设有与蒸气换热区连通的蒸汽入口、蒸汽出口，原料气入口与进气区连通，醋酸进口与混合区连通，混合气出口与上管箱连通。

所述气液混合管管壁上的进液孔为切向进液孔。

所述多根气液混合管管壁上的进液孔数量相等、高度相同。

所述气液混合管的内径小于换热管的内径。

所述下管箱的分隔板为可拆式，所述气液混合管的上端套插在换热管下端内。

所述原料气入口经气体分布器与进气区连通。

所述分隔板经定距导向杆与下管板上焊接的定距导向杆底座螺纹连接。

所述气液混合管长度为380～1000mm。

所述换热管长度为3000～8000mm。

所述气液混合管为锆合金或哈氏合金或镍基合金材料。

本发明将混合及蒸发集中在一台设备中进行，并且将先蒸发后混合的工艺改为先将醋酸溶液与原料气体(氢气或乙炔气)进行混合，然后再蒸发。在第一步混合过程中，大部分醋酸溶液被气化，醋酸的蒸发和饱和过程是通过加热介质(蒸汽)加热换热管内剩余醋酸溶液和气体混合物(气化后的醋酸及气体的混合物)而完成的，气液混合物在换热管内温度不断上升，液体不断气化蒸发，由于液体体积小于气体体积，因此混合区设计的换热管的面积可大大缩小，并且由于大部分醋酸在混合管内已被气化，因此进入加热区后无需过高的蒸气区的温度即可使剩余醋酸全部蒸发，达到节能降耗、明显降低换热管腐蚀的作用。所述气体经下管箱进入气液混合管，醋酸溶液由混合区经多个进液孔与多个气液混合管内的气体混合，气体和液体不同的导入方式可使其初步混合更为均匀，进液孔最好为切向进液孔，该种混合方式在相同压力降下气体卷吸量最大，能量损失最小，不产生射流涡，从而大大改善传质和传热及混合性能。多根气液混合管管壁上的进液孔数量相同及高度相等是为了使液态醋酸在同一压力下能以相同流量进入每根气液混合管中，满足均匀混合及蒸发的要求。

由于气体进气及醋酸溶液进液均为较高的压力(液体压力通常高于10MPa，气体压力应高于液体压力)，因此醋酸溶液在卷吸作用下由进液孔进入气液混合管时，会产生喷射气化效果，从而实现与气体的初步混合。设计时，气液混合管的内径小于换热管内径，这样当初混合气气化后的气液混合物由气液混合管进入换热管时，由于管径变化(即气液混合管的内径小于换热管的内径)，也会产生喷射气化效果，使气液混合物进一步充分均匀混合，经过两次混合后液体和气体的混合更为充分，大大提高了蒸气换热效果，保证醋酸溶液全部气化并与气体充分混合，进而减少了气液混合及换热所需面积。