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热虹吸式再沸器的设计与选用解析
热虹吸式再沸器的设计与选用解析作者：陈发挥来源：《中国化工贸易·中旬刊》2018年第10期摘要：再沸器常用于蒸馏塔底，对塔底流体加热使其部分汽化返回塔内，为蒸馏塔提供上升蒸汽，设计再沸器时，必须与蒸馏塔的使用特点和结构联系起来。
在石油化工厂，热虹吸式再沸器应用很广泛，且多采用管壳式。
关键词：再沸器;热虹吸式;设计;选用1 常见再沸器的种类1.1 立式热虹吸再沸器如图所示立式热虹吸再沸器是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。
立式及卧式热虹吸再沸器本身没有气、液分离空间和缓冲区，这些均由塔釜提供。
工艺物流侧在管程，传热系数高，投资低，为获得好的循环，可能需要比较高的塔裙高度。
汽化率为15%-40%。
可用于真空和低压系统。
式热虹吸再沸器具有的特点：循环推动力是釜液和换热器传热管气液混合物的密度差;结构紧凑、占地面积小、传热系数高;壳程不能机械清洗，不适宜高粘度、或脏的传热介质;塔釜提供气液分离空间和缓冲区;设备被直接安装在塔旁由于管线系统简单，故设备造价低。
1.2 卧式热虹吸式再沸器如图所示卧式热虹吸式再沸器加热介质在管内流动，管程可以为单流程也可以为多流程。
进料是从塔底下降管引入再沸器，液体在壳程沸腾发生汽化，形成密度较小的汽液混合物，由于进料管和排出管中液体的密度差产生静压差，成为流体自然循环的推动力。
臥式热虹吸式再沸器具有的特点：循环推动力是釜液和换热器传热管气液混合物的密度差;占地面积大，传热系数中等，维护、清理方便;塔釜提供气液分离空间和缓冲区。
有较高的循环率，因而有较高的流速和较低的出口干度，从而防止了高沸点组分的积聚和降低了结垢的速率。
工艺物流侧在壳程，传热系数中偏高，投资适中，占地面积大，裙座高度低，汽化率为3%-35%。
2 热虹吸式再沸器流动沸腾机理立式热虹吸式再沸器的受热段可分为五段，分别为：①单相对流显热段，由于静压头的存在，该区域的压力大于流体饱和状态的压力。
立式热虹吸再沸器设计
立式热虹吸再沸器简介图14.立式热虹吸再沸器（1）立式热虹吸再沸器是利用热介质在壳侧提供热量将管侧工艺流体加热沸腾的管壳式换热器，它是自然循环的单元操作，动力来自与之相连的精馏塔塔釜液位产生的静压头和管内流体的密度差。
（2）立式热虹吸再沸器广泛地应用于化与卧式相比, 其循环速率高, 传热膜系数高。
但是, 工业上应用的立式热虹吸再沸器其加热督要有一定高度才能获得较高的传热速率, 而塔底液面与再沸器上部管板约为等高, 这样就提高了塔底的标高, 使设备安装费增加, 并且设备的清洗和维修也困难。
（3）立式热虹吸再沸器的不稳定性, 往往是由于两相流的不稳定流型所致。
在立式热虹吸管内蛇两相流沸腾流型, 自下而上相继出现（4）鼓泡流、弹状流、环状流及环雾流等。
弹状流的大汽抱的不断出现与破裂, 激发了操作的不稳定性。
（5）立式热虹吸再沸器与卧式相比, 虽有较好的防垢性能, 但对于粘度大的物料, 例如, 石按化工中一些高分子聚合物, 也常因结垢堵塞管道, 而要定期清除垢物。
严重的情况下, 运转一年就会将再沸器中绝大部分管子堵死, 垢物的清除费力费时, 十分困难。
（6）一般立式热虹吸式的管程走工艺液体，壳程走加热蒸汽。
改善立式热虹吸再沸器的操作性能, 强化其传热, 具有十分重要的意义其特点有：结构紧凑,占地面积小,传热系数高.壳程不能机械清洗,不适宜高粘度,或脏的传热介质.塔釜提供气液分离空间和缓冲区.3.1.1 立式热虹吸再沸器的选用和设计计算步骤（1）强制循环式:适于高粘度,热敏性物料,固体悬浮液和长显热段和低蒸发比的高阻力系统。
（2）内置式再沸器:结构简单.传热面积小,传热效果不理想.釜内液位与再沸器上管板平齐3.1.2 设计方法和步骤：立式热虹吸式再沸器的流体流动系统式有塔釜内液位高度Ι、塔釜底部至再沸器下部封头的管路Ⅱ、再沸器的管程Ⅲ及其上部封头至入塔口的管路Ⅳ所构成的循环系统。
由于立式热虹吸再沸器是依靠单相液体与汽液混合物间的密度差为推动力形成釜液流动循环，釜液环流量，压力降及热流量相互关联，因此，立式热虹吸再沸器工艺设计需将传热计算和流体力学计算相互关联采用试差的方法，并以出口气含率为试差变量进行计算。
卧式热虹吸再沸器的压力平衡计算
其沸腾过程发生在浸没静止液体池中的管束表 面；而卧式热虹吸再沸器和立式热虹吸再沸器都 是典型的流动沸腾换热器。立式热虹吸再沸器的 沸腾一般发生在管侧，其结构和配管简单，且管 内易于清洗，所以常用于易结垢的情况，但是不 适用于大热通量、液体黏度大于 0.5mPa·s 或塔不 方便抬高的场合；卧式热虹吸再沸器的沸腾流体 在壳侧流动，壳体形式多样，也适于液体黏度大
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2019 年第 38 卷
于 0.5mPa·s 但小于 2.0mPa·s、沸腾范围广、热流 密度大的流体[2]，且运行比立式热虹吸再沸器更 稳定，同一负荷、同一气化率下需要的安装高度 也比立式热虹吸再沸器低，对于同条件下的再沸 器，由于壳侧的受迫流动[3]，卧式热虹吸再沸器 的沸腾传热膜系数基本可以达到釜式热虹吸再沸 器的池式沸腾传热膜系数，并大于立式热虹吸再 沸器的最大热通量，因此卧式热虹吸再沸器的适 用性更强，应用范围也更广泛。但是卧式热虹吸 再沸器的缺点是，由于壳程形式的多样性，其两 相流管线长且复杂，因此该类再沸器的安装高度 需要进行详细设计核算，以防止卧式热虹吸再沸 器在运行过程中出现流动不均匀或压力不平衡而 导致塔器无法安全稳定运行。
1 卧式热虹吸再沸器安装高度计算 方法
热虹吸再沸器的安装高度是指与再沸器相连的
塔与再沸器之间的相对位置，是保证精馏塔和再沸
器稳定运行的重要参数。计算基础为：∆Pt（系统推 动力）≥∆Pz（系统阻力）[4]。下文结合图 1 以及传
热设计软件 HTRI7.0 中相关知识内容对卧式热虹吸
再沸器安装高度计算方法进行详细说明。
由于气体流速大于液体流速，从而产生了一个“液
体滞留量”，因此两相流的实际密度一般远大于均
热虹吸再沸器原理
热虹吸原理虹吸现象是液态分子间引力与位能差所造成的,即利用水柱压力差,使水上升后再流到低处.由於管口水面承受不同的大气压力,水会由压力大的一边流向压力小的一边,直到两边的大气压力相等,容器内的水面变成相同的高度,水就会停止流动.利用红吸现象很快就可将容器内的水抽出.虹吸管是人类的一种古老发明,早再公元前1世纪,就有人造出了一种奇特的虹吸管.事实上,虹吸作用并不完全是由大气压力所产生的,在真空里也能产生虹吸现象.使液体向上升的力是液体间分子的内聚力.在发生虹吸现象时,由於管内往外流的液体比流入管子内的液体多,两边的重力不平衡,所以液体就会继续沿一个方向流动.在液体流入管子里,越往上压力就越低.如果液体上升的管子很高,压力会降低到使管内产生气泡(由空气或其他成分的气体构成),虹吸管的作用高度就是由气泡的生成而决定的.因为气泡会使液体断开,气泡两端的气体分子之间的作用力减至0,从而破坏了虹吸作用,因此管子一定要装满水.在正常的大气压下,虹吸管的作用比在真空时好,因为两边管口上所受到的大气压提高了整个虹吸管内部的压力.设想一下，太阳能集热器内储满冷水，当太阳能集热器吸收太阳能时，里面的水受热膨胀，密度变小，就上升到上面的热交换器中。
而密度较大的冷水则回流到集热器的底部，在吸收了热能后，继续膨胀上升···热循环运动被称为热虹吸效应，集热器和热交换器之间的温差越大，水体在两者之间的循环流动的速度越快。
热虹吸式再沸器热虹吸再沸器依靠塔釜内的液体静压头核再沸器内两相流的密度差产生推动力形成热虹吸式运动。
热虹吸式再沸器利用再沸器中气—液混合物和塔底液体的密度差为推动力，增加流体在管内的流动速度，减少了污垢的沉积，提高了传热系数，装置紧凑，占地面积小可以分为立式热虹吸式再沸器和卧式热虹吸式再沸器。
一般立式热虹吸式的管程走工艺液体，壳程走加热蒸汽；卧式热虹吸式再沸器的蒸发侧不加限制，可以根据工艺要求，如蒸发量大小和是否容易结垢来选择流径。
热虹吸再沸器原理
熱虹吸原理虹吸現象是液態分子間引力與位能差所造成的,即利用水柱壓力差,使水上升後再流到低處.由於管口水面承受不同的大氣壓力,水會由壓力大的一邊流向壓力小的一邊,直到兩邊的大氣壓力相等,容器內的水面變成相同的高度,水就會停止流動.利用虹吸現象很快就可將容器內的水抽出.虹吸管是人類的一種古老發明,早在西元前1世紀,就有人造出了一種奇特的虹吸管.事實上,虹吸作用並不完全是由大氣壓力所產生的,在真空裏也能產生虹吸現象.使液體向上升的力是液體間分子的內聚力.在發生虹吸現象時,由於管內往外流的液體比流入管子內的液體多,兩邊的重力不平衡,所以液體就會繼續沿一個方向流動.在液體流入管子裏,越往上壓力就越低.如果液體上升的管子很高,壓力會降低到使管內產生氣泡(由空氣或其他成分的氣體構成),虹吸管的作用高度就是由氣泡的生成而決定的.因為氣泡會使液體斷開,氣泡兩端的氣體分子之間的作用力減至0,從而破壞了虹吸作用,因此管子一定要裝滿水.在正常的大氣壓下,虹吸管的作用比在真空時好,因為兩邊管口上所受到的大氣壓提高了整個虹吸管內部的壓力.設想一下，太陽能集熱器內儲滿冷水，當太陽能集熱器吸收太陽能時，裏面的水受熱膨脹，密度變小，就上升到上面的熱交換器中。
而密度較大的冷水則回流到集熱器的底部，在吸收了熱能後，繼續膨脹上升···熱迴圈運動被稱為熱虹吸效應，集熱器和熱交換器之間的溫差越大，水體在兩者之間的迴圈流動的速度越快。
熱虹吸式再沸器熱虹吸再沸器依靠塔釜內的液體靜壓頭核再沸器內兩相流的密度差產生推動力形成熱虹吸式運動。
熱虹吸式再沸器利用再沸器中氣—液混合物和塔底液體的密度差為推動力，增加流體在管內的流動速度，減少了污垢的沉積，提高了傳熱係數，裝置緊湊，占地面積小可以分為立式熱虹吸式再沸器和臥式熱虹吸式再沸器。
一般立式熱虹吸式的管程走工藝液體，殼程走加熱蒸汽；臥式熱虹吸式再沸器的蒸發側不加限制，可以根據工藝要求，如蒸發量大小和是否容易結垢來選擇流徑。
立式热虹吸式再沸器的布置及配管
框架结构支撑是指再沸器同其他设备一起安装在合适的 钢框架上。这种支撑形式也会存在不同膨胀量引起的相对位移， 但是土建投资方面则会优于独立结构。需要注意的是，再沸器布 置于框架内时，容易忽略再沸器上方是否留有足够的抽芯检修 空间，以及设备吊装是否方便。再者，共用框架平台一般很难做 到因再沸器支撑标高而调整框架层高，只能将框架标高设计低 于再沸器支撑标高，通过增加独立的支撑结构来达到合适的要 求标高。这就需要所有设备统筹考虑，甚至加入再沸器支撑弹簧 的因素，综合所有涉及项，完成整个框架和设备的标高确定。
Equipment Layout and Piping Design for Vertical Thermosiphon Reboiler
CHEN Wei-zhong(Beijing Petrochemical Engineering Co., Ltd., Xi’an Branch, Xi’an 710075, China)
1 立式热虹吸式再沸器的特点
热虹吸式再沸器为自然循环式，塔釜的液体进入再沸器被 加热而部分汽化，再沸器入口管线中充满液体，而出口管线中 是汽液两相混合物。再沸器的汽化率越大，则出口管线中物料 的密度越小，两者的密度差就越大，利用进出口管线的密度差 使塔底液体不断被“虹吸”入再沸器，加热汽化后的汽液混合物 则返同塔内，整个过程不需要用泵就可以实现不断循环[1]。这 种物料循环方式，决定了其具有连接管线短、传热系数高、占地 面积小、总投资低等特点。因其与塔管口以较短的管线直接相 连，管程流体不易结垢，加热段的停留时间较短，流率稳定性较 高，实现了良好的可控性。
2.2 支撑形式的确定
ห้องสมุดไป่ตู้
塔器
汽相 液体
蒸汽 再 沸 器
热虹吸再沸器
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。
热虹吸式重沸器原理
热虹吸式重沸器原理是什么？
依靠重沸器安装位置低于塔底标高而形成的一定位差，使塔底液体自动流出，并由重沸器底部流入重沸器，在重沸器内部分液体被加热汽化，形成气液混合物，密度显著变小，从而在重沸器的入口和出口产生静压差，工艺流体不用泵就可以自然循环回塔，完成操作过程。
釜式重沸器
热虹吸式重沸器与釜式重沸器有何区别?
(1)卧式热虹吸式重沸器体积小得多;
(2)热虹吸式重沸器中油品经加热、升温,部分要气化相变,但器内没有气化空间,不进行气、液分离;釜式重沸器本身有蒸发空间;
(3)热虹吸式重沸器由于是沸腾传热,传热系数很大,因而虽然传热面积较小,但加热负荷却很大;
(4)釜式重沸器相当于塔的一块理论塔盘。
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熱虹吸原理
虹吸現象是液態分子間引力與位能差所造成的,即利用水柱壓力差,使水上升後再流到低處.由於管口水面承受不同的大氣壓力,水會由壓力大的一邊流向壓力小的一邊,直到兩邊的大氣壓力相等,容器內的水面變成相同的高度,水就會停止流動.利用虹吸現象很快就可將容器內的水抽出.
虹吸管是人類的一種古老發明,早在西元前1世紀,就有人造出了一種奇特的虹吸管.
事實上,虹吸作用並不完全是由大氣壓力所產生的,在真空裏也能產生虹吸現象.使液體向上升的力是液體間
分子的內聚力.在發生虹吸現象時,由於管內往外流的液體比流入管子內的液體多,兩邊的重力不平衡,所以液體就會繼續沿一個方向流動.在液體流入管子裏,越往上壓力就越低.如果液體上升的管子很高,壓力會降低到使
管內產生氣泡(由空氣或其他成分的氣體構成),虹吸管的作用高度就是由氣泡的生成而決定的.因為氣泡會使液體斷開,氣泡兩端的氣體分子之間的作用力減至0,從而破壞了虹吸作用,因此管子一定要裝滿水.在正常的
大氣壓下,虹吸管的作用比在真空時好,因為兩邊管口上所受到的大氣壓提高了整個虹吸管內部的壓力.
設想一下，太陽能集熱器內儲滿冷水，當太陽能集熱器吸收太陽能時，裏面的水受熱膨脹，密度變小，
就上升到上面的熱交換器中。
而密度較大的冷水則回流到集熱器的底部，在吸收了熱能後，繼續膨脹上升···熱迴圈運動被稱為熱虹吸效應，集熱器和熱交換器之間的溫差越大，水體在兩者之間的迴圈流動的速度越快。
熱虹吸式再沸器
熱虹吸再沸器依靠塔釜內的液體靜壓頭核再沸器內兩相流的密度差產生推動力形成熱虹吸式運動。
熱虹吸式再沸器利用再沸器中氣—液混合物和塔底液體的密度差為推動力，增加流體在管內的流動速度，減少了污垢的沉積，提高了傳熱係數，裝置緊湊，占地面積小
可以分為立式熱虹吸式再沸器和臥式熱虹吸式再沸器。
一般立式熱虹吸式的管程走工藝液體，殼程走加熱蒸汽；臥式熱虹吸式再沸器的蒸發側不加限制，可以根據工藝要求，如蒸發量大小和是否容易結垢來選擇流徑。
臥式熱虹吸式再沸器的安裝高度低於立式，其迴圈推動力較大，迴圈量也較大。
熱虹吸式再沸器利用再沸器中氣—液混合物和塔底液體的密度差為推動力，增加流體在管內的流動速度，減少了污垢的沉積，提高了傳熱係數，裝置緊湊，占地面積小。
熱虹吸式再沸器的停留時間短，適用於要求短停留時間的物系。
另外有用其傳熱係數大，對於要求大面積換熱的情況比較合適。
其中的立式熱虹吸式再沸器如為真空操作，則不適宜黏性較大的液體和帶固體物料，同時還要求塔裙的高度較高。
臥式熱虹吸式再沸器則對塔釜液位核壓降要求不高，比較適用於真空精餾。
精餾塔安裝高度比熱虹吸式再沸器高使塔底物料進入熱虹吸式再沸器有一定的靜壓頭，用蒸氣給重沸器物料加熱後使重沸器內物料輕組份氣化後產生密度差，塔底物料與重沸器中物料存在密度差後產生推動力，使塔底物料進入重沸器，重沸器中的物料進科塔內，是一個內迴圈過程，所以熱虹吸式再沸器內物料進入塔內的是氣液兩相。