立式热虹吸再沸器的设计要点
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。
立式热虹吸式再沸器毕业设计
立式热虹吸式再沸器毕业设计摘要本篇毕业设计主要研究了立式热虹吸式再沸器的设计和性能分析，对于该种型号的再沸器进行了深入的研究和探索。
通过对立式热虹吸式再沸器的热工特性和传热机理进行分析，提出了一种优化设计方案，使得该型号再沸器在使用过程中能够更加高效地运行，提高了热能利用率。
在实验过程中，对比了优化前后的性能指标，证明了优化方案的可行性和有效性。
关键词：立式热虹吸式再沸器；传热机理；优化设计；性能指标AbstractKeywords: vertical thermo-siphon reboiler; heat transfer mechanism; optimized design; performance indicators一、引言二、热虹吸式再沸器的传热机理热虹吸式再沸器主要由三部分组成，一个加热器、一个再沸器和一个地下水箱。
由于热水比重小，故而在水箱中形成了温度分层，上层为凉水，下层为热水。
当提高加热器的温度时，热水开始上升，形成热虹吸效应。
热水上升后，流入到水箱下部的再沸器中，并加热未完全再沸的物料，物料受到加热后，再次蒸发并上升，贯穿整个再沸器，最后通过管道排出。
热虹吸式再沸器的传热机理主要由三部分组成，包括对流传热、辐射传热和传导传热。
其中，对流传热是热虹吸效应的主要形式，其原理是利用热量作用在液体上，使得液体的密度发生变化，从而形成自然对流的循环。
在该过程中，辐射传热和传导传热也参与其中。
三、优化设计方案为了提高热虹吸式再沸器的传热效率，在设计过程中，我们提出了一种优化方案，主要包括以下几个方面：（1）加热器的设计在加热器设计中，我们采用了高效的加热元件，并减小加热器对外面空间的影响。
同时也采用了优化导流板等措施，使得加热器可以更加均匀地加热物料。
这些优化措施可以有效提高加热器的能量利用率。
在再沸器的设计中，我们主要采用了优化分层结构的方式，使得水箱中的冷水和热水能够更加有效地分离。
立式热虹吸再沸器HTRI优化设计 (1)
立式热虹吸再沸器HTRI优化设计Hualu Engineering and Technology Co., LtdHualu Engineering and Technology Co Ltd华陆工程科技有限责任公司主讲人：刘健内容简介•立式热虹吸再沸器是间壁式换热器里算复杂换热结作计算最为复杂的一类换热器，结合工作实践，在分析工艺流体在再沸器换热管内物理变化过程和间壁换热器传热研究利软件式热的基础上，利用HTRI软件对立式热虹吸再沸器进行优化设计。
1. 概述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，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。
体的密度差利用HTRI计算报告：能给出再沸器所需的换热面积和设计裕量可以准确分析出工艺流体在换热管内的物理变化过程计算真实的循环量和气化率满足循环所需的静压头,进而决定塔器和再沸器之间相对布置关系按压力降分配法确定进出口管的尺寸在运算信息栏里给出再沸器运行的各种报告，包括振动报告，稳定运行报告以及流体流速和流型报告2 工艺流体在换热管内的物理变化过程2工艺流体在换热管内的物理变化过程1单相对流显热段2 过冷沸腾段3 泡状流和活塞流段4 搅动流5 环状流单流热由于静压头的存在该区域的压力大于流2.1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。
为使液体气化沸腾，体状力使液体气腾必须将液体加热到对应压力下的饱和温度以上显热段的长度取决于管壁两侧总的以上。
显热段的长度取决于管壁两侧总的温差、流体的液相传热系数、再沸器进口体液传热系数管的压降等。
真空操作工况下这一区域相对较长正压操作工况下相对较短对较长，正压操作工况下相对较短。
冷沸腾当流体经换热管向上流动压力逐渐降低 2.2 过冷沸腾段•当流体经换热管向上流动，压力逐渐降低，直到接近换热管壁温所对应的饱和蒸气压到接换热管所蒸气时，在换热管壁上液体开始形成气泡，气泡不断长大破裂尽管没有气体产生泡不断长大，破裂。
PROII再沸器设计
PRO/Ⅱ中热虹吸再沸器的设计一、 前言再沸器是在化工设计中经常碰到的一种换热器，它用于分馏塔底，使塔底物料汽化后返回塔内，以提供分馏所需要的热源。
再沸器的热负荷根据分馏塔的要求而定。
化工装置中最常见的是立式热虹吸再沸器，由于塔釜物料在再沸器中加热汽化，汽液混合物的比重显著减小，使再沸器的入口和出口产生静压差，因而不必用泵就可以不断地循环，塔底流体不断地被虹吸入再沸器，加热汽化后再返回塔内。
图一为一典型立式热虹吸再沸器。
在化工设计中，再沸器的设计与普通换热器的设计有些不同，除了象普通换热器一样要计算换热面积、传热系数、平均温差等设计数据外，还要考虑到在设计再沸器时，为保证再沸器操作时的正常循环，还要进行压力平衡计算，最主要的参数就是塔釜液位和再沸器之间的标高差，它是热虹吸再沸器循环的推动力。
塔釜液位和再沸器之间的标高差的大小影响到再沸器循环量（汽化率）的大小，它是热虹吸再沸器设计的重要参数。
二、PRO/II 中热虹吸再沸器的设计PRO/Ⅱ是SIMSCI 公司开发的化工过程模拟软件，已经被世界一些著名的化学公司所采用，其计算模型已成为国际标准，有2000多个纯组分数据库、用于3000条VLE 二元作用的在线二元参数及专业数据包，近40个单元模块，使用严格的最新计算方法，模拟范围广泛，功能齐全，尤其适合大型工业装置，可用于评价已有装置的优化操作或新建、改建装置的优化设计〔1〕。
本文所采用的是PRO/Ⅱ最新的6.0版本。
PRO/Ⅱ软件提供了严格换热器的单元计果利用严格换热器计算模块进行计算，由于程的循环量（即塔釜至再沸器的循环量），无法进行。
而如果在进行严格换热器计算的力平衡计算，那么再沸器的计算也就迎刃而解我们知道，热虹吸再沸器设计中压力平衡它决定了再沸器的安装尺寸，设计时应使压流量的要求。
主要的可变因素是入口的管径位置。
塔釜至再沸器的循环液经部降计算非常繁琐，主要变量为再沸器进出口压力降主要包括以下几个部分：（1）、ΔP1（2）、再沸器出口管线的摩擦损失（3）损失。
立式热虹吸再沸器工艺设计教学文案
立式热虹吸再沸器工艺设计立式虹吸再沸器工艺设计设计一台立式热虹吸再沸器，以前塔顶蒸汽冷凝为热源，加热塔底釜液使其沸腾。
前塔顶蒸汽组成：乙醇0.12，水0.88，均为摩尔分数，釜液可视为纯水。
具体条件及物性如下前言能源是国民经济和社会发展的重要物质基础。
我国资源总量较为丰富，但人均占有资源相对不足，能源和其它重要矿产资源的人均占有量仅为世界平均水平的一半。
化学工业在整个国民经济体系中占有相当重要的地位，其发展速度和水平直接制约着其它许多部门的发展;同时，化学工业又是能源消耗较多的部门，化学工业消耗的各种能源约占全国能源产量的9%，占全国工业耗能的23%。
目前，日趋严峻的资源、环境和安全约束以及市场竞争的压力，要求化学工业必须利用当今先进的技术，改善生产和管理，以实现更高效、低耗、清洁和安全的生产。
在石化企业中，再沸器是精馏塔的重要辅助设备之一，它提供了精馏过程所需的热量，其节能潜力非常大。
再沸器设计的好坏，操作正常与否，直接影响着精馏塔的分离效果。
为了有效的利用能源，对再沸器正确的选择和设计就显得十分重要。
流态化是一门旨在强化颗粒与流体之间接触和传递的工程技术。
近年来，由于生产实际需求的推动，流态化技术得到新的发展，取得的成果越来越多，其优点越来越为人们所认识，并且己经成为引人注目的前沿研究领域。
另外，在化工过程设计中，要应用到大量的基础物性数据。
开发一个数据库，包含这些基本的物性数据或者计算方法，在这些化工过程的设计中，就可以直接从数据库中查取有关的数据，省去烦琐的物性查取和计算的过程，简化设计，因此也是一项十分有意义的工作。
2立式热虹吸再沸器简介：热虹吸再沸器在化学工业中有非常广泛的应用，它具有非常高的传热系数，并且不需要泵来推动工艺流体的循环，从而使得设备费降低。
但是因为在热虹吸再沸器中流体流动和传热之间紧密相关，其设计过程十分复杂，要考虑到许多相关的因素，一般首先要根据工艺要求，同时考虑一些细节因素，选择再沸器的类型此基础上选择压力平衡计算式和传热计算式，进行工艺设计。
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
立虹再沸器课程设计
立虹再沸器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解立虹再沸器的原理，掌握其构造和功能，并能够描述其工作过程。
2. 学生能够运用立虹再沸器相关的科学知识，解释实际生活中的热力学现象。
3. 学生能够掌握与立虹再沸器相关的关键术语，并能在语境中正确使用。
技能目标：1. 学生能够通过观察和实验操作，对立虹再沸器进行拆解和分析，提升实验操作和观察能力。
2. 学生能够运用所学的知识，设计简单的立虹再沸器实验，培养创新思维和问题解决能力。
3. 学生能够在小组合作中，有效沟通和协作，共同完成立虹再沸器的实验任务。
情感态度价值观目标：1. 学生能够对立虹再沸器产生兴趣，激发对科学学习的热情，培养积极探索的科学精神。
2. 学生通过学习立虹再沸器的应用，认识到科学技术在生活中的重要性，增强科技改变生活的意识。
3. 学生在小组合作中，学会尊重他人意见，培养团结协作和公平竞争的价值观。
本课程针对年级学生的认知水平和兴趣特点进行设计，结合教材内容，通过实践操作和小组讨论，使学生在掌握知识的同时，提高技能和情感态度价值观的全面发展。
教学要求注重理论与实践相结合，关注学生个体差异，鼓励学生主动参与，培养其独立思考和解决问题的能力。
通过本课程的学习，期望学生能够达到以上所述的具体学习成果。
二、教学内容本章节教学内容以教材中“热力学”单元的“立虹再沸器”为主题，内容包括：1. 立虹再沸器的原理与构造：讲解立虹再沸器的基本原理，引导学生了解其内部构造，掌握各部分功能。
2. 立虹再沸器的工作过程：通过图示和实验演示，使学生理解立虹再沸器的工作过程，掌握热量传递和相变原理。
3. 立虹再沸器的实际应用：分析立虹再沸器在工业和生活中的应用实例，让学生了解其重要性。
4. 实验操作与观察：指导学生进行立虹再沸器的拆解、组装和实验操作，培养实验技能和观察能力。
5. 小组讨论与问题解决：组织学生进行小组讨论，探讨立虹再沸器相关的问题，提高学生的问题解决能力。
再沸器工艺设计
x xe
（2）循环阻力△Pf
△Pf=△P1 + △P2 + △P3 + △P4 + △P5
① 管程进出口阻力△P1 ② 传热管显热段阻力△P2 ③ 传热管蒸发段阻力△P3 ④ 管内动能变化产生阻力△P4 ⑤ 管程出口段阻力△P5
①管程进出口阻力△P1
P1 i Li G
G
0 . 38
V
Wt 0 . 785 D o
2
V
液相阻力
PL 5 L
L di
GL
2
2b
L 0 . 01227
G V xG
Re d iGV
0 . 7543
0 . 38 Re L
V
管程出口段阻力△P5
P5
1/4 ( PV 5
1/4 PL 5
2
Di 2 b
( D i / 0 . 0254 )
2
Li：进口管长度和当量 长度之和，m
Di ：进口管内径， m
G：釜液在进口管内质 Li 2 0 . 3426 ( D i / 0 . 254 0 . 1914 ) 量流速，kg/m s
i 0 . 01227
Wi 0 . 785
x: 该段平均气含率。
V
液相阻力:
PL 3 L
L CD di
GL
2
2b
L 0 . 01227
G V xG
Re d iGV
0 . 7543
0 . 38 Re L
V
1/4 ( PV 3
蒸发段阻力△P3: P3
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立式热虹吸再沸器的设计要点
立式热虹吸再沸器在石油化工领域应用广泛，是重要的热量交换设备。
文章结合其工作原理，针对影响其运行状况的设计要点进行简要的论述，针对设计时经常遇到的问题提供解决办法。
希望能够为立式热虹吸再沸器设计的优化提供一些有益的帮助。
标签：立式热虹吸再沸器；设计要点；解决办法
Abstract：Vertical thermosyphon reboiler is widely used in petrochemical industry and is an important heat exchange equipment. In accordance with its working principle，this paper briefly discusses the design essentials that affect its running condition，and provides solutions to the problems often encountered in the design. It is hoped that it can provide some useful help for the optimization of the design of the vertical thermosyphon reboiler.
Keywords：vertical thermosyphon reboiler；design points；solution
在石油化工领域，再沸器是重要的热量交换设备，设置于蒸馏塔底部。
其作用是利用加热介质将塔釜工艺介质部分气化，通过循环送回蒸馏塔，为分离过程提供能量。
立式热虹吸再沸器是一种常见的再沸器，具有传热系数高，结构紧凑，被加热介质在管内停留时间短，不易结垢，安装方便，占地面积小，设备造价及运行费用较低等显著优势[1]。
立式热虹吸再沸器在设计时，需要考虑结构参数、气化率、进出口管路阻力降，安装高度，管内流型、热通量等因素对再沸器稳定运行的影响。
本文将对以上问题进行论述，并对设计时经常会遇到对问题提供解决的办法，以便在再沸器的工程设计中实现合理设计。
1 原理介绍
立式热虹吸再沸器属于自然循环式再沸器。
蒸馏塔塔釜介质经过再沸器，部分介质被气化，在再沸器及出口管线中形成两相流，由于塔釜的静液位与两相流存在密度差，形成推动力，使塔釜介质不断被虹吸入再沸器，无需外部提供动力即可完成循环。
其示意图如图1所示。
蒸馏塔塔釜介质在进入立式热虹吸再沸器后，由于其物理状态的不同，其换热机理也不相同。
随着介质在管内不断上升，管内的介质流型及传热机理分布如图2所示。
液相流（过冷段）：介质进入换热管底部开始换热，由于静压头的存在使介质的操作压力高于其饱和压力，仍然是液相，传热的方式为液体对流传热。
泡状流：随着介质在管内的上升，操作压力接近换热管壁温下所对应的饱和蒸汽压，介质在换热管表面被气化，逐渐产生气泡，传热的方式为泡核沸腾传热。
塞状流：气泡大量产生，聚集成体积更大的气态活塞，液体块与气体块交替上升，传热系数上升，传热方式为饱和核态沸腾和两相对流换热。
环状流：气体量持续增加，气体带动液体沿换热管向上运动，将液体压迫在垂直管壁上形成环状流动，主要的相变过程在这段发生，传热系数达到最大，传热方式为两相对流传热。
环状流是立式管中最理想的沸腾状态。
雾状流：气化的量继续增加，液体变成小液体，与气体混合呈雾状，传热方式为气相对流换热，传热系数因为传热方式的改变而显著降低，因此雾状流在再沸器设计时需尽量避免。
2 设计参数的确定
（1）结构参数。
在确定立式热虹吸再沸器对换热管管径时，由于塔釜介质在管内沸腾，如果使用小管径的换热管，则会增加再沸器的阻力降，一般使用内径大于25mm的换热管。
在确定换热管长时，过长对换热管也会增加再沸器对阻力降，同时会增加介质形成雾状流对可能性，一般管长不宜超过6m[2]。
换热管内对流速一般控制在0.5～1.5m/s，要以此原则选择再沸器壳径，壳径比以2～5为宜。
结构参数在设计再沸器时需根据计算结果不断调整，直到介质出口状态满足要求。
（2）气化率[3]。
立式热虹吸再沸器，一般比较适宜的气化率是5%～35%。
在确定气化率时需考虑工艺介质的特性以及管内气液的流动型式。
不同的工艺介质特性要选取不同的气化率，对于纯组分和窄沸腾域介质，侧重考虑热量和动量传递性质，对于宽沸腾域介质，侧重考虑传质的限制作用。
同时气液的密度差也是必须考虑的因素。
一般水溶液的介质推荐气化率2%～10%，烃类介质的推荐气化率为10%～20%。
管内气液的流动型式对再沸器传热效果及稳定性都有影响。
如果气化率较低，管内主要是泡状流，则容易造成运行的不稳定。
如果气化率较高，管内已经达到雾状流，则会显著降低换热器的传热效果。
在选择气化率时需尽量避免。
（3）进出口管路阻力降。
进出口管道的阻力降主要受进出口管道的长度及管径影响。
再加进口管路的阻力降有助于提高再沸器整体稳定性，并减少换热管底部显热段的长度，同时有助于提高气化率。
但进口管路的阻力降过大，可能会造成塔釜低液位时换热管内出现雾状流。
出口管路管径在确定时，过大会造成出口气体流速低，无法实现正常的循环，过小会使阻力降升高。
一般应保证出口管路的阻力降小于总循环压降的30%[3]。
（4）安装高度。
安装高度是指塔釜液位距再沸器下管板的距离。
这个液位
差即为立式热虹吸循环的动力。
随着安装高度的不断升高，再沸器的气化率不断降低。
因此安装高度过大，容易形成泡状流，安装高度过低，则容易形成雾状流。
在确定安装高度时，需同时考虑进出口管路阻力降和气化率，以实现再沸器的热虹吸循环及稳定运行。
一般安装高度是在正常液位操作条件下确定的，因此在确定后还需核算低液位和高液位下安装高度是否合适。
（5）管内流型。
对于立式热虹吸再沸器，出口管线中最好为环状流，此时再沸器的传热效果及运行稳定性最佳。
如果出口管线中为活塞流，会造成出口管线的振动问题，需设置管路支撑。
如果出口管线为雾状流，加热介质的热量无法被迅速带走，使换热管局部温度过高，造成再沸器损坏。
（6）热通量。
热通量是单位面积的换热能力。
如果热通量选择过高，则会出现流量不稳定，液相和气相在换热管中流动失稳而发生脉动。
检查热通量对立式热虹吸再沸器尤其重要[4]。
建議塔釜介质为烃类时热通量不超过50kW/m2，水溶液体系热通量不超过75kW/m2。
3 问题及解决办法
在立式热虹吸再沸器设计时，以上因素对再沸器的运行效果都有影响，必要时需要调整一项或者几项参数以实现再沸器的平稳运行。
表1中列出了出现频率较高的几个问题及解决办法。
4 结束语
立式热虹吸再沸器在设计中需考虑的因素较多，难度较大。
本文根据其工作原理，从传热及运行角度，简述了立式热虹吸再沸器在设计时需要注意的设计要点，为再沸器设计人员提供有益的帮助。
参考文献：
[1]吴德荣.化工工艺设计手册（第四版）[M].化学工业出版社，2009.
[2]王宁.立式热虹吸再沸器的核算[J].石化技术，2016（6）：152-153.
[3]王松汉.石油化工设计手册（第三卷）[M].化学工业出版社，2002.
[4]Andrew W. Sloley. Properly Design Thermosyphon Reboiler[J]. CHEMICAL ENGINEERING PROGRESS，MARCH，1997：52-64.。