CN100362304C - 降膜管束热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及所谓的降膜型管束热交换器，包括机套，且机套具有由相应的底部(即上底部和下底部)在相对端封闭的垂直轴。

Description

降膜管束热交换器
技术领域
本发明总体上涉及采用所谓的降膜技术的管束热交换器，所述管束热交换器具有可用于在至少两种流体之间进行热交换的垂直管。
参看本发明，所述类型的热交换器通常包括多个直线管，将其分组以穿过至少两个管板形成管束热交换器，所述至少两个管板位于所述管的相对端附近，在板本身的外部上是敞开的。
背景技术
在化学和食品工业中已知和普遍的是，将包括或由带有所谓的降膜型垂直管的管束热交换器构成的装置用作浓缩器、蒸发器、冷凝器以及类似装置。
为了简要说明起见，在以下描述中，对于所选择的参考溶液的浓缩将参看所考虑类型的热交换器的使用。
在两种流体的热交换中，按照引用的降膜技术，第一流体，在以下描述中称为主流体，例如待浓缩的溶液，沿着管的内壁下降，而不充满这些管，形成薄膜，薄膜在管本身的中央及其整个长度上留出相当大的真空区；第二流体，在以下描述中称为工作流体，在热交换器中从各个管束的外部流动，与每根单管的外壁相接触。
为此目的，构成这种管束的垂直管具有敞开并与交换器的外部流体连通的相对端。而且，为了允许在每个垂直管中形成相应的主流体“降膜”，在所述管的每个上端中，管切头同轴啮合、装配在中间位置中，且在距下面管板的预定距离处具有一个或多个径向通孔。
通常，待浓缩的溶液的预定液压头在所述孔上方形成，所述溶液通过管切头内的孔溢出以形成理想液膜。
在以下的描述和所附的权利要求书中，所述管切头也称为戒尺(ferule)。
在每根管内从待浓缩的溶液蒸发的蒸汽(或气体)沿各个管上升，以排放(或收集)到交换器外部，同时待浓缩的溶液从管底端出来，以收集和排放到所述交换器外部。
已经知道，为了提高所述类型的热交换器的效率，就一整系列的其它和众所周知的工作需要而言，降膜热交换器被广泛使用，其中在所述降膜热交换器中限定了至少两个不同区域，彼此分开，液压密封，并且设置有热交换器的唯一管束的相同垂直管穿过它，每个所述区域用于使相应的工作流体穿过。
就具有两个热交换区并使用两种不同的工作流体的热交换器而言，已知技术提供了具有垂直轴线的柱形机套(mantle)，在相对端由相应的壁或底部封闭；具有垂直管的降膜管束，其在具有管板的所述机套中轴向延伸；分别的上部管板和底部管板，以与所述底部适当隔开的关系气密地安装到所述机套。在上部管板和底部管板之间的第三管板沿圆周气密地安装到所述机套。所述管通常通过扩口(flaring)紧紧地啮合在所述管式极板中。
虽然上述现有技术具有某些优点，但是以上述示意性描述的方式构造的降膜热交换器具有公认的缺陷，其中关系最大的缺陷是确保每个交换器细分成的两个(或多个)不同区域之间的必要而理想的密封性的困难。除了焊接和扩口操作很多之外，这种困难首先是由于必须在客观上使用不便的条件下执行焊接和扩口操作。
具体而言，众所周知的是，交换器尺寸尤其是其高度越大，尤其是其高度越大，管束长度就越大，从而交换器的相对端(在此处进行操作：焊接和扩口)的“深度”或距离就越大，因此，确保所述热交换区之间的适当密封性的困难就越大。
缺乏密封性可导致交换器的总体产量大幅下降，从而装配有所述交换器的设备的总体产量大幅下降，从而采用所述设备的(in charge to)操作例如溶液浓缩的总产量大幅下降。
发明内容
本发明旨在提供一种降膜管束热交换器，其具有上述类型的垂直管，具有如此的结构和功能特征，使得实质上简化各个机套内管束的装配和设置操作，使所述操作与交换器高度、管长度无关(disengage)，以便确保在每种情形下交换器自身的不同的内部热交换区之间的密封性，从而克服现有技术所具有的所有缺陷。
根据本发明，通过一种具有垂直管的降膜管束热交换器解决了此问题，所述降膜管束热交换器包括具有垂直轴线的柱形机套，所述柱形机套通过各个底部(上底部和下底部)在相对端封闭，特征在于其包括：
具有垂直管的第一降膜管束，安装在所述机套中，具有沿圆周以液压密封的方式固定到机套本身的管板(分别为上管板和下管板)，其中这两个管板在它们之间限定了第一热交换区；
具有垂直管的至少一个第二管束，安装在所述机套中，具有沿圆周以液压密封的方式固定到机套本身的管板(分别为上管板和下管板)，其中这两个管板在它们之间限定了第二热交换区，所述上管板以与所述第一管束的下管板在轴向固定隔开的关系固定到所述机套；
容纳和分配区，包含在所述第一管束的下部管板与所述第二管束的上部管板之间，并且在所述容纳和分配区中所述第一和第二管束的各个上端和下端是敞开的；以及
多个戒尺，垂直轴线设置在所述容纳和分配区中，每个戒尺都有一端同轴啮合在所述第二管束的相应管中，而另一端是封闭的。
下面参看附图，根据对本发明的示范性实施例的描述，根据本发明的方法的优点和特征将变得更加明显，其中这些实施例用于说明而非限制性目的。
附图说明
图1示意性地示出根据本发明的降膜型管束热交换器；
图2和图3分别以放大视图示意性地示出图1的热交换器的细节。
具体实施方式
参看图1，所谓的降膜型热交换器1包括：机套2，具有垂直轴A-A，通过各个底部(上部3和下部4)在相对端封闭，上部3和下部4分别通过法兰3a、4a固定到相对端；第一降膜管束F1，具有垂直管5，在所述机套2中轴向延伸，并具有管板6、7(分别为上管板和下管板)，沿圆周液压密封地固定到机套2自身。管5具有敞开且关于各个管板6和7向外伸出的相对端5a和5b。
在所述机套2内以与所述第一管束F1成轴向排列和以与第一管束F1固定隔开的关系安装具有垂直管8的第二管束F2，其中所述第二管束F2具有沿圆周液压密封地固定到机套2自身的管板9、10(分别为上管板和下管板)。管8还具有敞开且从各个管板9和10伸出的相对端8a和8b。
由于所述管式极板6、7、9、10的存在，在热交换器1中以轴向顺序限定了五个区11、12、13、14、15；第一区11包含在第一管束F1的上端3和上管板6之间；第二区12包含在所述第一管束F1的管板6、7之间；第三区13包含在第一管束F1的下管板7和第二管束F2的上管板9之间；第四区14包含在第二管束F2的管板9、10之间；第五区15包含在第二管束F2的管板10和所述机套2的下底部4之间。
第一区11，也称为分配区，通过导管16与导管17与外部流体连通，其中所述导管16为了输入主流体(例如待浓缩的溶液)而设置，所述导管17为了输出在第一管束F1内可能释放的蒸汽而设置。在所述区11中第一管束F1的管5的上端5a是敞开的。
第二区12，即热交换区，以液压密封与所述区11隔开，同时其通过上部导管18和下部导管19与机套2外部流体连通。导管18用于热交换工作流体的输入。
第四区14，也称为热交换区，通过上部导管20和下部导管21与机套2的外部连通，所述导管20用于第二热交换工作流体的输入，所述导管21为了从热交换器1输出所述流体而设置。
所述热交换区12和14在轴A-A方向以液压密封的方式与第三区13相互隔开。
最后是第五区15，即收集区，形成一种用于收集浓缩溶液的槽，与所述区14以液压密封的方式隔开，同时通过用于输入所述溶液的导管22与交换器1的外部连通。在所述区15中第二管束F2的管8的下端8b是敞开的。
为了允许通过主流体形成接触第一管束F1的每个管5的内壁的降膜，避免在其某个部分上所述液体可能充满(即使仅部分填充)分配区11中管的中央“真空”区，其中分配区包含在本发明的热交换器的上底部3和第一管束F1之间，多个本身已知的戒尺23正在工作，每个管5具有一个戒尺23。
具体而言(图2)，每个戒尺23都具有朝所述分配区11敞开的自由端24b，在中间部分，以与下面的管板6的预定距离安装有一个或多个径向通孔，以便在分配区11中形成液压头(浓缩的溶液)。
在中间的容纳和分布区13，多个戒尺26是活动的(active)(图3)，每个戒尺26用于第二管束F2的每个管8的一个。距下面的管板9预定距离的所述戒尺26的径向孔25使得在区域13中形成预定的液压头。
例如，由于重力(“雨(rains)”)从悬垂的第一管束F1的管5供给所述区13中的已经部分浓缩的溶液(主流体)使得这种液压头大致保持不变。
为了防止它直接流入第二管束F2的管8充满中央部分，即为了确保落在所述管8内的理想液膜的规则形成，根据本发明的一方面，所述戒尺26上方封闭(图3)，同时它们在适于在第二管束F2的管中可能释放的烟气流输出的位置中另外装配有适当的径向隙缝27。
根据本发明的热交换器具有如此的结构和功能特征，以便实质上简化相应机套内管束的装配和设置操作，使得所述操作与交换器高度无关(disengage)，并具有确保在每种情况中交换器自身的不同内热交换区之间的密封性的优点。
还惊奇地指出，中间区13中液压头的形成确定了液体的有利再混合，以平均其浓度及其温度，其中所述中间区13用于已经部分浓缩的溶液的容纳和分配、或更一般地已经部分热处理过的主流体的容纳和分配。
因此想到的本发明易于进行进一步的改变和修改，而所有这些改变和修改都落在本发明的原理的范围内，同样，也落在由所附的权利要求书所限定的本发明自身的保护范围内。

Claims (2)

1.一种具有垂直管的降膜管束热交换器(1)，包括具有垂直轴线的柱形机套(2)，通过各个底部即上部(3)和下部(4)在相对端封闭，其包括：
具有垂直管(5)的第一降膜管束(F1)，安装在所述机套(2)中，并具有沿圆周液压密封地固定到所述机套(2)自身的管板即分别为上管板和下管板(6，7)，其中所述第一管束的上下管板(6，7)在它们之间限定了第一热交换区(12)；
具有垂直管(8)的至少一个第二管束(F2)，安装在所述机套(2)中，并具有沿圆周液压密封地固定到所述机套(2)自身的管板即分别为第二管束的上管板(9)和下管板(10)，其中所述第二管束的上下管板(9，10)在它们之间限定了第二热交换区(14)，所述第二管束的上管板(9)以与所述第一管束(F1)的下管板(7)在轴向固定隔开的关系固定到所述机套(2)上；以及
容纳和分配区(13)，包含在所述第一管束(F1)的下管板(7)与所述第二管束(F2)的上管板(9)之间，并且在所述容纳和分配区(13)中所述第一管束(F1)和第二管束(F2)的相应上端(5a，8a)和相应下端(5b，8b)是敞开的；
其特征在于，所述热交换器包括多个戒尺(26)，所述戒尺的垂直轴设置在所述容纳和中间分配区(13)中，且每个啮合的戒尺(26)用于所述第二管束(F2)的每个管(8)；
设置在所述容纳和分配区(13)中的所述多个戒尺(26)具有同轴啮合在所述第二管束(F2)的相应管(8)中的一端，而另一端上部是封闭的，所述戒尺(26)在适于使得烟气流输出的位置中装配有径向隙缝(27)。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于所述戒尺(26)在与下管板(9)的预定距离处具有径向孔(25)，以在所述中间分配区(13)中形成预定液压头。
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