CN102350061A

CN102350061A - 常温蒸发器设计方法

Info

Publication number: CN102350061A
Application number: CN2011101970393A
Authority: CN
Inventors: 江涛
Original assignee: 江双余
Priority date: 2011-07-14
Filing date: 2011-07-14
Publication date: 2012-02-15

Abstract

本发明公开了一种新型蒸发器的设计方法。该设计方法采用常温挥发现象作为蒸发器的设计基础，提出在有限的空间内密集设置蒸发面，形成超大蒸发面积，构成准立体蒸发场。解决了常温挥发方式蒸发量很小很难运用于工农业蒸发器设计的难题。运用该设计方法设计的常温蒸发器能在常温(30℃-60℃)下高效对液体进行蒸发浓缩，固液分离等作业。也能运用于空调制冷，海水淡化的蒸发段。

Description

常温蒸发器设计方法

一、技术领域

本发明属于机械设备制造领域，涉及蒸发蒸馏装置的设计方法，是一种新型常温高效蒸发器的设计方法。

二、背景技术

在现代工业范畴内，蒸发、浓缩、蒸馏是不可缺少的技术设备单元，在化工、医疗、食品等行业内广泛运用。目前工业生产上实际运用的蒸发装置有：1、浸没管式加热表面汽化法。2、立式装管蒸发器。3、闪蒸法。4、气压式强制循环法。5、旋转式刮板薄膜表面蒸发器。6、表面擦洗式。7、再热汽化法。8、非互溶性液体直接传热法。9、通过蒸汽水汽冷凝传热法等。分析以上所有方法其工作原理可分为3种：1、常温汽化法，该方式要求蒸发温度必须超过液体的汽化温度才能达到设计蒸发效率。2负压汽化法，该法运用真空泵把汽化仓内压力降为负压，使液体物料的汽化温度降低，从而提高蒸发效率，但要增加真空泵的能源消耗。3闪蒸法，该法把液体物料雾化后喷入高于物料汽化温度的容器中，让物料瞬间汽化。能耗相对便高。

依据以上现有蒸发器状况归纳如下。1现有蒸发器工作温度都处于中高温区。(70℃-1100℃)。所以必须使用煤、油、电等高品质能源，不利于节能减排。2设计思路局限于汽化蒸发方式，从未考虑使用在零度以下都能挥发的蒸发方式。

三、发明内容

1.要解决的问题

(1).解决用现有蒸发器必须使用煤、油、电等高品质能源才能运行的问题。

(2).解决用现有蒸发器必须高温才能运行的问题(70℃-1100℃)。

(3).解决用现有蒸发器热效率偏低的问题。

2.技术方案

常温蒸发器设计采用(1)蒸发组件。(2)正压仓、负压仓。(3)间隔浸没式、连续喷涂式给料装置。等设计单元组成一个完整的蒸发器。

(1).蒸发组件

蒸发组件是蒸发器的核心，它的效力、蒸发强度，直接影响蒸发器的性能。通常设计提高蒸发器蒸发量是采取提高温度、降低气压、增大蒸发面积三种方法。前两种属于高耗能方式，本法发明不采用。本发明利用常温挥发这一现象，设计蒸发器，挥发这一现象有在低常温下也能蒸发的特点，但同时也存在低温常温条件下蒸发量很低的问题。众所周知在一定温度，一定气压下，要提高蒸发量，只有增大蒸发面积这一方式。因此，本蒸发器采取如下设计措施解决增加单位空间蒸发面积，提高蒸发量的难题。

①蒸发面结构有多种如：a.多层平行薄膜结构。b.多层平行网结构。c.密集平行线束结构。d.交叉线结构。e.立体交叉网结构。f.高孔隙率发泡体结构。g.改性耐水纸板结构。

②蒸发器的蒸发面，采用比表面积很大的纤维针织品、纺织品、改性纸等做材料。

③在工艺条件允许的情况下，尽量减薄蒸发薄膜的厚度、减细蒸发线的直径，以求得在有限空间内最大限度的增加蒸发面积的结果。下面举具体说明。

a.多层平行薄膜结构

由压膜框、压膜板、紧固螺栓、薄膜组成。见图1。调整压模板的厚度可改变膜与膜之间的间隙。其调整范围在0.1mm-100mm之间。膜厚度从0.01mm-20mm之间可调。

b.多层平行网结构

由压网框、压网板、紧固螺栓、网组成。网孔结构有正方、长方、斜方、六方、米字格等形式。见图2。网孔由0.01mm-20mm之间可调。网线直径由0.01mm-20mm之间可调。网与网之间间隙0.1mm-100mm之间可调。

c.密集平行线束结构

由束线框、压线板、紧固螺栓纤维线组成。见图3。改变线、线头直径可改变挥发面积，以及线间间隙，线直经调整范围从0.05mm-50mm。线头直径从0.1mm-100mm之间可调。

d.交叉线结构

由两组压线框、压线板、紧固螺栓、纤维线组成。改变线径可改变空格尺寸。其范围从0.05mm-100mm之间可调。

e.立体交叉网结构

由立方网框、压网板、立体网构成。网线直径从0.05mm-50mm之间可调，网孔尺寸由0.1mm-20mm之间可调。

f.高孔隙率发泡体结构

由发泡体框、发泡体组成，发泡体孔径由0.05mm-50mm之间可调。

g.改性耐水纸板结构

由框、压纸板、紧固螺栓、耐水纸板组成。见图1。纸板厚度由0.01mm-20mm之间可调，其板截面形状有波纹、凹凸形等。

(2)正压仓、负压仓

由于本常温蒸发器设计方法，采用常温挥发工作模式，因此只能运用在有限空间内尽量增大蒸发面积的技术路线，设计密集蒸发载体的方式，来保证蒸发强度，造成了蒸发出来的蒸汽大量留存于膜与膜、网与网、线与线之间，很快达到饱和，造成蒸发量下降。因此必须迅速把蒸汽排出组件，才能让蒸发器连续运转。针对这一情况，设计方法采用正压仓、负压仓来确保气流均匀的从蒸发组件所有间隙通过，带走蒸汽，补充热量。从下面具体陈述。

①正压仓

由风机、仓壳、配气罩、疏流无纺布、疏流隔板组成，见图4、图5-1。配气罩为锥型，以锥心为中，布置若干孔，排列方式不做规定，疏流无纺布安装于疏流隔板上，组成疏流器。仓壳出风口与蒸发组件外壳紧密相连，不允许漏气，进气口与风机相连，当风机运行时，通过配气罩、疏流器，在正压仓与蒸发组件进风处造成一个微小的正压空间。可确保蒸发组件内部所有间隙内的压力一致，风速均匀。也可采用自然风、温差抽吸节能模式运行。在此模式下，风机不运行或少运行，配气罩、疏流组件将保证气流的均匀一致。

②负压仓

由风机、仓壳、配气罩、疏流纤维无纺布，疏流隔板构成。其所有部件与正压仓相同，不同点在于使用方法。负压仓的风机安装成反风向，把风从仓小口排出，见图5-2。运用时必需把出风小口的流量调至大于进风口疏流隔板面的流量。造成负压仓内的压力为负。这样可确保蒸发组件所有的间隙气流一致。也可采用自然风，温差抽吸设计，此状态下，配气罩、疏流隔板、疏流纤维无纺布能保证流速的均匀。

(3)间隔浸没式、连续喷淋式给料装置。

①间隔浸没式给料装置

该设计方式为：在蒸发组件正下方设置一个储液池见图5-3。蒸发组件安装于提升装置上。由电控系统控制其上下往复运动。给料时把整个蒸发组件浸入储液池中，淹没顶后提升，回到蒸发位置进行蒸发。水分蒸发完毕，传感器发出信号，提升装置把蒸发组件下降至储液池，自动浸涂往复作业。

②连续喷淋式给料装置

该设计方式为蒸发组件固定不动，由设置于组件上下或左右方的喷淋装置向组件喷涂给料作业。见图6.

3.有益效果

采用新设计方法设计的常温蒸发器与现有高温汽化技术相比，虽然采用低温挥发方式蒸发，单位蒸发面积的蒸发量很小，但常温蒸发器具有超大的蒸发面积，其总量的单位蒸发量并不低，而能利用工业余热，热空气，太阳能等。廉价绿色的低品位能源，为其提供能量。这是常温蒸发器最大的优势，其节能减排绿色环保的效果尤为显著。

四、附图说明

下面结合实例对本发明进一步说明。

附图1为多层平行薄膜结构，图中1压膜框，2压模板，3薄膜、网、改性纸等，4压模板，5压膜框，6紧固螺栓。

附图2为多层平行网结构，图中1正方，2长方，3米字格，4斜方，5六方。

附图3为平行线速结构，图中1紧固螺栓，2束线框，3压线板，4压线板，5线头，6线。

附图4为配气罩和疏流隔板，图中1配气罩，2疏流隔板。

附图5为装配示意图，图中1正压仓，2负压仓，3储液池，4仓壳，5风机，6升降装置，7蒸发组件，8疏流隔板。

附图6为喷淋装置，图中1给液泵，2喷淋装置，3储液池，4正压仓，5负压仓。

附图7云南黄金集团中心实验室废水蒸发处理系统流程图。图中1废水进，2缓冲池，3一级蒸发器，4至冷凝器，5饱和溶液调节池，6二级蒸发，7至冷凝器，8固体废料出。

五、具体实施方式

1.运用常温蒸发器设计方法，针对云南滇金集团中心实验室废水处理项目设计一台常温蒸发器。用以处理该废水。

(1).根据设计任务书提供的资料，该废水含10-15％的不同盐类物质，成分复杂。但无其他有害物质。每天废水量300kg，峰值500kg。

分析，该废水属于高浓度含盐废水。无其他有害物质且浓度偏高。无法采用生化处理方式处理，最佳处理方法就是蒸发方式。蒸发后水分可冷凝回用，也可直接排放。固体盐类可作填埋处理。如采用其他蒸发方式，运行能耗费用偏高，因此最佳方法就是采用常温蒸发器对其蒸发处理。

(2).设计相关数据

①蒸发试验，略

②试验结果，该水在22℃-35℃自然气温、相对湿度65％、风速每秒1.2米条件下，采用多层薄膜结构，每平方米蒸发面每天能蒸发5kg废水。

③运用常温蒸发器设计方法的各设计单元，根据设计任务书以及实验结果有如下设计：由两级蒸发器构成固液分离蒸发系统，第一级将废水蒸发浓缩至饱和状态。第二级将饱和溶液水分完整蒸发，得到固体盐。

一级蒸发器设计(已知)

每天每平方蒸发面蒸发5kg。

废水量每天500kg。

蒸发组件结构选型

蒸发组件结构，选用多层平行薄膜结构。

蒸发组件尺寸：1000mm*1000mm*1000mm

＝1³m

多层平行薄膜厚度，选0.5mm化纤棉混纺布。

多层平行薄膜层间间隙选10mm。

多层平行薄膜层数为100层。

计算5kg*100层＝500kg

设计任务书最大负荷每天500kg。计算结果500kg。即满足设计任务书要求。

一级蒸发器工作流程

1号泵把缓冲池的废水，泵进一级蒸发器储液池见图7-3，启动蒸发器，提升机构把蒸发组件浸入废液种吸饱液后回到蒸发位置，风机送入热风，开始蒸发，水分蒸发完后，薄膜上留下一层固体盐，传感器得到水分干燥信号后控制提升机构，把蒸发组件再次浸入储液池中，此时上次留存于薄膜上的固体盐将被溶解掉，蒸发组件回到蒸发位置蒸发。自动重复此过程，直至一级储液池废液达到饱和。在此过程中当一级蒸发器储液池的水位下降到某一位置时，1号泵将启动对一级蒸发器储液池补液，保证一级蒸发器储液池的水位不变，每天一级蒸发器蒸发掉500kg废液中的水，一级储液池中的液体浓度增加，当废液达到饱和后。固态盐不再溶解，此时就可以将饱和溶液泵入二级蒸发器进行固液分离。

二级蒸发器

蒸发组件结构选型

蒸发器组件结构选用多层平行薄膜结构。

蒸发器组件薄膜选用一次性改性纸板。

膜与膜之间间隙选30mm(预留存盐空间)。

膜厚0.1mm。

二级蒸发器工作流程

2号泵把饱和溶液泵进饱和溶液池，由3号泵将饱和溶液泵进二级蒸发器储液池，开启二级蒸发器开始蒸发，当水分蒸发完后，留下一薄层白色固体盐分，传感器得到信号把蒸发组件降入储液池，此时盐分不会被溶解，吸饱溶液后提升装置将蒸发组件升回蒸发位置，水分蒸发完后，重复这一过程，蒸发组件薄膜上的盐层逐渐加厚形成盐板，当层间间隙小于2mm时就可进行停机除盐工作。把蒸发组件整个滑出蒸发位置，卸下层状盐板，完成固液分离工艺。

Claims

1.一种设计新型常温蒸发器的方法，其核心是运用1.常温挥发现象。2.在单位空间内设置高密度蒸发面积。3.正压仓、负压仓。4.间隔浸涂式、喷涂式给料系统。等设计单元设计常温蒸发器。

2.根据权利要求书1所述的设计方法的设计单元。其特征在于运用常温挥发现象，设计蒸发器。

3.根据权利要求书1所述设计方法的设计单元。其特征在于采用在有限的空间内密集设置蒸发面，其结构有多种但不做规定，例如：多层平行薄膜结构、多层网结构、密集平行线束结构、交叉线结构、立体交叉网结构、高空隙率发泡结构、改性耐水纸板结构等构成蒸发器的蒸发组件，造成准立体蒸发场。

4.根据权利要求书1、2、3所述的设计方法的设计单元。其特征在于，设计蒸发器蒸发组件的蒸发面是用自身比表面积很大的纤维针纺织品做材料制造。在其他特殊工艺上也采用改性纸板、高分子塑料，金属材料等制造。

5.根据权利要求书1、2所述的蒸发组件。(1)多层平行薄膜结构的膜厚度由0.01mm-20mm之间可调。平行膜与膜之间的间隙从0.1mm-100mm之间可调。(2)多层平行网结构的网有正方、长方格、斜方格、六方格、米子格之分。网孔由0.1mm-20mm之间可调。网线直径由0.01mm-20mm。平行网与网之间的间隙从0.1mm-100mm之间可调。(3)密集平行线束机构，线直径从0.05mm-50mm之间可调，线头直径从0.1mm-100mm之间可调。(4)交叉线机构，线径从0.05mm-100mm之间可调。(5)立体交叉网结构。网线直径从0.05mm-50mm之间可调。网孔尺寸由0.1mm-20mm之间可调。(6)发泡体孔径由0.05mm-50mm之间可调(7)改性耐水纤维纸板厚度由0.01-20mm之间可调。

6.根据权利要求书1所述设计方法的设计单元正压仓其特征在于，由仓壳、风机、锥型配气罩、疏流纤维无纺布、疏流隔板构成。配气罩为锥型，可方可圆。以锥心为中布置数圈气孔，气孔直径靠近锥心孔小，外圈孔渐大。疏流板上布置若干小孔，纵横排列，疏流纤维无纺布安装于疏流隔板迎风面。

7.根据权利要求书1所述的设计方法的设计单元，负压仓其特征在于由仓壳、风机、锥型配气罩、疏流纤维无纺布，疏流隔板构成。其仓壳、风机、锥型配气罩、疏流纤维无纺布、疏流隔板与正压仓相同，不通电在于风机安装方向与正压仓相反。

8.根据权利要求书1所述的设计方法的设计单元的浸没式给料系统其特征在于蒸发组件正下方配有一个储液池，蒸发组件安装在升降装置上，由电控控制，进行浸涂给料作业。

9.根据权利要求书1所述设计单元的喷淋式给料系统其特征在于蒸发组件固定不动。由设置干蒸发组件上下或左右的喷淋装置向组件喷涂给料作业。