CN102417266A - 升膜式多效蒸馏水机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种升膜式多效蒸馏水机，属于蒸馏水设备领域，包括机架，机架上设有通过原料水管路依次连接的蒸发器，蒸发器上方设有冷凝装置，冷凝装置与蒸发器通过纯蒸汽管路与预热器相连，蒸发器的原料水入口与预热器相连，蒸发器内部被分为四段，从上到下依次为汽水分离段、回流消泡段、蒸发段以及储水室，蒸发段内设有纵向排列的蒸发管，蒸发器侧壁上开设有通孔。本发明中，蒸发器内的蒸发管内的水量完全相同，在热交换过程中，蒸发管内的蒸发量也相同，效率一致，布水结构是自下而上，实现各蒸发管的完全、均匀布水，本发明是利用升膜原理进行蒸馏水制备，保证布水均匀、汽水分离充分，制备效率高、质量好的医用蒸馏水。

Description

升膜式多效蒸馏水机

技术领域

本发明属于蒸馏水设备领域，涉及一种多效蒸馏水设备，尤其是一种升膜式多效蒸馏水机。

背景技术

目前国内自主或引进的多效蒸馏水机蒸发方式均为降膜式。降膜蒸发是料液以液膜的形式流经加热表面进行的一种表面蒸发。和普通的蒸发不同，降膜蒸发过程中，没有料液的剧烈沸腾。在降膜蒸发传热过程中，热流密度沿液膜厚度方向保持不变，热量从加热面经过液膜直到自由表面才以潜热的形式释放出来，蒸发一般只在液膜表面发生，是管内气液两相的强制对流传热。由于降膜式蒸馏水机采用了上部布水，原料水形成部分沿列管降膜流下，部分列管形成水柱流下，而部分列管缺水，导致各列管原料水分配不均，致使其蒸发效率相对较低，即使采用多级布水，也不能从根本上解决布水不均的问题，这是因为多效蒸馏水机蒸发器的水量是随一效蒸汽量而变化的，也就从根本上导致了它的进水量波动和布水不均。布水不均的情况下，也就出现了有的换热管中水量过大，水在管道中不是降膜状态，而水过水管，不能有效工作，有的换热管水量过少或无水处于半工作或不工作状态，这些都导致了降膜式多效蒸馏水机的工作效率低。

为了保证蒸馏水质量，提高蒸馏水机的蒸发效率，升膜式蒸馏水机成为了研究的热点。升膜式蒸馏就是进料水经加热沸腾后，产生二次蒸汽，进行分离。经检索，专利号为200410024083.4的专利公布了一种升膜布水式蒸发器，包括蒸发器体及与之匹配的列管，蒸发器体由上下两段组成，其中上段为汽水分离段，下段为蒸发段。该列管和蒸发段包括蒸汽上升和下降的部分，不属于严格意义上的升膜式蒸馏水机，该技术从真正意义上来说应为升降膜混合式蒸发，在同一个蒸发器中既有向上运动的水流，也有向下降的水流，这种设备将蒸发段中的蒸发管分成两部分，一部分为向上运行的水流的升膜部分，一部分为向下运行的降膜式蒸发部分，并且还有向上排汽的通汽管。该设备并没有完全脱离降膜技术，并且使设备更加复杂，设备加工难度大，分隔部位多，出现渗漏的可能性大大增加。并且在降膜段还是不能解决布水不均的问题。

申请号为200410024082.X的专利公开了一种双蒸馏式多效蒸馏水机，在同一蒸发器中设置升膜和降膜两种方式将原料水进行蒸发气化，升膜部分的列管内水膜上升，保证布水均匀，在升膜列管旁边设有降膜列管，这样蒸汽循环工作过程中，往往会影响蒸汽的蒸发质量，很难保证汽水充分分离。如果汽液分离不清，液膜和汽相之间的传质和传热机理都将发生较大的变化，将直接影响到蒸馏水的质量和蒸馏水机的节能热效率、产量等技术经济指标。所以，汽液分离是保证最终蒸馏水质量的关键技术。

现有的蒸馏水机种，每个蒸发器中需要单独配备一个预热器和冷凝器，在对蒸汽加热和冷凝过程中，会增加蒸汽消耗量，同时也增加耗能，而且也会使整体设备结构过大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种升膜式多效蒸馏水机，该设备是利用升膜原理进行蒸馏水制备，保证布水均匀、汽水充分分离，制备效率高、质量好的医用蒸馏水。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种升膜式多效蒸馏水机，包括机架，所述机架上设有通过原料水管路依次连接的蒸发器，所述蒸发器上方设有冷凝装置，所述冷凝装置与蒸发器通过纯蒸汽管路与预热器相连，所述蒸发器与预热器相连，其特征在于：所述蒸发器为升膜式蒸发器，所述升膜蒸发器的结构为其内部被分为四段，从上到下依次为汽水分离段、回流消泡段、蒸发段以及储水室，其中蒸发段内设有纵向排列的蒸发管，所述蒸发管把回流消泡段和储水室连通，所述回流消泡段的底部侧面设有浓水出口，所述浓水出口通过管道与下一效蒸发器的原料水入口连接，所述蒸发段的管壁上设有位于其上端的蒸汽进口和位于其下端的凝水出口，所述蒸汽出口与下一效的蒸汽进口连通。本发明中，蒸发器内的蒸发管内的水量完全相同，在热交换过程中，蒸发管内的蒸发量也相同，效率一致，布水结构是自上而下，实现各蒸发管的完全、均匀布水。

本发明串联若干个蒸发器，形成多效蒸发装置，与冷凝装置连接的为一效蒸发器，根据串联依次为二效蒸发器、三效蒸发器等等，多效蒸发装置可以对原料水充分蒸发，提高蒸发效率和蒸馏水质量。

优选的，所述汽水分离段为双层壁结构的圆柱形腔体，其内层壁为设有透水孔的板筒，汽水分离段的内层壁与外层壁之间形成一个环形空腔，所述汽水分离器的中心设有封闭的中心管，所述中心管与汽水分离段的内层壁之间设有螺旋室。本发明中利用分离螺旋实现蒸汽中的水雾分离，螺旋室可以是单头螺旋也可以是多头螺旋，通过围绕中心管旋转过程中，利用离心力，把汽水混合物中较重的液珠分离到汽水分离器的内层壁，由于内层壁上具有透水孔，液珠由孔透出并沿着环形内腔流下至消泡器，实现浓水回收，这个过程进一步实现汽水分离，纯净的蒸气从上口排出。

优选的，所述蒸发段的外壁设有隔热层。本发明中，隔热层可以为泡沫或隔热棉，由于蒸发器主体内部蒸汽温度较高，防止外界接触时烫伤。

优选的，所述预热器包括至少一个以上的热交换装置，相邻热交换装置之间通过管道串联。

优选的，所述热交换装置包括预热主体，所述预热主体为圆筒状壳体，预热主体两端分别固定有三通管，所述三通管的开口端设有端盖，端盖上设有连接管道用的端口法兰。

优选的，所述冷凝装置包括至少一个以上的冷却器，所述冷却器通过管道串联。

本发明中预热器和冷凝装置均可以通过管道串联一个以上，形成且连接安装方便，实现二次冷却和加热，在升膜方式制取蒸馏水过程中，增加热交换面积，提高冷却和加热效果，使蒸馏水产量有所增加，同时满足在生产医用蒸馏水过程中，对原料水温度的要求。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供了一种能够充分利用设备中蒸发器的余热给原料水预热，以此提高原料水进入蒸发器时的温度；同时还利用原料水加热时需要带着大量的热量，从而作为冷凝装置及预热器的冷却水，来给蒸馏凝水或汽降温加快蒸馏水的冷凝，采用升膜式自上而下的布水结构，能够实现对各列管的完全、均匀布水，以此大幅度提高了蒸馏水的收率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的结构示意图；

图2是蒸发器的内部结构示意图；

图3是汽水分离段结构示意图；

图4是蒸发器串联的结构示意图；

图5是预热器的结构示意图；

图6是冷凝装置的结构示意图；

其中：1、机架，2、蒸发器，3、注射水管路，4、原料水管路，5、纯蒸汽管路，6、预热器，7、浓水管路，8、冷凝装置，9、呼吸器接口，10、生蒸汽凝水管路，11、汽水分离段，11-1、连接法兰，11-2、外筒，11-3、板筒，11-4、螺旋室，11-5、中心管，12、回流消泡段，13、浓水出口，14、蒸发段，15、凝水出口，16、储水室，17、蒸汽进口。

具体实施方式

根据附图1可知，本发明具体涉及一种升膜式多效蒸馏水机，包括机架1，机架1上设有通过原料水管路4依次连接的蒸发器2，蒸发器2上方设有冷凝装置8，冷凝装置8与蒸发器2通过纯蒸汽管路5和注射水管路3与预热器6相连，蒸发器2的原料水入口与预热器6相连，所述蒸发器2为升膜式蒸发器，升膜蒸发器的结构为其内部被分为四段，从上到下依次为汽水分离段11、回流消泡段12、蒸发段14以及储水室16，其中蒸发段14内设有纵向排列的蒸发管，蒸发管把回流消泡段12和储水室16连通，回流消泡段12的底部侧面设有浓水出口13，浓水出口13通过管道与下一效蒸发器的原料水入口连接，蒸发段14的管壁上设有位于其上端的蒸汽进口17和位于其下端的凝水出口15，蒸汽出口15与下一效的蒸汽进口17连通。

根据附图2可知，蒸发器2侧壁上的通孔包括浓水出口13、凝水出口15、蒸汽进口17、进水口，浓水出口13与回流消泡段12连通，凝水出口15位于蒸发段14的下部且与蒸发段14连通，蒸汽进口17位于蒸发段14上部且与蒸发段14连通，进水口位于蒸发器2下端且与储水室16连通。其中，浓水出口13与凝水出口15分别通过生蒸汽凝水管路10和浓水管路7排除蒸发器2。

根据附图3可知，汽水分离段11采用螺旋分离技术，其主体为双层壁结构的圆柱形腔体，其内层壁为设有透水孔的板筒11-3，汽水分离段11的内层壁与外层壁之间形成一个环形空腔，汽水分离器11的中心设有封闭的中心管11-5，中心管11-5与汽水分离段11的内层壁之间设有螺旋室11-4。

本发明中储水室16是与预热器6连通，进入储水室16的为蒸汽的汽水混合物，其温度在120℃左右，汽水混合物上升进入蒸发段2，蒸发段2是通过高温蒸汽和原料水进行热交换，实现对汽水混合物进一步汽化，还可以在蒸发段2内部设置电阻丝，通过电加热对原料水加热，接着高温蒸汽进入回流消泡段12，回流消泡段12的顶部设有消泡器，消泡器可以是网状，也可以是孔板，也可以是栅状，同时层数也不限一层。消泡器的作用是由蒸发管热交换蒸发出来的汽水混合物中出现的消泡消除，由于水泡内包裹热蒸汽，通过消泡器把水泡割破，实现汽水分离，提高热蒸汽的质量。经过消泡器后的高温蒸汽内部还含有细小的水颗粒，最后进入汽水分离段11，采用螺旋分离技术，利用离心力把细小的水颗粒撒到侧壁上，流回回流消泡段12。

根据附图4可知，机架1上通过管道串联一个以上的蒸发器2，相邻蒸发器2的浓水出口13与进水口连接。

根据附图5可知，预热器6包括至少一个以上的热交换装置，相邻热交换装置之间通过管道串联，热交换装置包括预热主体，预热主体为圆筒状壳体，预热主体两端分别固定有三通管，三通管的开口端设有端盖，端盖上设有连接管道用的端口法兰。

根据附图6可知，冷凝装置8包括至少一个以上的冷却器，冷却器通过管道串联，冷却器上通过呼吸器接口9外接呼吸器，平衡冷却器内部压力避免产生泄露。

本发明在吸收原降膜式多效蒸馏水机原理的基础上，开发研究生产了升膜式多效蒸馏水机，工作原理如下：

升膜式多效蒸馏水机采用了升膜蒸发技术，原料水经过冷凝装置8和预热器6多级加热，到达一效蒸发器之前，达到120℃左右，从一效蒸发器底部进入二效蒸发器，在蒸发器2的蒸发管内再次吸收由锅炉供热的生蒸汽，原料水在蒸发管内蒸发，上升的汽水混合物在管内壁形成上升的水膜，每根换热管内的水位相同，使蒸发工作效率达到100%，大大提高了蒸发器的性能。

没有蒸发的水在蒸发上部的原料水出口汇集，进入下一效蒸发器，同时，以上效生成的纯蒸汽的热量来源，在下效的管程内同样可以进行升膜蒸发，并且纯蒸汽凝结成水，形成注射用的医用蒸馏水。

由于每一效蒸发器均采用升膜蒸发技术，使蒸发器内每根换热管都能充分工作，大大提高了蒸发工作效率。

升膜蒸发多效蒸馏水机，换热效率高同类产品10~20%，体积小于同类产品20%以上，并且结构简单，易于操作和保养维护。

本发明在多次试验结果证明，各项指标均优于国家JB 20030-2004《多效蒸馏水机》标准。

Claims (6)

1.一种升膜式多效蒸馏水机，包括机架（1），所述机架（1）上设有通过原料水管路（4）依次连接的蒸发器（2），所述蒸发器（2）上方设有冷凝装置（8），所述冷凝装置（8）与蒸发器（2）通过纯蒸汽管路（5）与预热器（6）相连，所述蒸发器（2）与预热器（6）相连，其特征在于：所述蒸发器（2）为升膜式蒸发器，所述升膜蒸发器的结构为其内部被分为四段，从上到下依次为汽水分离段（11）、回流消泡段（12）、蒸发段（14）以及储水室（16），其中蒸发段（14）内设有纵向排列的蒸发管，所述蒸发管把回流消泡段（12）和储水室（16）连通，所述回流消泡段（12）的底部侧面设有浓水出口（13），所述浓水出口（13）通过管道与下一效蒸发器的原料水入口连接，所述蒸发段（14）的管壁上设有位于其上端的蒸汽进口（17）和位于其下端的凝水出口（15），所述蒸汽出口（15）与下一效的蒸汽进口（17）连通。

2.根据权利要求１所述的一种升膜式蒸发器，其特征在于：所述汽水分离段（11）为双层壁结构的圆柱形腔体，其内层壁为设有透水孔的板筒（11-3），汽水分离段（11）的内层壁与外层壁之间形成一个环形空腔，所述汽水分离器（11）的中心设有封闭的中心管（11-5），所述中心管（11-5）与汽水分离段（11）的内层壁之间设有螺旋室（11-4）。

3.根据权利要求2所述的一种升膜式蒸发器，其特征在于：所述蒸发段（14）的外壁设有隔热层。

4.根据权利要求１所述的升膜式多效蒸馏水机，其特征在于：所述预热器（6）包括至少一个以上的热交换装置，相邻热交换装置之间通过管道串联。

5.根据权利要求4所述的升膜式多效蒸馏水机，其特征在于：所述热交换装置包括预热主体，所述预热主体为圆筒状壳体，预热主体两端分别固定有三通管，所述三通管的开口端设有端盖，端盖上设有连接管道用的端口法兰。

6.根据权利要求１—5所述的升膜式多效蒸馏水机，其特征在于：所述冷凝装置（8）包括至少一个以上的冷却器，所述冷却器通过管道串联。

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