CN102515296A - 一种升膜式蒸发装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种升膜式蒸发装置，属于蒸馏水设备领域，该升膜式蒸发装置包括蒸发器及其内部均匀分布的蒸发管，蒸发管的下方设有储水室，蒸发管上方设有消泡器，储水室和消泡器通过蒸发管连通，消泡器的侧壁底端设有浓水出口，消泡器的上方连接有汽水分离器。本发明实现汽水混合物中的水滴分离，生产洁净蒸汽，该结构在蒸发管中完全、均匀布水，蒸发效率和蒸汽质量提高，而且避免了产生渗漏的可能性。

Description

一种升膜式蒸发装置

技术领域

本发明属于蒸馏水设备领域，尤其是一种升膜式蒸发装置。

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，提交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汽化，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。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种布水均匀、工作稳定、蒸发效率和蒸汽质量高的升膜式蒸发装置。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种升膜式蒸发装置，其特征在于：包括蒸发器及其内部均匀分布的蒸发管，所述蒸发管的下方设有储水室，所述蒸发管上方设有消泡器，储水室和消泡器通过蒸发管连通，消泡器的侧壁底端设有浓水出口，所述消泡器的上方连接有汽水分离器，上述结构构成一效蒸发装置。

优选的，所述蒸发器的侧壁上设有蒸汽入口和凝水出口，所述凝水出口位于蒸发器的下部且与蒸发器内腔连通，蒸汽入口位于蒸发器上部且与蒸发器内腔连通，所述蒸发管穿过蒸发器内腔，储水室的下端设有进水口，所述进水口与储水室连通。

优选的，所述消泡器的顶部设有网状结构的海绵体。本发明中的消泡器可以是网状，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。

优选的，所述汽水分离器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，汽水分离器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器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，所述蒸发器的外壁设有隔热层。本发明中，隔热层可以为泡沫或隔热棉，由于蒸发器内部蒸汽温度较高，防止外界接触时烫伤。

优选的，本发明至少还设有二效蒸发装置，所述二效蒸发装置与一效蒸发装置相同，且一效蒸发装置上的浓水出口与二效蒸发装置的进水口连通，一效蒸发装置上的凝水出口与二效蒸发装置的蒸汽入口连通。本发明的蒸发器可以利用管道串联起来形成多效蒸发器，通过蒸发器上的浓水出口与下一效的进水口连接，蒸发器上的蒸汽入口和下一效的凝水出口连接，可实现蒸发器串联，多级布水均匀，蒸发效率高。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明由于采用升膜原理制取蒸馏水，通过在蒸发器内部的热交换，实现原料水汽化，并在消泡器和汽水分离器中实现汽水混合物中的水滴分离，生产洁净蒸汽，该结构在蒸发管中完全、均匀布水，蒸发效率和蒸汽质量提高，而且避免了产生渗漏的可能性。

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，图中a、汽水分离段，b、回流消泡段，c、蒸发段，d、储水段；

图2是汽水分离器的结构示意图；

其中：1、汽水分离器，1-1、连接法兰，1-2、外筒，1-3、板筒，1-4、螺旋室，1-5、中心管，2、消泡器，3、浓水，4、管板，5、蒸汽入口，6、浓水出口，7、蒸发管，8、隔热层，9、外壁，10、凝水，11、原料水，12、储水室，13、进水口，14、凝水出口。

具体实施方式

根据附图1可知，本发明一种升膜式蒸发装置，包括蒸发器及其内部均匀分布的蒸发管7，蒸发管7的下方设有储水室12，蒸发管7上方设有消泡器2，储水室12和消泡器2通过蒸发管7连通，消泡器2的侧壁底端设有浓水出口3，消泡器2的上方连接有汽水分离器1，蒸发器的侧壁上设有蒸汽入口5和凝水出口14，凝水出口14位于蒸发器的下部且与蒸发器内腔连通，蒸汽入口5位于蒸发器上部且与蒸发器内腔连通，蒸发管7穿过蒸发器内腔，储水室12的下端设有进水口13，进水口13与储水室12连通，消泡器2的顶部设有网状结构的海绵体。蒸发器的外壁9设有隔热层8。

根据附图2可知，汽水分离器1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1-3，汽水分离器1的内层壁与外层壁之间形成一个环形空腔，汽水分离器1的中心设有封闭的中心管1-5，中心管1-5与汽水分离器1的内层壁之间设有螺旋室1-4。

本发明的具体使用方法：原料水11由下部进水口13进入下部储水室12，原料水11在外部压力作用下进入蒸发管7上升到蒸发段c，由蒸汽入口5进入的工业蒸汽（一效）或上效产生的二次蒸汽作用下，产生气泡上升，同时外部原料水11在压力与气泡共同作用下，上升的原料水11在蒸发管7的内表面形成上升的水膜（也就是升膜），当汽水混合物到达管板4以上时，进入回流消泡段b,在消泡器2（消泡器根据不同情况可设一层或多层）作用下汽泡破裂，水形成浓水3，由浓水出口6排出，进入下效或最终排出。上升的蒸汽进入汽水分离段a，进行完全的汽水分离。分离的水由环形腔回流至回流消泡段b与浓水3汇合。纯净的蒸发由顶部出口排出，进入下效或冷凝器凝结成合格水。由蒸汽入口5进入的蒸汽在加热原料水11使其蒸发的同时，自身被冷凝成液态，形成凝水10，其中一效水为工业蒸汽凝成，二到末效凝水为蒸馏水，然后由凝水出口14排出。

从蒸发管7出来的含有大量汽泡的蒸汽，在消泡器2作用下，汽泡的表面张力被消泡器2破坏，汽泡迅速破裂，含有雾沫的蒸汽继续向上运动，到达除沫器，除沫器捕捉大部分的雾沫，这些雾沫及破裂的汽泡形成的水滴向下运动与未蒸发的水合在一起，仍携带一部分雾沫的蒸汽继续向上运动进入上部的汽雾分离部分。

汽雾进入螺旋室1-4后，在螺旋离心力的作用下，汽雾围绕中心管1-5作高速螺旋运动。高速运动的汽雾产生较强的离心力，使汽雾中的雾沫向外运动，与具有透水孔的板筒1-3相接触，被透板筒1-3捕捉形成的水膜，水膜在旋风的作用下，通过筒上的小孔到透水孔板筒外侧，从板筒1-3与外筒1-2的缝隙向下流，与除沫器捕捉的雾滴汇合。经过多圈旋转后，纯净的蒸气从上口排出，进入有连接法兰1-1连接的冷凝器中，进行冷凝制取医用蒸馏水。 

本发明各蒸发管7中内部水位一致，外部蒸汽压力相同也就是蒸发条件相同，因此各管的工作效率一致，没有管中水量过多或过少的情况，并且是标准的严格意义上的升膜蒸发技术。

Claims (6)

1.一种升膜式蒸发装置，其特征在于：包括蒸发器及其内部均匀分布的蒸发管（7），所述的蒸发器的下方设有储水室（12），所述蒸发器上方设有消泡器（2），储水室（12）和消泡器（2）通过蒸发管（7）连通，消泡器（2）的侧壁底端设有浓水出口（3），所述消泡器（2）的上方和汽水分离器（1）连通，上述结构构成一效蒸发装置。

2.根据权利要求１所述的一种升膜式蒸发装置，其特征在于：所述蒸发器的侧壁上设有蒸汽入口（5）和凝水出口（14），所述凝水出口（14）位于蒸发器的下部且与蒸发器内腔连通，蒸汽入口（5）位于蒸发器上部且与蒸发器内腔连通，所述蒸发管（7）穿过蒸发器内腔，储水室（12）的下端设有进水口（13），所述进水口（13）与储水室（12）连通。

3.根据权利要求１所述的一种升膜式蒸发装置，其特征在于：所述消泡器（2）的顶部设有网状结构的海绵体。

4.根据权利要求１所述的一种升膜式蒸发装置，其特征在于：所述汽水分离器（1）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（1-3），汽水分离器（1）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（1）的中心设有封闭的中心管（1-5），所述中心管（1-5）与汽水分离器（1）的内层壁之间设有螺旋室（1-4）。

5.根据权利要求1所述的一种升膜式蒸发装置，其特征在于：所述蒸发器的外壁（9）设有隔热层（8）。

6.根据权利要求１、2、3、4或5所述的一种升膜式蒸发装置，其特征在于：至少还设有二效蒸发装置，所述二效蒸发装置与一效蒸发装置相同，且一效蒸发装置上的浓水出口（3）与二效蒸发装置的进水口（13）连通，一效蒸发装置上的凝水出口（14）与二效蒸发装置的蒸汽入口（5）连通。

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