CN102961883B - 降膜蒸发器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降膜蒸发器，换热器(1)由若干换热单元从前往后依次排列组成，换热单元的两层薄膜(1a)之间形成有波浪形的流体通道(1b)，在每个换热单元的下端设置有出水口(1c)，该出水口(1c)中装有集水器；在换热器(1)的顶部设置有布膜器，所述布膜器的左右两侧对称设置有布水器(3)，该布水器(3)上端的出液口与对应侧各导流通道(2a)的进水口(2b)相连通。本发明结构简单，主要组成部分均为组合件，便于维修和更换。换热器所需换热温差小，能够确保热交换的效果，并使得整个系统运行能耗大大降低；布膜器能保证在换热器表面形成稳定、均匀的液膜，对液层高度敏感度低，操作弹性大，压降小，不易堵塞，节能效果明显。

Description

降膜蒸发器

技术领域

本发明属于蒸发器技术领域，具体地说，特别涉及一种降膜蒸发器。

背景技术

蒸发工艺在现有石油、化工、食品以及废水处理行业应用非常广泛。目前各行业所用的蒸发器均为金属材质，根据处理物料的不同，所选用的金属材质也不同，其中碳钢、不锈钢、钛材为蒸发器最普遍采用的金属材料。

金属制蒸发器在设计、加工和运行过程中存在以下问题：

1)结构复杂，加工难度大；

2)金属材料用量大，投资成本高；

3)单位体积换热面积小，换热所需温差大，换热效果不理想；

4)易结垢、易腐蚀；

5)维修、维护成本高、难度大；

6)运行能耗高。

布膜器是降膜蒸发器的关键部件，它对降膜蒸发器的性能影响是至关重要的。现有的降膜蒸发器主要采用重力式布膜，主要包括：溢流型、插头型和多孔板型三种。溢流型对加工和安装精度要求很高；插头型流动阻力大、易堵塞，安装检修不便，只适用于清洁物料；多孔板型布膜效果差于前两者。因此，现有的降膜蒸发器容易出现布水不均匀，易出现干板等现象，不仅运行能耗高，而且占用蒸发器的空间大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种换热效果良好的降膜蒸发器。

本发明的技术方案如下：一种降膜蒸发器，包括换热器(1)，所述换热器(1)由若干换热单元从前往后依次排列组成，该换热单元由两层薄膜(1a)叠合而成，在两层薄膜(1a)之间形成有若干条波浪形的流体通道(1b)，该流体通道(1b)从薄膜(1a)的上端往下延伸，在每个换热单元的下端设置有出水口(1c)，该出水口(1c)中装有集水器；在所述换热器(1)的顶部设置有布膜器，该布膜器由若干布膜板(2)从前往后依次叠加而成，在每块布膜板(2)上沿横向对称设置有两个导流通道(2a)，该导流通道(2a)的一端为进水口(2b)，在导流通道(2a)的底部沿横向设有多个布水口(2c)，该布水口(2c)与所述导流通道(2a)相连通，并且两相邻布水口(2c)之间的距离基本相等；在所述布膜器的左右两侧对称设置有布水器(3)，该布水器(3)上端的出液口与对应侧各导流通道(2a)的进水口(2b)相连通。

采用以上技术方案，液体在循环泵的作用下进入布水器的内腔中，然后通过出液口均匀流入布膜器的各导流通道内，再由布水口均匀向下流出，即可在换热器各换热单元的表面形成稳定、均匀的液膜；同时，导流通道及布水口均不易发生堵塞，可靠性好。加热蒸汽从各换热单元的上端口进入流体通道内，并在膜内侧自上而下沿多个独立的流体通道运动，而处理液通过布膜器在膜外侧以液膜形式自上而下流动，这样完成换热蒸发过程，蒸汽在流体通道内产生冷凝，冷凝后的水蒸汽，即整个工艺的产物，再从流体通道的下端口以纯净的冷凝水的形式由集水器汇集，排向出水管。由于流体通道为波浪形，有效增加了蒸汽通道的长度，延长了热交换时间，从而达到了增强热交换的效果。在运行过程中，薄膜能够有效避免结垢现象的发生，使得结垢周期延长，将结垢对换热的影响降到最低，达到节能的效果。蒸发处理后的水由于换热温差小，排出的水质好，能够直接达到国家相关排放标准。

所述薄膜(1a)由高分子聚合物制成，一方面选材容易，成本低；另一方面，蒸汽在冷凝时释放出的潜热透过高分子聚合物表面，促使外部表面的处理液释放出更多的水蒸气，这样进一步提高了热交换的效果。同时，高分子聚合物材料能够有效抵御垃圾渗滤液的腐蚀性，使得产品寿命大大延长。

所述薄膜(1a)的厚度为0.01-0.06mm，这样既兼顾了强度的可靠性，防止薄膜发生损坏，又能够确保换热的效果良好。

为了方便加工制作，两层薄膜(1a)之间通过超声波焊接或者热熔固定在一起。

所述换热单元的下端为“V”形，出水口(1c)位于换热单元下端的中央位置，各流体通道(1b)的下端口向中间收拢，并靠近出水口(1c)。以上结构一方面能够节约材料，尽可能地降低成本；另一方面，各流体通道流出的冷凝水能够及时流向集水器，以避免冷凝水在薄膜上滞留。

在所述布膜板(2)的板面上沿其长度方形设置有凸片(2d)，该凸片(2d)底部的中间位置向下突出，形成凸缘(2e)，在凸缘(2e)的两侧对称设置有两组导水片(2f)，同组中的导水片(2f)沿布膜板(2)的长度方向分布，每组导水片(2f)与凸缘(2e)之间设置有封片(2g)，每组导水片(2f)与凸缘(2e)、布膜板(2)的板体及对应的封片(2g)之间形成导流通道(2a)，同组中两相邻导水片(2f)之间形成布水口(2c)。以上结构在一块布膜板上设置两个导流通道，可以从两端分别进水进行布膜，能够避免因导流通道过长而造成的布膜不均；同时，上述结构造型简单，加工难度低，布膜板易安装、维护，不仅能进一步保证在换热器表面形成稳定、均匀的液膜，而且对液层高度敏感度低，操作弹性大，压降小，不易堵塞，节能效果明显。

所述导流通道(2a)的顶壁为斜面，该斜面靠近凸缘(2e)的一端最低，这样导流通道从进水口往凸缘的方向逐渐减小，受斜面的引导，导流通道内各部分的液体流速基本相等，从而确保了单位时间内通过各布水口的液体量大致相当，布水的均匀性有保障。

所述布水口(2c)为倾斜的“儿”字形，各布水口(2c)的上端口均偏向所述凸缘(2e)。以上结构能够减缓水通过布水口向下流出的速度，以进一步确保布水更均匀。

为了简化结构，方便加工制作及安装，确保集水效果，所述集水器由两个形状大小相适应的集水块(4)组成，该集水块(4)为圆环形薄片结构，两个集水块(4)相扣合固定，在两个集水块(4)的上部之间形成有集水通道(4a)，该集水通道(4a)从集水块(4)的外圆延伸至内圆。

在两个集水块(4)上部的相对面上对称设置有凸筋(4b)，该凸筋(4b)在集水块(4)的径向上，圆周上相邻的凸筋(4b)之间形成集水通道(4a)，这样能够将各个方向的水蒸气汇集在一起，集水效果良好。

在每个集水块(4)的中心设有环形定位片(4c)，该定位片(4c)通过多个圆周上均匀分布的连接条(4d)与集水块(4)的内圆连为一体。定位片一方面能够增加集水块的结构强度，另一方面，定位片可供螺栓穿过，以方便多个集水器连接在一起。

所述布水器(3)的内腔为倒三角形，在布水器(3)的底部设有进液接头(3a)，该进液接头(3a)的内孔与布水器(3)的内腔相连通，在所述布水器(3)的内腔中设置有导水板(3b)，该导水板(3b)呈倒“八”字形分布；所述布水器(3)的上端通过弯折形成有水平段(3c)，该水平段(3c)的悬空端设置有长条形的出液口(3d)，且出液口(3d)与布水器(3)的内腔相连通。以上结构简单、紧凑，能够减小整个设备的体积以及占地面积，不仅有效降低了能耗，而且水流畅通，不易发生堵塞，布水效果良好。导水板起均匀分水的作用，使出液口各部分流出的水更均匀。

有益效果：本发明结构简单，主要组成部分均为组合件，便于维修和更换。换热器所需换热温差小，能够确保热交换的效果，并使得整个系统运行能耗大大降低。本发明所采用的新型布膜器能保证在换热器表面形成稳定、均匀的液膜，对液层高度敏感度低，操作弹性大，压降小，不易堵塞，节能效果明显。采用新型布膜器与传统结构之间的对比如下表：

	溢流型布膜器	插头型布膜器	孔板型布膜器	新型布膜器
					加工及安装精度要求	高	高	高	低
布膜效果	较好	较好	较差	好
					液体分布平均	较差	较差	较好	好
液层高度敏感性	高	高	较高	不影响
					操作弹性	较好	较差	较差	大
流动阻力	较大	大	较小	小
					防堵塞效果	易堵塞	较好	易堵塞	好
能耗	高	高	高	低
					占用空间	大	大	大	小

本发明利用高分子聚合物材料本身优良的耐腐蚀性，能够有效避免含盐、含重金属等物料的腐蚀，应用范围广泛，可以有效应用于高浓度含盐废水、含重金属废水、垃圾渗滤液处理及海水淡化处理等领域。

本发明与金属蒸发器之间的对比如下表：

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的侧视图。

图3为图1的俯视图。

图4为布膜板的结构示意图。

图5为换热单元的结构示意图。

图6为集水器的结构示意图。

图7为图6的侧视图。

图8为图7的A-A剖视图。

图9为集水块的结构示意图。

图10为布水器的结构示意图。

图11为图10的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1、图2、图3、图4所示，本发明具有换热器1，该换热器1由若干换热单元从前往后依次排列组成，换热单元的数目根据实际需要确定，两相邻换热单元之间固定连接在一起。所述换热单元由两层形状大小相适应的薄膜1a叠合而成，两层薄膜1a之间通过超声波焊接或者热熔或者其它类似的工艺固定在一起。所述薄膜1a由高分子聚合物制成，可以是改性高密度聚乙烯，也可以是其它具有等同特性的聚合物。薄膜1a的厚度为0.01-0.06mm，具体厚度根据实际需要确定。

如图4所示，换热单元的下端为“V”形，在换热单元下端的中央位置设置出水口1c，该出水口1c中装有集水器。在两层薄膜1a之间形成有若干条波浪形的流体通道1b，该流体通道1b从薄膜1a的上端往下延伸，各流体通道1b的上端口基本平齐，各流体通道1b的下端口向中间收拢，并靠近出水口1c。

如图6、图7、图8和图9所示，集水器由两个形状大小相适应的集水块4组成，该集水块4为圆环形薄片结构。在其中一个集水块4的表面分布有多个环形定位凸台4e，该定位凸台4e与对应的集水块4为一体结构；另一个集水块4的表面上一体形成有多个定位销，该定位销与定位凸台4e一一对应，所述定位销插入对应的定位凸台4e中，将两个集水块4扣合固定在一起。

如图6、图7、图8和图9所示，在两个集水块4上部的相对面上对称设置有凸筋4b，该凸筋4b与对应的集水块4为一体结构，且凸筋4b在集水块4的径向上，圆周上相邻的凸筋4b之间形成集水通道4a，各集水通道4a从集水块4的外圆延伸至内圆。在两个集水块4下部的相对面上对称设置有半圆形的加强筋4f，加强筋4f可以由多条，且加强筋4f与对应的集水块4为一体结构。在每个集水块4的中心设有环形定位片4c，该定位片4c通过多个圆周上均匀分布的连接条4d与集水块4的内圆连为一体。

如图1、图2、图3和图5所示，在换热器1的顶部设置有布膜器，该布膜器由若干布膜板2从前往后依次叠加而成，布膜板2的数目根据实际需要确定，且布膜板2固定连接在一起。所述布膜板2采用有机聚合材料制成，本实施例中，布膜板2优选为注塑成型。所述布膜板2为长度明显大于宽度的矩形，在布膜板2的同一板面上一体形成有凸片2d，该凸片2d为长条形，凸片2d沿布膜板2的长度方向布置。所述凸片2d底部的中间位置向下一体突出，形成凸缘2e，该凸缘2e近似为上大下小的等腰梯形。

如图5所示，在凸缘2e的两侧各设有一组导水片2f，两组导水片2f相对于凸缘2e对称，且导水片2f与布膜板2为一体。同组中导水片2f的数目有多个，具体数目根据实际需要确定。同组中的导水片2f沿布膜板2的长度方向分布，同组中各导水片2f的底部基本与凸缘2e的底部平齐。同组中两相邻导水片2f之间形成布水口2c，布水口2c沿横向布置，两相邻布水口2c之间的距离基本相等。所述布水口2c为倾斜的“儿”字形，各布水口2c的上端口均偏向所述凸缘2e。当然，作为等同的替换，布水口2c也可以根据需要设计成其它适合的形状。

如图5所示，每组导水片2f与凸缘2e之间设置有封片2g，封片2g与布膜板2为一体结构。每组导水片2f与凸缘2e、布膜板2的板体及对应的封片2g之间形成导流通道2a，导流通道2a沿横向走向，整个布膜板2上具有两个相对称的导流通道2a。所述导流通道2a远离凸缘2e的一端为进水口2b，导流通道2a的顶壁为凸片2d的底面，该顶壁为斜面，该斜面靠近凸缘2e的一端最低。每个导流通道2a的底部对应一组布水口2c，该布水口2c与所述导流通道2a相连通。

如图1、图2、图3、图10、图11所示，在布膜器的左右两侧对称设置有布水器3，该布水器3的内腔为倒三角形，布水器3的两条侧边相对称，且布水器3的厚度从下往上逐渐减小。在布水器3的底部一体形成有用于连接管路的进液接头3a，该进液接头3a的内孔与布水器3的内腔直接相通。所述布水器3的上端通过弯折形成有水平段3c，该水平段3c与布水器3的主体之间的夹角为钝角，该夹角优选为92-98°，夹角的具体大小根据实际需要确定，本实施例为95°。所述水平段3c的悬空端的端面沿横向开有长条矩形的出液口3d，出液口3d与布水器3的内腔相连通，并且该出液口3d与对应侧各导流通道2a的进水口2b相连通。在所述布水器3的内腔中设置有起均匀分水作用的导水板3b，该导水板3b呈倒“八”字形分布。

本发明的工作原理如下：

液体在循环泵的作用下通过进液接头3a进入布水器3的内腔中，然后通过出液口3d均匀流入布膜器的各导流通道2a内，在导流通道2a及布水口2c的引导下，再由布水口2c均匀向下流出，即可在换热器表面形成稳定、均匀的液膜。加热蒸汽从各换热单元的上端口进入流体通道1b内，并在膜内侧自上而下沿多个独立的流体通道1b运动，而处理液通过布膜器在膜外侧以液膜形式自上而下流动，这样完成换热蒸发过程，蒸汽在流体通道内产生冷凝，冷凝后的水蒸汽，即整个工艺的产物，再从流体通道的下端口以纯净的冷凝水的形式由集水器汇集，由集水通道4a引导流向出水管。

尽管以上结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但本发明不限于上述具体实施方式，上述具体实施方式仅仅是示意性的而不是限定性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以作出多种类似的表示，如改变换热单元的形状，或者改变换热单元的材质，或者改变流体通道的数目，或者改变导水片的形状，或者改变布水口的形状及数目，等等，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种降膜蒸发器，包括换热器(1)，其特征在于：所述换热器(1)由若干换热单元从前往后依次排列组成，该换热单元由两层薄膜(1a)叠合而成，两层薄膜(1a)之间通过超声波焊接或者热熔固定在一起，在两层薄膜(1a)之间形成有若干条波浪形的流体通道(1b)，该流体通道(1b)从薄膜(1a)的上端往下延伸，在每个换热单元的下端设置有出水口(1c)，该出水口(1c)中装有集水器；在所述换热器(1)的顶部设置有布膜器，该布膜器由若干布膜板(2)从前往后依次叠加而成，在布膜板(2)的同一板面上一体形成有凸片(2d)，该凸片(2d)为长条形，凸片(2d)沿布膜板(2)的长度方向布置，所述凸片(2d)底部的中间位置向下一体突出，形成凸缘(2e)，在凸缘(2e)的两侧各设有一组导水片(2f)，两组导水片(2f)相对于凸缘(2e)对称；同组中的导水片(2f)沿布膜板(2)的长度方向分布，且同组中两相邻导水片(2f)之间形成布水口(2c)，布水口(2c)沿横向布置，两相邻布水口(2c)之间的距离相等；每组导水片(2f)与凸缘(2e)之间设置有封片(2g)，封片(2g)与布膜板(2)为一体结构，每组导水片(2f)与凸缘(2e)、布膜板(2)的板体及对应的封片(2g)之间形成导流通道(2a)，导流通道(2a)沿横向走向，整个布膜板(2)上具有两个相对称的导流通道(2a)，所述导流通道(2a)远离凸缘(2e)的一端为进水口(2b)，每个导流通道(2a)的底部对应一组布水口(2c)，该布水口(2c)与所述导流通道(2a)相连通；在所述布膜器的左右两侧对称设置有布水器(3)，该布水器(3)上端的出液口与对应侧各导流通道(2a)的进水口(2b)相连通。

2.根据权利要求1所述的降膜蒸发器，其特征在于：所述薄膜(1a)由高分子聚合物制成，厚度为0.01-0.06mm。

3.根据权利要求1所述的降膜蒸发器，其特征在于：所述换热单元的下端为“V”形，出水口(1c)位于换热单元下端的中央位置，各流体通道(1b)的下端口向中间收拢，并靠近出水口(1c)。

4.根据权利要求1所述的降膜蒸发器，其特征在于：所述导流通道(2a)的顶壁为斜面，该斜面靠近凸缘(2e)的一端最低。

5.根据权利要求1所述的降膜蒸发器，其特征在于：所述布水口(2c)为倾斜的“儿”字形，各布水口(2c)的上端口均偏向所述凸缘(2e)。

6.根据权利要求1或5所述的降膜蒸发器，其特征在于：所述集水器由两个形状大小相适应的集水块(4)组成，该集水块(4)为圆环形薄片结构，两个集水块(4)相扣合固定，在两个集水块(4)的上部之间形成有集水通道(4a)，该集水通道(4a)从集水块(4)的外圆延伸至内圆。

7.根据权利要求6所述的降膜蒸发器，其特征在于：在两个集水块(4)上部的相对面上对称设置有凸筋(4b)，该凸筋(4b)在集水块(4)的径向上，圆周上相邻的凸筋(4b)之间形成集水通道(4a)；在每个集水块(4)的中心设有环形定位片(4c)，该定位片(4c)通过多个圆周上均匀分布的连接条(4d)与集水块(4)的内圆连为一体。

8.根据权利要求1所述的降膜蒸发器，其特征在于：所述布水器(3)的内腔为倒三角形，在布水器(3)的底部设有进液接头(3a)，该进液接头(3a)的内孔与布水器(3)的内腔相连通，在所述布水器(3)的内腔中设置有导水板(3b)，该导水板(3b)呈倒“八”字形分布；所述布水器(3)的上端通过弯折形成有水平段(3c)，该水平段(3c)的悬空端设置有长条形的出液口(3d)，且出液口(3d)与布水器(3)的内腔相连通。