CN103994607A - 一种管壳立式防结垢降膜吸收装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管壳立式防结垢降膜吸收装置，包括外壳、降膜管、布液盘、弹性导流片、弹簧和接液盘，冷却水出口通过第一水管与降膜管的顶端连接，降膜管的底端通过第二水管与冷却水入口连接，布液盘上设有布液孔，降膜管穿过布液孔，弹性导流片固定连接在布液孔的下端；弹簧套在降膜管外侧，弹簧的顶端固定连接在弹性导流片上，弹簧的底端通过钢丝与接液盘的底面连接，接液盘中设有虹吸管。该管壳立式防结垢降膜吸收装置，该吸收装置利用虹吸原理，通过设置自动往复清洗弹簧，使得降膜管外弹簧自动往复运动，增强液膜扰动、均匀化液膜分布，并具备自动除垢功能，从而提高吸收装置的气体吸收率并延长使用时间。
Description
技术领域
本发明属于吸收式制冷技术领域，具体来说，涉及一种管壳立式防结垢降膜吸收装置。
背景技术
降膜吸收器在吸收式制冷、空调与化工等行业中有着重要的应用。在常见的管壳式立式降膜吸收器中，吸收溶液从顶部流入布液盘中，然后通过布液盘中布液孔形成液膜，并以液膜的喜形状沿着降膜管向下流动，同时吸收吸收器主体的气体。管内为冷却水，用于冷却液膜，使液膜温度下降，对应的饱和浓度增加，增大了当前浓度与饱和浓度的浓度差，使其具备更好的吸收潜力。
在吸收过程中，由于溶液膜表层吸收的气体和吸收所放出的热量要通过液膜表层传向溶液内部，因此在降膜的厚度方向上，形成了温度梯度和浓度梯度，液膜表层处的的温度和浓度比较高。根据惠特曼双膜理论和质扩散斐克定律可知，某组分质量的传递率=扩散率×传递的推动力，吸收过程中组分由气相迁移至液相的推动力是压力差Pa-Pa * ,其中Pa是被吸收气体的分压力，Pa * 是与吸收溶液温度、浓度相对应的溶液表面被吸收气体饱和分压力。随着吸收过程的进行，溶液温度升高，浓度上升，Pa * 也随之上升，吸收推动力减小，使得吸收过程受阻。
如果能使得液膜在流动过程中受到一定的扰动，使得液膜厚度方向上的浓度场与温度场均化，则可以有效降低液膜表面浓度与温度，在基本不增加设备投资的情况下，降低Pa * ，加大吸收推动力，从而提高吸收效果。
此外，液膜在流动过程中，由于降膜管外壁面的物理特性变化常出现液膜分布不均，甚至出现降膜干管、沟流或股流等现象，这样会减小液膜的有效吸收面积，导致吸收速率下降。而长时间使用降膜管外表面吸附的杂质、絮状物、沉积物等也会影响到液膜的分布、吸收效果以及与冷却水的传热效果。
发明内容
技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种管壳立式防结垢降膜吸收装置，该吸收装置利用虹吸原理，通过设置自动往复清洗弹簧，使得降膜管外弹簧自动往复运动，增强液膜扰动、均匀化液膜分布，并具备自动除垢功能，从而提高吸收装置的气体吸收率并延长使用时间。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种管壳立式防结垢降膜吸收装置，该吸收装置包括外壳，以及位于外壳中的降膜管、布液盘、弹性导流片、弹簧和接液盘，外壳的顶部设有稀溶液进口和冷却水出口，外壳的底部设有冷却水入口和浓溶液出口，外壳的中部壁面设有吸收气体入口，冷却水出口通过第一水管与降膜管的顶端连接，降膜管的底端通过第二水管与冷却水入口连接，布液盘位于外壳内腔上部，且布液盘上设有布液孔，降膜管穿过布液孔，弹性导流片固定连接在布液孔的下端，弹性导流片与降膜管之间形成液膜进口；弹簧的数量等于降膜管的数量；弹簧套在降膜管外侧，弹簧的顶端固定连接在弹性导流片上，弹簧的底端通过钢丝与接液盘的底面连接，接液盘中设有虹吸管。
进一步，所述的虹吸管为两个，两个虹吸管以接液盘的轴线为对称轴，对称布设在接液盘中。
进一步，所述的第一水管呈倒T形，所述的第二水管呈T形。
进一步，所述的管壳立式防结垢降膜吸收装置，还包括定位套筒，定位套筒的顶端固定连接在第二水管顶部底端，接液盘内圈位于定位套筒和第二水管之间。
进一步，所述的弹簧的丝线直径小于液膜的厚度，弹簧的内径等于降膜管外径，弹簧贴于降膜管外壁面。
进一步，所述的每根弹簧的劲度系数满足下式：
k=（Gm-Gk）/（nL）
其中，k为单根弹簧的劲度系数，Gm为液位达到虹吸管上方弯曲部位时，接液盘的总重量；Gk为液位处于虹吸管吸入口液位时，接液盘的总重量；n为降膜管的根数，L为虹吸管吸入口至上方弯曲部分的距离。
进一步，所述的每根弹簧的初始长度满足下式：
E=H-Gm/k
其中，E为弹簧的初始长度,H为降膜管的长度，k为单根弹簧的劲度系数，Gm为液位达到虹吸管中吸入管顶部液位时，接液盘的总重量。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明利用虹吸原理，通过设置自动往复清洗弹簧，使得液膜不停的受到扰动，使得液膜厚度方向上的浓度场与温度场均化，可以有效降低液膜表面浓度与温度，加大吸收推动力，从而能较大提高气液界面的传质系数，以及固液界面的传热系数。另外，弹簧本身对液膜的周向导流作用，使得液膜分布得以均匀化，有效预防了降膜干管、沟流或股流现象的发生。由于弹簧轻贴于降膜管外壁面上，弹簧在降膜管外的轻微剐蹭能有效的去除污垢和预防污垢的产生，特别是对于降膜管外的凝絮物、纤维杂质有很好的去除效果。同时，在对吸收器进行冲洗时，降膜管外的弹簧往复运动和剐蹭作用可以使清洗液在降膜管外反复冲刷，能更有效清洗降膜管。本发明的降膜吸收装置能自动增强液膜扰动、均匀化液膜分布，有效预防了降膜干管、沟流或股流现象的发生，并具备自动除垢功能，而且还有利于降膜吸收器的冲洗，从而提高吸收装置的气体吸收率并延长吸收装置使用时间。本发明中对弹簧劲度系数和长度的设置能使得弹簧在拉伸最长的时候，刚好布满整个降膜管。
附图说明
图1为本发明中接液盘处于初始接液时的结构示意图。
图2为本发明中接液盘处于初始接液时的接液盘与第二水管的位置示意图。
图3为本发明中接液盘处于最高液位时的结构示意图。
图4为本发明中接液盘处于最高液位的接液盘与第二水管的位置示意图。
图5为本发明中接液盘的主视剖面图。
图6为本发明中接液盘的俯视剖面图。
图中有：稀溶液进口1、第一水管2、外壳3、降膜管4、布液盘5、弹性导流片6、弹簧7、钢丝8、定位套筒9、接液盘10、虹吸管11、接液盘内圈12、第二水管13、浓溶液出口14、吸收气体入口15。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步详细的介绍。
如图1至图6所示，本发明的一种管壳立式防结垢降膜吸收装置包括外壳3，以及位于外壳3中的降膜管4、布液盘5、弹性导流片6、弹簧7和接液盘10。外壳3的顶部设有稀溶液进口1和冷却水出口，外壳3的底部设有冷却水入口和浓溶液出口14，外壳3的中部壁面设有吸收气体入口15。冷却水出口通过第一水管2与降膜管4的顶端连接，降膜管4的底端通过第二水管13与冷却水入口连接。布液盘5位于外壳3内腔上部，且布液盘5上设有布液孔。降膜管4穿过布液孔，弹性导流片6固定连接在布液孔的下端，弹性导流片6与降膜管4之间形成液膜进口。弹簧7的数量等于降膜管4的数量；弹簧7套在降膜管4外侧。弹簧7的顶端固定连接在弹性导流片6上，弹簧7的底端通过钢丝8与接液盘10的底面连接。接液盘10中设有虹吸管11。
进一步，所述的虹吸管11为两个，两个虹吸管11以接液盘10的轴线为对称轴，对称布设在接液盘10中。两个虹吸管11对称布设，可使得接液盘10在放液过程保持平衡。
进一步，所述的第一水管2呈倒T形，所述的第二水管13呈T形。因为降膜管4为多个，所以为了连接降膜管4， 第一水管2和第二水管13都设置呈T形，便于连接降膜管4。
进一步，所述的管壳立式防结垢降膜吸收装置，还包括定位套筒9，定位套筒9的顶端固定连接在第二水管顶13部底端，接液盘内圈12位于定位套筒9和第二水管13之间。接液盘内圈12为接液盘10的内腔壁面。设置定位套筒9，接液盘内圈12位于定位套筒9和第二水管13之间。定位套筒9固定连接于第二水管13顶部底端，与第二水管13之间形成环形空腔，环形空腔能容纳位于接液盘中心处的接液盘内圈12。这样，定位套筒9可以对接液盘10进行限位，使得接液盘10在工作过程中不会大幅度摇摆。
进一步，所述的弹簧7的丝线直径小于液膜的厚度，弹簧7的内径等于降膜管4外径，弹簧7贴于降膜管4外壁面。弹簧7贴于降膜管4外壁面，使得弹簧7可以对液膜产生影响。
进一步，所述的每根弹簧7的劲度系数满足下式：
k=（Gm-Gk）/（nL）
其中，k为单根弹簧7的劲度系数，Gm为液位达到虹吸管11上方弯曲部位时，接液盘10的总重量，Gk为液位处于虹吸管11吸入口液位时，接液盘10的总重量；n为降膜管4的根数，L为虹吸管11吸入口至上方弯曲部位的距离。
所述的每根弹簧7的初始长度满足下式：
E=H-Gm/k
其中，E为弹簧7的初始长度,H为降膜管4的长度，k为单根弹簧7的劲度系数，Gm为液位达到虹吸管11中吸入管顶部液位时，接液盘10的总重量。本发明中对弹簧劲度系数和长度的设置，能使得弹簧7在拉伸最长的时候能刚好布满整个降膜管4。使用环形的弹性导流片6作为布液孔可使得液膜具备自动调节功能，布膜更均匀。
本发明的管壳立式防结垢降膜吸收装置的工作原理和工作过程如下：
吸收溶液从壳体3顶部的稀溶液进口1流入布液盘5中，然后通过布液盘5中布液孔形成液膜，并以液膜的形状沿着降膜管4外壁向下流动，同时吸收从吸收气体入口15排入壳体3中的气体。吸收气体后，液膜流入接液盘10中，降膜管4内为冷却水。通过图1和图2可以看出，在接液初始时刻，接液盘10由于还未开始接液，接液盘10最轻，接液盘10处于最高位置，弹簧7也处于最小拉伸长度。随着降膜液不断向接液盘10中存积，接液盘10质量逐渐增加，弹簧7逐渐拉伸。当注进接液盘10的溶液的液位低于虹吸管11上端弯曲的部分时，因虹吸管11内有空气，不会发生虹吸现象。但是随着注液的持续，当注进接液盘10的液位高于虹吸管11上方弯曲部分时，接液盘10处于最高液位，接液盘10质量达到最大，弹簧7拉伸长度也达到最大。此时，虹吸管11发生虹吸现象。大气压强压着溶液流入虹吸管11。由于虹吸管11的出液口低于接液盘10里的液位，产生了压强差，溶液就顺着虹吸管11流了出来，直到液位下降到虹吸管11中弯管进液口之下。接着又开始第二次储液的过程。溶液储满了之后又发生虹吸现象，使得接液盘10中的溶液再次流掉。在循环过程中，接液盘10质量周期变化引起弹簧7不断的上下运动。特别是在发生虹吸现象时，接液盘10质量快速降低，弹簧7会较快的进行收缩。弹簧7的往复拉伸与收缩过程使得液膜不停的受到扰动，再加上弹簧7本身对液膜的周向导流作用，使得液膜分布得以均匀化，有效预防了降膜干管、沟流或股流现象的发生。另外，由于弹簧7轻贴于降膜管4外壁面上，弹簧7在降膜管4外的轻微剐蹭能有效的去除污垢和预防污垢的产生，特别是对于降膜管4外的凝絮物、纤维杂质有很好的去除效果。在对吸收装置进行冲洗时，降膜管4外的弹簧7往复运动和剐蹭作用可以使清洗液在降膜管外反复冲刷，能更有效清洗降膜管4。
Claims (7)
1.一种管壳立式防结垢降膜吸收装置，其特征在于，该吸收装置包括外壳（3），以及位于外壳（3）中的降膜管（4）、布液盘（5）、弹性导流片（6）、弹簧（7）和接液盘（10），
外壳（3）的顶部设有稀溶液进口（1）和冷却水出口（2），外壳（3）的底部设有冷却水入口和浓溶液出口（14），外壳（3）的中部壁面设有吸收气体入口（15），冷却水出口通过第一水管（2）与降膜管（4）的顶端连接，降膜管（4）的底端通过第二水管（13）与冷却水入口连接，布液盘（5）位于外壳（3）内腔上部，且布液盘（5）上设有布液孔，降膜管（4）穿过布液孔，弹性导流片（6）固定连接在布液孔的下端，弹性导流片（6）与降膜管（4）之间形成液膜进口；弹簧（7）的数量等于降膜管（4）的数量；弹簧（7）套在降膜管（4）外侧，弹簧（7）的顶端固定连接在弹性导流片（6）上，弹簧（7）的底端通过钢丝（8）与接液盘（10）的底面连接，接液盘（10）中设有虹吸管（11）。
2.按照权利要求1所述的管壳立式防结垢降膜吸收装置，其特征在于，所述的虹吸管（11）为两个，两个虹吸管（11）以接液盘（10）的轴线为对称轴，对称布设在接液盘（10）中。
3.按照权利要求1所述的管壳立式防结垢降膜吸收装置，其特征在于，所述的第一水管（2）呈倒T形，所述的第二水管（13）呈T形。
4.按照权利要求3所述的管壳立式防结垢降膜吸收装置，其特征在于，还包括定位套筒（9），定位套筒（9）的顶端固定连接在第二水管（13）顶部底端，接液盘内圈（12）位于定位套筒（9）和第二水管（13）之间。
5.按照权利要求1所述的管壳立式防结垢降膜吸收装置，其特征在于，所述的弹簧（7）
的丝线直径小于液膜的厚度，弹簧（7）的内径等于降膜管（4）外径，弹簧（7）贴于降膜管（4）外壁面。
6.按照权利要求1所述的管壳立式防结垢降膜吸收装置，其特征在于，所述的每根弹簧（7）的劲度系数满足下式：
k=（Gm-Gk）/（nL）
其中，k为单根弹簧（7）的劲度系数，Gm为液位达到虹吸管（11）上方弯曲部位时，接液盘（10）的总重量，Gk为液位处于虹吸管（11）吸入口液位时，接液盘（10）的总重量；n为降膜管（4）的根数，L为虹吸管(11)吸入口至上方弯曲部位的距离。
7.按照权利要求1所述的管壳立式防结垢降膜吸收装置，其特征在于，所述的每根弹簧（7）的初始长度满足下式：
E=H-Gm/k
其中，E为弹簧（7）的初始长度,H为降膜管（4）的长度，k为单根弹簧（7）的劲度系数，Gm为液位达到虹吸管（11）中吸入管顶部液位时，接液盘（10）的总重量。
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