CN104236350A - 一种立式蒸发器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种立式蒸发器，该蒸发器内的换热元件为枕式传热元件，该枕式传热元件包括多对换热板对形成的板对束，以及控制各换热板对间距的固定件，所述的换热板对是由两块金属板通过多点焊接形成可供换热流体流通的板程腔体的部件，各对换热板对之间及其与蒸发器壳体之间形成壳程腔体；待蒸发流体走板程腔体，热流体走壳程腔体，进行换热。与现有技术相比，本发明具有结构调整灵活、换热效率高、成本低、清洗方便等优点。

Description

一种立式蒸发器

技术领域

本发明涉及一种立式蒸发器，尤其是涉及一种新型高效立式蒸发器。

背景技术

蒸发过程一般冷、热流体均产生相变，且待蒸发溶液在过程中具有易有结晶析出、易结垢、产生泡沫、粘度变化大、有腐蚀性，沸点改变等特性，所以蒸发器形式的选择和设计过程需要谨慎考虑这些因素。

判断蒸发器性能好坏的一个重要因素就是单位体积内换热面积的大小，单位体积内的换热面积越大，蒸发器的处理量就越大，因此强化传热就作为强化蒸发器性能的一个很重要的手段。为了加强流体扰动，促进对流换热，蒸发器沸腾表面上的微小凹坑最容易产生汽化核心，因此，凹坑多，汽化核心多，换热就会得到强化。近几十年来的强化沸腾换热的研究主要是增加表面凹坑，目前有两种常用的手段：(1)用烧结、钎焊、火焰喷涂、电离沉积等物理与化学手段在换热表面上形成多孔结构，比如高通量管换热器。(2)机械加工方法。这些方法中，虽然能较大程度地强化换热，但是基于蒸发液的特殊性质，由于流道流通性较低，易发生结垢等现象且不易清洗；同时，使用烧结等方法制造的高通量管换热器，虽然换热效率较高，但是制作工艺的材料限制，价格昂贵；此外，一般的蒸发过程中，蒸发液的温度低于沸点温度，因此蒸发器包含预热段和蒸发段，理想的蒸发器应该尽量缩短预热段，同时兼顾传热和压降，然而传热和压降往往是一个矛盾体，这就需要设备结构具有灵活的可调性，能够在传热和压降中找到一个平衡点。现有形式蒸发器表面的特殊的设计都导致了流体压降大大升高，并且这些设备结构的灵活性较低，不能根据工况的变化而调整。

此外，重力加速g对自然对流换热有很大影响。努赛尔数Nu是表征对流换热强烈程度的准数，Nu越大表示对流换热越强，其表达式如下：

Nu＝f(Gr，Pr)

其中，所以Nu与重力加速度g成正比。

因此，换热加强。对于换热器形式，常规的列管式蒸发器均为卧式，这在形式上就降低了换热效率。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构调整灵活、换热效率高、成本低、清洗方便的立式蒸发器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种立式蒸发器，其特征在于，该蒸发器内的换热元件为枕式传热元件，该枕式传热元件包括多对换热板对组成的板对束，以及控制各换热板对间距的固定件，所述的换热板对是由两块金属板通过多点焊接形成可供换热流体流通的板程腔体的部件，各换热板对之间及其与蒸发器壳体之间形成壳程腔体；待蒸发流体走板程腔体，热流体走壳程腔体，进行换热。每个对换热板对由于点焊使得平面部分均匀凸起，内外侧均形成了触点，触点密度根据工况可调，对流体进行扰动。

所述的蒸发器还包括膨胀节和壳体，所述的多对换热板对组成的板对束安装在壳体内，所述的膨胀节设置在多对换热板对一端。

所述的换热板对上均匀设置了多个焊接触点形成枕式换热器。

所述的多个焊接触点交错设置，常用工况的触点密度为200～5000个/m²，触点间距一般为20～100mm，在一些特殊工况要求下也可以上下调整，在制造工艺上均可达到。

所述的固定件用来将板对之间的距离控制在根据工况要求所设计的特定的距离，将板对外边缘紧凑的固定住，并且没有深入板束内侧，不会对壳程流体形成折流或扰流影响。

换热板对束自身的两块金属板之间的间距和换热板对束之间的间距都是根据各种工况下流体流量、压降要求以及流体物性清洁程度等要求调节。

所述的蒸发器底部设有待蒸发液体入口，顶部设有工艺蒸汽出口，侧壁设有热侧气体入口、热侧气体及冷凝液出口；待蒸发液体由蒸发器底部的待蒸发液体入口进入蒸发器板程腔体，与从热侧气体入口进入壳程腔体的热流体进行热交换，蒸发后的工艺气体从顶部工艺蒸汽出口流出，热流体经换热后由热侧气体及冷凝液出口排出。

所述的膨胀节为波纹管膨胀节，是一种能自由伸缩的弹性补偿元件，能有效的起到补偿轴向变形的作用；当换热板对束和壳体由于温差和压力作用变形不一致时，能吸收变形能，自动调节壳体和换热板对束中的应力大小。

本发明蒸发器中，待蒸发液体物料由蒸发器底部轴向进入蒸发器板程腔体，由于换热板对束的板片间均匀密布的触点加强了液体的扰动，增大了换热效率；同时触点和凸起为液体蒸发提供了汽化核心，加快了汽化速率。热流体走壳程腔体，同样由于板对间触点的扰动，使液体达到湍流的状态，增加了换热效率。总的过程就是加强了两侧流体的湍动，增加换热效率。

本发明利用了板片灵活的结构形式，可以根据两侧流体的流量，通过调节板间距、触点密度、板对间距设计寻求最优结构参数以达到最佳的换热效果。根据两侧流体特性灵活选择壳程和板程通道，充分考虑换热(是否需要再沸)、压降以及便于清洗的要求。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、表面凹凸不平，增加了汽化核心；

触点和凹凸不平的表面为液体蒸发提供了汽化核心，微小凹坑越多，汽化核心越多，换热就越能得到强化。

二、板片结构参数可以灵活调节；

根据不同的工况要求，可以灵活调节板间距、板对间距和触点密度，达到不同程度的换热效果。根据两侧流体特性灵活选择壳程和板程通道，充分考虑换热(是否需要再沸)、压降以及便于清洗的要求。

三、换热效率高，节省设备占地面积；

由于板间有触点，能加大液体的扰动，使液体的流动形式呈湍流状态，大大强化了传热。同时对于有气态的流体，板对间的凹凸不平腔体能够强化气体的扰动，较大程度地增大了含气侧换热(气体传热效率一般较低)。越高的换热效率，意味着达到同样的换热效果所需的换热面积越小，这样不仅减小了设备的占地面积，同样减少了设备的安装、维护清洗等的难度。

四、较大程度降低气体压降；

由于整个结构较通透，并且可以根据流体流量和介质物性调整流体通道，能达到很低的压降。特别适用于气液流量相差较大的工况。

五、不易结垢，拆卸清洗方便；

由于触点存在，且流体流动形式为湍流，由此产生壁面剪切力较大，使换热器本身有了自清洁功能；此外，即使长时间使用后，有了一定程度的结垢，整个换热板束可以从壳体中拆卸出来进行清洗，壳程间距较大，清洗很方便。

附图说明

图1为本发明枕式换热元件的正面局部结构示意图；

图2为本发明枕式换热元件的侧面局部结构示意图；

图3为本发明高效板式立式蒸发器的整体结构示意图；

图1、2中标号所示：

a、板片表面，b、板间腔体，c、焊接触点；

图3中标号所示：

E1、待蒸发工艺液体入口，E2、工艺气体出口，E3、热侧气体入口，E4、热侧气体及冷凝液出口；

①换热板对束，②壳体，③、排污口，④、固定件，⑤、膨胀节。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1～3所示，一种立式蒸发器，蒸发器包括换热元件、膨胀节⑤和壳体②，该蒸发器内的换热元件为枕式传热元件，该枕式传热元件包括由多对换热板对组成的板对束①，以及控制各换热板对间距的固定件④，所述的多对换热板对安装在壳体②内，所述的膨胀节⑤为波纹管膨胀节，通常设置在换热板对束下端，它是一种能自由伸缩的弹性补偿元件，能有效的起到补偿轴向变形的作用。当换热板对束和壳体由于温差和压力作用变形不一致时，能吸收变形能，自动调节壳体和换热板对束中的应力大小。所述的换热板对是由两块金属板通过多点焊接形成可供换热流体流通的板程腔体b的部件，所述的换热板对上均匀设置了多个焊接触点c形成枕式换热器。所述的多个焊接触点交错设置，常用工况的触点密度为200～5000个/m²，触点间距一般为20～100mm，在一些特殊工况要求下也可以上下调整，在制造工艺上均可达到。在本实施例中触点密度为3000个/m²，触点间距一般为35～40mm。

每个换热板对由于点焊使得平面部分均匀凸起，板片表面a内外侧均形成了触点，触点密度根据工况可调，对流体进行扰动。换热板对束①与蒸发器壳体之间形成壳程腔体；所述的固定件用来将板对之间的距离控制在根据工况要求所设计的特定的距离，将板对外边缘紧凑的固定住，并且没有深入板束内侧，不会对壳程流体形成折流或扰流影响。

换热板对自身的两块金属板之间的间距和换热板对之间的间距都是根据各种工况下流体流量、压降要求以及流体物性清洁程度等要求调节。

所述的蒸发器底部设有待蒸发液体入口E1，顶部设有工艺气体出口E2，侧壁设有热侧气体入口E3、热侧气体及冷凝液出口E4；待蒸发液体由蒸发器底部的待蒸发工艺液体入口E1进入蒸发器板程腔体，与从热侧气体入口E3进入壳程腔体b的热流体进行逆流热交换，若蒸发液体进入换热器时低于沸点温度，则先进行预热，达到沸点温度后蒸发；若蒸发液进口即为沸点温度，则进入后即开始换热蒸发，蒸发的气体或气液混合物由工艺气体出口E2口排出，气液混合物出口再进入气液分离器进行分离；热侧气体(或包含部分冷凝液)经过换热后由热侧气体及冷凝液出口E4口排出。在一些特殊工况下，冷侧流体需要再沸，此种工况可以根据两侧流体性质改变流体在壳程和板程的通道选择。由于整个过程中，流体温度的差别，通常在入口温差较大的一侧装有膨胀节⑤消除附加热应力。这样就完成了整个蒸发换热过程。同时，壳体底部侧壁还设有排污口③。

待蒸发液体物料由蒸发器底部轴向进入蒸发器板程腔体(板程)，由于换热板对的板片间均匀密布的触点加强了液体的扰动，增大了换热效率；同时触点和凸起为液体蒸发提供了汽化核心，加快了汽化速率。热流体走壳程腔体(壳程)，同样由于板对间触点的扰动，使液体达到湍流的状态，增加了换热效率。总的过程就是加强了两侧流体的湍动，增加换热效率。

本发明利用了板片灵活的结构形式，可以根据两侧流体的流量，通过调节板间距、触点密度、板对间距设计寻求最优结构参数以达到最佳的换热效果。根据两侧流体特性灵活选择壳程和板程通道，充分考虑换热(是否需要再沸)、压降以及便于清洗的要求。

Claims (6)

1.一种立式蒸发器，其特征在于，该蒸发器内的换热元件为枕式传热元件，该枕式传热元件包括多对换热板对组成的板对束，以及控制各换热板对间距的固定件，所述的换热板对是由两块金属板通过多点焊接形成可供换热流体流通的板程腔体的部件，各换热板对之间及其与蒸发器壳体之间形成壳程腔体；待蒸发流体走板程腔体，热流体走壳程腔体，进行换热。

2.根据权利要求1所述的一种立式蒸发器，其特征在于，所述的蒸发器还包括膨胀节和壳体，所述的多对换热板对组成的板对束安装在壳体内，所述的膨胀节设置在多对换热板对一端。

3.根据权利要求1所述的一种立式蒸发器，其特征在于，所述的换热板对上均匀设置了多个焊接触点形成枕式换热器。

4.根据权利要求3所述的一种立式蒸发器，其特征在于，所述的多个焊接触点交错设置，触点密度为200～5000个/m²，触点间距一般为20～100mm。

5.根据权利要求2所述的一种立式蒸发器，其特征在于，所述的蒸发器底部设有待蒸发液体入口，顶部设有工艺蒸汽出口，侧壁设有热侧气体入口、热侧气体及冷凝液出口；待蒸发液体由蒸发器底部的待蒸发液体入口进入蒸发器板程腔体，与从热侧气体入口进入壳程腔体的热流体进行热交换，蒸发后的工艺气体从顶部工艺蒸汽出口流出，热流体经换热后由热侧气体及冷凝液出口排出。

6.根据权利要求1所述的一种立式蒸发器，其特征在于，所述的膨胀节为波纹管膨胀节，是一种能自由伸缩的弹性补偿元件，能有效的起到补偿轴向变形的作用；当换热板对束和壳体由于温差和压力作用变形不一致时，能吸收变形能，自动调节壳体和换热板对束中的应力大小。