CN104436719B - 一种电场强化管式降膜蒸发装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电场强化管式降膜蒸发装置及其方法，装置主要由高压电源、电极板、电极线、绝缘装置、液体分配器、不锈钢管、壳体和气液分离器组成。本发明中液体通过液体分配器进入不锈钢管内形成降膜，吸收壳侧蒸汽冷凝释放的热量后蒸发，同时电极线在管内形成的高压电场能够进一步强化蒸发过程，被蒸发的液体进入气液分离器进行气液分离，二次蒸汽和被浓缩的液体均可以进一步利用。本发明利用高压电场强化蒸发的效应，在降膜蒸发器内布置电极形成高压电场，可以提高蒸发器的传热系数，减小蒸发器的换热面积，节省管材，降低能耗。

Description

一种电场强化管式降膜蒸发装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种电场强化管式降膜蒸发装置及其方法，属于蒸发器的技术领域。

背景技术

蒸发就是用加热的方法，将含有不挥发性溶质的溶液加热至沸腾状况，使部分溶剂汽化并被移除，从而提高溶剂中溶质浓度的单元操作。工业生产中应用蒸发操作有以下几种场合：1．浓缩稀溶液直接制取产品或将浓溶液再处理（如冷却结晶）制取固体产品，例如电解烧碱液的浓缩，食糖水溶液的浓缩及各种果汁的浓缩等；2．同时浓缩溶液和回收溶剂，例如有机磷农药苯溶液的浓缩脱苯，中药生产中酒精浸出液的蒸发等；3．为了获得纯净的溶剂，例如海水淡化等。形式上主要有满液式蒸发器、干式蒸发器及降膜式蒸发器三种。降膜蒸发器是一种常用的蒸发设备，具有温差小、滞留时间短、工作寿命长、结构紧凑、效数不受限制等优点,己广泛地应用于冶金、食品加工、海水淡化、化工、轻工、医药、污水处理等行业。

随着世界经济的飞速发展,人类已面临着日益严重的全球气候变暖和能源枯竭的威胁。为了提高我国能源利用的效率,实现我国的可持续发展,国家提出“节能减排”政策,并大力实施。因此，如果将降膜蒸发器的传热系数进一步提高，将有效的节约蒸发过程所需要的能量，达到节能的目的。

日本学者浅川在1976年实验中发现电场能够强化水分蒸发并且基本不耗能，被称为浅川效应。理论分析认为，电场强化沸腾换热可以从两方面来解释：一方面就是介电电泳力对汽泡的作用；另一方面就是汽液界面上的电荷与换热面上电荷的拉伸作用。就促进蒸发的效果而言，直流电场优于交流电场，线电极优于板电极。由于电场强化传热所需的电能耗相对于传热量很小，基本可以忽略，能够有效的节能，因此具有很大的发展前景。

利用电场促进蒸发并且基本不耗能这一特点，将传统的管式降膜蒸发器内布置电极，形成一种电场强化降膜式蒸发装置，能够提高蒸发器的换热系数，减少蒸发器的换热面积，节省管材，降低能耗。

发明内容

本发明目的在于克服现有蒸发器传系数不高，体积过大的不足，将高压电场能够强化蒸发过程这一现象应用于传统的管式降膜蒸发器，提供一种传热系数高、体积小、能耗低的电场强化降膜式蒸发装置及其方法。

电场强化管式降膜蒸发装置包括上热绝缘基座、上电极板、电极线、布液器、蒸发器壳体、蒸汽进口、冷却水出口、不锈钢管、液体出口、下绝缘基座、下电极板、高压电源、绝缘子、紧固圈、导电杆、液体入口、两相出口、聚四氟乙烯螺旋壳体、绝缘底座、支撑杆、气液分离器、上管板、下管板、布液板、布液孔、接液板、销钉孔、绝缘支撑体；

蒸发器壳体从上到下顺次设有上绝缘基座、上电极板、布液器、上管板、不锈钢管、下管板、下绝缘基座、下电极板，上电极板和下电极板分别内嵌于上绝缘基座和下绝缘基座；

蒸发器壳体顶部设有绝缘底座，绝缘底座上端通过紧固圈与聚四氟乙烯螺旋壳体相连，聚四氟乙烯螺旋壳体上端设有绝缘子，高压电源通过绝缘子、导电杆与上电极板相连，上电极板通过多根电极线，穿过布液器、上管板、不锈钢管、下管板与下电极板相连；

蒸发器壳体上部侧壁设有液体入口，蒸发器壳体中部侧壁设有蒸汽进口、冷却水出口，蒸发器壳体下部侧壁设有两相出口、液体出口，两相出口与气液分离器相连；

布液器包括布液板、布液孔和接液板，接液板位于布液板的正上方，接液板的面积小于布液板，布液板上均匀设有若干布液孔，布液孔的位置与不锈钢管的位置交错布置，接液板和布液板上的电极线穿孔均内嵌有绝缘材料；

电极线通过绝缘支撑体固定在不锈钢管内。

所述的绝缘支撑体包括外绝缘圈、绝缘支撑杆和内绝缘圈，内绝缘圈通过绝缘支撑杆与外绝缘圈相连，绝缘支撑杆上设有漏液槽，内绝缘圈上设有漏液孔。

所述的高压电源为直流电源，电压最大值为30kV。

电场强化管式降膜蒸发方法为：液体经过液体入口、布液器布液后被均匀分配到不锈钢管之中，形成降膜流动，同时蒸汽经过蒸汽入口进入蒸发器壳程，蒸汽在不锈钢管外发生冷凝，释放出潜热，热量通过不锈钢管传递到管内的液体降膜上，在此过程中，高压电源通过上电极板和下电极板将高电压施加在电极线上，不锈钢管通过上管板和下管板接地,从而在电极线和不锈钢管之间形成高压电场，管内的液体降膜吸收蒸汽冷凝释放的潜热发生蒸发，电极线和不锈钢管之间的高压电场进一步促进了液膜的蒸发过程。蒸汽冷凝后变成冷却水，从冷却水出口排出蒸发器外。被蒸发的液体降膜沿着不锈钢管下落，经过两相出口进入到气液分离器中，在气液分离器中发生气液分离，二次蒸汽和浓缩液分别从气液分离器的上下出口离开，被进一步收集利用。部分浓缩液未进入气液分离器，而是直接落入蒸发器的下部空间，并从液体出口排出蒸发器。

所述的布液器布液的方法为：液体经过液体入口进入蒸发器，落到接液板上，接液板起缓冲作用，液体从接液板的外边缘落下到布液板上，经过布液板上的布液孔下落到上管板上，不锈钢管与上管板连接处设有导向截面，液体通过导向界面进入不锈钢管内形成降膜流动。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明利用电场强化蒸发这一效应，在传统的降膜蒸发器内设置了电极线，能够提高蒸发器的传热系数、减小蒸发器的体积、节省管材、降低能耗。

2、本发明供电装置和电极线、电极板等带电体均设置了绝缘装置，将其与蒸发器壳体隔离开来，保证了设备使用的安全。

3、本发明方便在原来的降膜蒸发器基础上直接改进，降低了生产改造成本。

附图说明

图1是电场强化管式降膜蒸发装置的结构示意图；

图2是本发明的布液装置局部放大图；

图3是本发明的布液装置俯视图；

图4是本发明的上电极板及上绝缘装置仰视图；

图5是本发明的电极线与不锈钢管相对位置图；

图6是本发明的绝缘支撑体局部放大俯视图。

具体实施方式

如图1、2、3、4、5、6所示，电场强化管式降膜蒸发装置包括上绝缘基座1、上电极板2、电极线3、布液器4、蒸发器壳体5、蒸汽进口6A、冷却水出口6B、不锈钢管7、液体出口8、下绝缘基座9、下电极板10、高压电源11、绝缘子12、紧固圈13、导电杆14、液体入口15A、两相出口15B、聚四氟乙烯螺旋壳体16、绝缘底座17、支撑杆18、气液分离器19、上管板20A、下管板20B、布液板21、布液孔22、接液板23、销钉孔24、绝缘支撑体25；

蒸发器壳体5从上到下顺次设有上绝缘基座1、上电极板2、布液器4、上管板20A、不锈钢管7、下管板20B、下绝缘基座9、下电极板10，上电极板2和下电极板10分别内嵌于上绝缘基座1和下绝缘基座9；

蒸发器壳体顶部设有绝缘底座17，绝缘底座上端通过紧固圈13与聚四氟乙烯螺旋壳体16相连，聚四氟乙烯螺旋壳体上端设有绝缘子12，高压电源11通过绝缘子、导电杆14与上电极板2相连，上电极板通过多根电极线3，穿过布液器4、上管板20A、不锈钢管7、下管板20B与下电极板10相连；

蒸发器壳体上部侧壁设有液体入口15A，蒸发器壳体中部侧壁设有蒸汽进口6A、冷却水出口6B，蒸发器壳体下部侧壁设有两相出口15B、液体出口8，两相出口与气液分离器19相连；

布液器4包括布液板21、布液孔22和接液板23，接液板23位于布液板21的正上方，接液板23的面积小于布液板21，布液板21上均匀设有若干布液孔22，布液孔22的位置与不锈钢管7的位置交错布置，接液板23和布液板21上的电极线穿孔均内嵌有绝缘材料；

电极线3通过绝缘支撑体25固定在不锈钢管7内。

所述的绝缘支撑体25包括外绝缘圈26、绝缘支撑杆28和内绝缘圈29，内绝缘圈通过绝缘支撑杆与外绝缘圈相连，绝缘支撑杆28上设有漏液槽27，内绝缘圈上设有漏液孔30。

所述的高压电源11为直流电源，电压最大值为30kV。

所述的电场强化管式降膜蒸发方法为：液体经过液体入口15A、布液器4布液后被均匀分配到不锈钢管7之中，形成降膜流动，同时蒸汽经过蒸汽入口6A进入蒸发器壳程，蒸汽在不锈钢管7外发生冷凝，释放出潜热，热量通过不锈钢管7传递到管内的液体降膜上，在此过程中，高压电源11通过上电极板2和下电极板10将高电压施加在电极线3上，不锈钢管7通过上管板20A和下管板20B接地,从而在电极线3和不锈钢管7之间形成高压电场，管内的液体降膜吸收蒸汽冷凝释放的潜热发生蒸发，电极线3和不锈钢管7之间的高压电场进一步促进了液膜的蒸发过程。蒸汽冷凝后变成冷却水，从冷却水出口6B排出蒸发器外。被蒸发的液体降膜沿着不锈钢管7下落，经过两相出口15B进入到气液分离器19中，在气液分离器19中发生气液分离，二次蒸汽和浓缩液分别从气液分离器19的上下出口离开，被进一步收集利用。部分浓缩液未进入气液分离器19，而是直接落入蒸发器的下部空间，并从液体出口8排出蒸发器。

所述的布液器4布液的方法为：液体经过液体入口15A进入蒸发器，落到接液板23上，接液板23起缓冲作用，液体从接液板23的外边缘落下到布液板21上，经过布液板上21的布液孔22下落到上管板20A上，不锈钢管7与上管板20A连接处设有导向截面，液体通过导向界面进入不锈钢管7内形成降膜流动。

以下结合具体实例对本发明进行阐述，但不会以任何方式限制本发明。

本实例中高压电源电压为15-20kv，不锈钢管内径为30mm，按具体实施方式里的装置和方法，取得效果为单位时间内的蒸发量是未施加电场的蒸发装置的2.5-3.2倍，电场能耗仅为传热量的0.1%左右。

Claims (5)

1.一种电场强化管式降膜蒸发装置，其特征在于包括上绝缘基座（1）、上电极板（2）、电极线（3）、布液器（4）、蒸发器壳体（5）、蒸汽进口（6A）、冷却水出口（6B）、不锈钢管（7）、液体出口（8）、下绝缘基座（9）、下电极板（10）、高压电源（11）、绝缘子（12）、紧固圈（13）、导电杆（14）、液体入口（15A）、两相出口（15B）、聚四氟乙烯螺旋壳体（16）、绝缘底座（17）、支撑杆（18）、气液分离器（19）、上管板（20A）、下管板（20B）、布液板（21）、布液孔（22）、接液板（23）、销钉孔（24）、绝缘支撑体（25）；

蒸发器壳体（5）从上到下顺次设有上绝缘基座（1）、上电极板（2）、布液器（4）、上管板（20A）、不锈钢管（7）、下管板（20B）、下绝缘基座（9）、下电极板（10），上电极板（2）和下电极板（10）分别内嵌于上绝缘基座（1）和下绝缘基座（9）；

蒸发器壳体顶部设有绝缘底座（17），绝缘底座上端通过紧固圈（13）与聚四氟乙烯螺旋壳体（16）相连，聚四氟乙烯螺旋壳体上端设有绝缘子（12），高压电源（11）通过绝缘子、导电杆（14）与上电极板（2）相连，上电极板通过多根电极线（3），穿过布液器（4）、上管板（20A）、不锈钢管（7）、下管板（20B）与下电极板（10）相连；

蒸发器壳体上部侧壁设有液体入口（15A），蒸发器壳体中部侧壁设有蒸汽进口（6A）、冷却水出口（6B），蒸发器壳体下部侧壁设有两相出口（15B）、液体出口（8），两相出口与气液分离器（19）相连；

布液器（4）包括布液板（21）、布液孔（22）和接液板（23），接液板（23）位于布液板（21）的正上方，接液板（23）的面积小于布液板（21），布液板（21）上均匀设有若干布液孔（22），布液孔（22）的位置与不锈钢管（7）的位置交错布置，接液板（23）和布液板（21）上的电极线穿孔均内嵌有绝缘材料；

电极线（3）通过绝缘支撑体（25）固定在不锈钢管（7）内。

2.根据权利要求1所述的一种电场强化管式降膜蒸发装置，其特征在于，所述的绝缘支撑体（25）包括外绝缘圈（26）、绝缘支撑杆（28）和内绝缘圈（29），内绝缘圈通过绝缘支撑杆与外绝缘圈相连，绝缘支撑杆（28）上设有漏液槽（27），内绝缘圈上设有漏液孔（30）。

3.根据权利要求1所述的一种电场强化管式降膜蒸发装置，其特征在于，所述的高压电源（11）为直流电源，电压最大值为30kV。

4.一种使用如权利要求1所述装置的电场强化管式降膜蒸发方法，其特征在于，液体经过液体入口（15A）、布液器（4）布液后被均匀分配到不锈钢管（7）之中，形成降膜流动，同时蒸汽经过蒸汽进口（6A）进入蒸发器壳程，蒸汽在不锈钢管（7）外发生冷凝，释放出潜热，热量通过不锈钢管（7）传递到管内的液体降膜上，在此过程中，高压电源（11）通过上电极板（2）和下电极板（10）将高电压施加在电极线（3）上，不锈钢管（7）通过上管板（20A）和下管板（20B）接地,从而在电极线（3）和不锈钢管（7）之间形成高压电场，管内的液体降膜吸收蒸汽冷凝释放的潜热发生蒸发，电极线（3）和不锈钢管（7）之间的高压电场进一步促进了液膜的蒸发过程，蒸汽冷凝后变成冷却水，从冷却水出口（6B）排出蒸发器外，被蒸发的液体降膜沿着不锈钢管（7）下落，经过两相出口（15B）进入到气液分离器（19）中，在气液分离器（19）中发生气液分离，二次蒸汽和浓缩液分别从气液分离器（19）的上下出口离开，被进一步收集利用，部分浓缩液未进入气液分离器（19），而是直接落入蒸发器的下部空间，并从液体出口（8）排出蒸发器。

5.如权利要求4所述的一种电场强化管式降膜蒸发方法，其特征在于，所述的布液器（4）布液的方法为：液体经过液体入口（15A）进入蒸发器，落到接液板（23）上，接液板（23）起缓冲作用，液体从接液板（23）的外边缘落下到布液板（21）上，经过布液板（21）上的布液孔（22）下落到上管板（20A）上，不锈钢管（7）与上管板（20A）连接处设有导向截面，液体通过导向界面进入不锈钢管（7）内形成降膜流动。