CN106693419B - 竖管降膜蒸发器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及蒸发设备技术领域，公开了一种竖管降膜蒸发器，包括蒸发器外壳、上管板、下管板、液体分布器和多个换热管，多个所述换热管竖直排列在所述蒸发器外壳中，所述换热管的上端和下端分别通过所述上管板和下管板安装在所述蒸发器外壳中，所述液体分布器位于所述上管板的上方，其特征在于，所述蒸发器外壳的顶部设有进液管，其底部设有浓缩液出液管，所述蒸发器外壳的侧壁设有通入饱和蒸汽的蒸汽入口，其侧壁还设有蒸汽出口，所述换热管由多孔材料制成；或者所述换热管的管壁分布有多个小孔，所述管壁外包裹有多孔材料。本发明结构简单、不易结垢、易清洗，从而使降膜蒸发器换热效果好，换热效率高。

Description

竖管降膜蒸发器
技术领域
本发明涉及蒸发设备技术领域，特别是涉及一种竖管降膜蒸发器。
背景技术
通常竖管降膜蒸发器作为一种高效蒸发设备以其特有的优点逐渐被广泛应用于石油化工以及冶金、轻工、食品加工、医药、海水淡化、污水处理等领域。降膜蒸发器的主要结构与垂直安装的管壳式换热器相同，壳侧为加热流体，管内为蒸发液体。降膜蒸发器要蒸发的液体自管顶进入，呈膜状沿管壁向下流，在此过程中液体被蒸发提浓。壳侧是用蒸汽冷凝自上而下加热，降膜蒸发器的管侧和壳侧被换热管管壁等完全隔离，壳侧的热量通过换热管管壁传导到管侧来加热工艺流体。蒸发液体进入竖管降膜蒸发器后，被分配到一个或多个垂直换热圆管的内表面，为使液体均匀地分布到圆形管板上每根换热管中，并沿换热管内壁在重力和自蒸发的二次蒸汽的作用下形成均匀液膜自上而下流动。由于液体通常含有溶解的固体，各管子间液体分布的不均匀会导致给料不足的管子“干壁”和结垢现象，降膜蒸发器是膜状蒸发，其传热系数决定于换热管中气液体流速、结垢及液膜厚度等因素。
孙平等在“引入蒸汽对垂直管内降膜蒸发传热及流动的影响”(孙平等，化学工程，引入蒸汽对垂直管内降膜蒸发传热及流动的影响[J]，1993，21(5))一文中提出了向垂直管内引入饱和蒸汽的设想，并对该条件下降膜蒸发的传热及流动进行了研究。该方案是从换热管上端入口引入的饱和蒸汽，经分布器的平衡管进入蒸发器内。该蒸汽与管内蒸发产生的二次蒸汽一同经分离室分离。这样可提高其传热系数、增加液膜搅动、缩短液膜的停留时间、减轻结垢及溶液变质。但它只改变了换热管中气液体流速及液膜厚度等影响传热的因素，没有对换热管“干壁”而结垢现象产生有益效果。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种结构简单、不易结垢，易清洗的降膜蒸发器，从而使降膜蒸发器换热效果好，换热效率高。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种竖管降膜蒸发器，其包括蒸发器外壳、上管板、下管板、液体分布器和多个换热管，多个所述换热管竖直排列在所述蒸发器外壳中，所述换热管的上端和下端分别通过所述上管板和下管板安装在所述蒸发器外壳中，所述液体分布器位于所述上管板的上方，所述蒸发器外壳的顶部设有进液管，其底部设有浓缩液出液管，所述蒸发器外壳的侧壁设有通入饱和蒸汽的蒸汽入口，其侧壁还设有蒸汽出口，所述换热管由多孔材料制成。
其中，所述多孔材料的孔径为0.10μm-100μm，所述换热管管壁的厚度为0.1mm-20mm。
本发明还提供一种竖管降膜蒸发器，其包括蒸发器外壳、上管板、下管板、液体分布器和多个换热管，多个所述换热管竖直排列在所述蒸发器外壳中，所述换热管的上端和下端分别通过所述上管板和下管板安装在所述蒸发器外壳中，所述液体分布器位于所述上管板的上方，所述蒸发器外壳的顶部设有进液管，其底部设有浓缩液出液管，所述蒸发器外壳的侧壁设有通入饱和蒸汽的蒸汽入口，其侧壁还设有蒸汽出口，所述换热管的管壁分布有多个小孔，所述管壁外包裹有多孔材料。
其中，所述换热管为金属管。
其中，所述小孔的直径为0.3mm-10mm，所述换热管管壁的厚度为0.1mm-10mm。
其中，所述多孔材料的孔径为0.02μm-30μm。
其中，所述蒸汽入口位于蒸发器外壳的侧壁上方，所述蒸汽出口位于蒸发器外壳的侧壁下方。
其中，所述上管板和下管板均设有多个管孔，所述换热管的上端穿过上管板的管孔，其下端对应穿过下管板的管孔，并通过焊接、涨接或可拆卸连接与所述上管板和/或下管板连接，所述换热管的上端还设有导流装置。
其中，与所述蒸汽出口同侧的蒸发器外壳的侧壁还设有蒸汽冷凝液出口，所述蒸汽冷凝液出口位于下管板的上方。
其中，所述液体分布器与所述蒸发器外壳同轴设置。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的一种竖管降膜蒸发器，换热管采用多孔材料制成或者换热管由普通的金属管制成，在金属管的管壁设有若干小孔，在金属管外包裹多孔材料；由此降膜蒸发器的壳侧和管侧被换热管管壁相对隔离，在两侧的蒸汽压差作用下壳侧的一小部分蒸汽透过换热管管壁的微孔直接进入管侧，将壳侧的蒸汽引入到管侧中，引入的蒸汽将造成换热管内液膜湍动，传热系数随液体雷诺数的增大而增大，强化了传热；并且引入的小部分蒸汽处于饱和状态，由于管侧操作温度低于引入蒸汽的露点温度，蒸汽就会凝结在管壁的管侧表面，这样便保持了换热管内湿润，避免了管子“干壁”和结垢现象。
附图说明
图1为本发明一种竖管降膜蒸发器的整体结构示意图；
图2为图1中A的局部放大图。
图中：1：壳侧；2：小孔；3：换热管管壁；4：冷凝液；5：液膜；6：管侧；7：蒸汽入口；8：进液管；9：蒸汽冷凝液出口；10：蒸汽出口；11：浓缩液出液管；12：液体分布器；13：导流装置；14：上管板；15：换热管；16：下管板；17：引入蒸汽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上。
实施例一
如图1和图2所示，为本发明提供的一种竖管降膜蒸发器，该降膜蒸发器的主要结构与垂直安装的管壳式换热器相同，其中，换热管15内为管侧6，换热管15外为壳侧1，壳侧1为加热流体，管侧6为蒸发液体；其包括蒸发器外壳、上管板14、下管板16、液体分布器12和多个换热管15，多个所述换热管15竖直排列在所述蒸发器外壳中，所述换热管15的上端和下端分别通过所述上管板14和下管板16安装在所述蒸发器外壳中，所述液体分布器12位于所述上管板14的上方，用于为换热管15提供待蒸发的液体，所述蒸发器外壳的顶部设有进液管8，其底部设有浓缩液出液管11，所述蒸发器外壳的侧壁设有通入饱和蒸汽的蒸汽入口7，其侧壁还设有蒸汽出口10，所述降膜蒸发器要蒸发的液体自管顶进液管8进入，呈膜状沿换热管管壁3向下流，在此过程中液体被蒸发提浓；通过蒸汽入口7通入蒸汽对换热管15进行自上而下加热，降膜蒸发器的壳侧1和管侧6被换热管管壁3相对隔离，具体地，所述换热管15由多孔材料制成；一方面壳侧1的热量通过换热管管壁3传导到管侧6来加热管内的工艺流体，另一方面在壳侧1和管侧6两侧的蒸汽压差作用下壳侧1的一小部分蒸汽透过换热管管壁3直接进入管侧6，将壳侧1的蒸汽引入到管侧6中；在引入蒸汽17后，降膜蒸发器的传热系数显著提高，图中箭头所指方向为蒸汽的流动方向，这是由于引入蒸汽17会造成换热管15管内液膜5湍动，传热系数随液体雷诺数的增大而增大，强化了传热；并且引入的小部分蒸汽处于饱和状态，由于管侧6操作温度低于引入蒸汽17的露点温度，蒸汽便会液化成冷凝液4凝结在换热管管壁3的管侧6表面，由此保持换热管15内湿润，避免了换热管15管内的“干壁”和结垢现象。
所述多孔材料可以为陶瓷多孔材料、玻璃多孔材料等，可以根据实际需要具体选择，所述多孔材料的孔径可以为0.10μm-100μm，优选为0.50μm-60μm，所述换热管管壁3的厚度可以为0.1mm-20mm，优选为0.2mm-10mm。
为了实现蒸汽对换热管15进行自上而下加热，优选地，所述蒸汽入口7位于蒸发器外壳的侧壁上方，所述蒸汽出口10蒸发器外壳的侧壁下方。
其中，所述上管板14和下管板16均设有多个管孔，所述换热管15的上端穿过上管板14的管孔，其下端对应穿过下管板16的管孔，并通过焊接、涨接或可拆卸连接与所述上管板14和/或下管板16连接，所述换热管15的上端还设有导流装置13，所述导流装置13可以为导流管，用于引导蒸发液体进入换热管15。
其中，与所述蒸汽出口10同侧的蒸发器外壳的侧壁还设有蒸汽冷凝液出口9，所述蒸汽冷凝液出口9位于下管板16的上方，用于排出蒸汽冷凝后的液体。
其中，所述液体分布器12与所述蒸发器外壳同轴设置，用于向多个所述换热管15均匀喷洒液体。
实施例二
本实施例二与实施例一的区别在于，如图2所示，所述换热管15为普通的金属管，所述换热管15的管壁分布有多个小孔2，所述小孔2水平设置，所述管壁外包裹有多孔材料。
其中，所述小孔2的直径为0.3mm-10mm，优选为0.5mm-6mm，所述换热管管壁3的厚度为0.1mm-10mm，优选为0.2mm-6mm。
其中，所述多孔材料的孔径为0.02μm-30μm，优选为0.05μm-20μm。
由以上实施例可以看出，本发明结构简单、不易结垢、易清洗，换热效果好，换热效率高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种竖管降膜蒸发器，包括蒸发器外壳、上管板、下管板、液体分布器和多个换热管，多个所述换热管竖直排列在所述蒸发器外壳中，所述换热管的上端和下端分别通过所述上管板和下管板安装在所述蒸发器外壳中，所述液体分布器位于所述上管板的上方，其特征在于，所述蒸发器外壳的顶部设有进液管，其底部设有浓缩液出液管，所述蒸发器外壳的侧壁设有通入饱和蒸汽的蒸汽入口，其侧壁还设有蒸汽出口，所述换热管由多孔材料制成，所述换热管内为管侧，换热管外为壳侧，壳侧为加热用的饱和蒸汽，管侧为蒸发液体；壳侧的热量通过换热管管壁传导到管侧来加热管内的蒸发液体，在壳侧和管侧两侧的蒸汽压差作用下壳侧的一小部分饱和蒸汽透过换热管管壁进入管侧，将壳侧的饱和蒸汽引入到管侧中；管侧操作温度低于引入蒸汽的露点温度。
2.一种竖管降膜蒸发器，包括蒸发器外壳、上管板、下管板、液体分布器和多个换热管，多个所述换热管竖直排列在所述蒸发器外壳中，所述换热管的上端和下端分别通过所述上管板和下管板安装在所述蒸发器外壳中，所述液体分布器位于所述上管板的上方，其特征在于，所述蒸发器外壳的顶部设有进液管，其底部设有浓缩液出液管，所述蒸发器外壳的侧壁设有通入饱和蒸汽的蒸汽入口，其侧壁还设有蒸汽出口，所述换热管的管壁分布有多个小孔，所述管壁外包裹有多孔材料，所述换热管内为管侧，换热管外为壳侧，壳侧为加热用的饱和蒸汽，管侧为蒸发液体；壳侧的热量通过换热管管壁传导到管侧来加热管内的蒸发液体，在壳侧和管侧两侧的蒸汽压差作用下壳侧的一小部分饱和蒸汽透过换热管管壁进入管侧，将壳侧的饱和蒸汽引入到管侧中；管侧操作温度低于引入蒸汽的露点温度。
3.如权利要求2所述的竖管降膜蒸发器，其特征在于，所述换热管为金属管。
4.如权利要求3所述的竖管降膜蒸发器，其特征在于，所述小孔的直径为0.3mm-10mm，所述换热管管壁的厚度为0.1mm-10mm。
5.如权利要求4所述的竖管降膜蒸发器，其特征在于，所述多孔材料的孔径为0.02μm-30μm。
6.如权利要求1所述的竖管降膜蒸发器，其特征在于，所述多孔材料的孔径为0.10μm-100μm，所述换热管管壁的厚度为0.1mm-20mm。
7.如权利要求1或2所述的竖管降膜蒸发器，其特征在于，所述蒸汽入口位于蒸发器外壳的侧壁上方，所述蒸汽出口位于蒸发器外壳的侧壁下方。
8.如权利要求1或2所述的竖管降膜蒸发器，其特征在于，所述上管板和下管板均设有多个管孔，所述换热管的上端穿过上管板的管孔，其下端对应穿过下管板的管孔，并通过焊接、涨接或可拆卸连接与所述上管板和/或下管板连接，所述换热管的上端还设有导流装置。
9.如权利要求1或2所述的竖管降膜蒸发器，其特征在于，所述蒸发器外壳的侧壁还设有蒸汽冷凝液出口，所述蒸汽冷凝液出口位于下管板的上方。
10.如权利要求1或2所述的竖管降膜蒸发器，其特征在于，所述液体分布器与所述蒸发器外壳同轴设置。
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