CN106823424A - 降膜蒸发高效气液混合器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于气液混合技术领域，具体涉及一种降膜蒸发高效气液混合器。本发明采用降膜蒸发原理，待混合液体在外翅片换热管内壁成膜，待混合气体在管内流动催进成膜效果，气体在换热管内流通、液体气化后压降小，壳程为加热介质，液体蒸发为气体后和气体混合，换热效率高，液体气化效率高、气液混合均匀。本发明特别适应于气液混合气化、换热效率要求高、气体压降要求小的雾化气化加热场合，例如：反应、加热、再混合、扩散等场合。

Description

降膜蒸发高效气液混合器
技术领域
本发明属于气液混合设备技术领域，具体涉及一种降膜蒸发高效气液混合器。
背景技术
在反应、加热、再混合、扩散等场合，均有可能遇到液体加热气化并和气体混合的需求。
现有的气液混合设备普遍存在液体换热气化效率低、混合均匀度差、气体通过压降大等问题，而且混合流程较长，设备结构较复杂，不利于节省投资与减少维护成本。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种液体换热气化效率高、气体通过压降小、利于气液混合均匀的降膜蒸发高效气液混合器。
为实现上述技术目的，本发明采用以下的技术方案：
降膜蒸发高效气液混合器，包括筒体，所述筒体内分隔形成为进料室、主蒸发混合室和出料室；
所述筒体上设置有与所述主蒸发混合室相连通的加热气体进口，所述主蒸发混合室内设置有若干外翅片换热管，所述外翅片换热管内布置有再成膜器；
所述筒体上设置有与所述进料室相连通的待混合气体进口和待混合液体进口；所述进料室内位于所述待混合液体进口处设置有分液板，所述分液板上分布有分液孔；所述进料室内设置有与所述外翅片换热管相对应的降膜头，所述降膜头安装于所述外翅片换热管的管口处，所述降膜头上设置有进液口和进气口，待混合气体和待混合液体经所述降膜头进入所述外翅片换热管内；
所述筒体上设置有与所述出料室相连通的气液混合后气体出口，所述出料室通过所述外翅片换热管与所述进料室相连通，待混合液体在所述外翅片换热管内壁成膜、待混合气体在外翅片换热管内流动催进成膜效果，待混合液体受壳程加热介质作用在管程蒸发从而与待混合气体混合。
作为其中之一优选方案，所述外翅片换热管均采用U型结构，所述外翅片换热管的进料端位于所述进料室，所述外翅片换热管的出料端位于所述出料室。
作为另一可选方案，所述外翅片换热管包括平行布置的进料管和出料管，所述进料管和所述出料管的底端安装有浮头管板，所述浮头管板的下部设有浮动封头，所述浮动封头与所述浮头管板共同形成辅蒸发混合室，所述进料管和所述出料管通过所述辅蒸发混合室相连通，所述辅蒸发混合室内安装有蒸汽换热器。
作为优选，所述蒸汽换热器的换热管为蛇形缠绕管。
作为优选，所述降膜头上的进液口为双螺旋内切线进液口。
作为优选，所述外翅片换热管上的翅片呈倾斜设置。
作为优选，部分所述外翅片换热管的管程设置有双螺旋挠流带。
作为优选，所述分液板上的分液孔分上下两层，上层所述分液孔为梯形结构。
作为优选，所述进料室内设置有液位检测仪，所述出料室内设置有温度检测仪。
由于采用上述技术方案，本发明具有至少以下有益效果：
(1)采用降膜蒸发原理，待混合液体在外翅片换热管内壁成膜，待混合气体在管内流动催进成膜效果，气体在换热管内流通、液体气化后压降小，壳程为加热介质，液体蒸发为气体后和气体混合，换热效率高，液体气化效率高、气液混合均匀。本发明特别适应于气液混合气化、换热效率要求高、气体压降要求小的雾化气化加热场合，例如：反应、加热、再混合、扩散等场合。
(2)降膜头为双螺旋内切线进液方式，液体在换热管内成膜均匀，能够有效强化换热蒸发。
(3)外翅片换热管上的翅片呈倾斜设置，强化传热的同时有利于加热气体液化时的气液分离。
(4)部分外翅片换热管的管程设置有双螺旋挠流带，强化混合气的挠流，强化混合气和换热管的传热，并有气液雾化气化作用，可作为降膜蒸发的补充。
(5)液体通过分液板均匀分液，分液板进液孔分上下两层，上层为梯形结构可自动调节进液量；再成膜器的设置，其大气流孔将有利于气流通过，并能将没有雾化液体收集后再成膜。
(6)其中一个方案中，浮头管板有利于解决换热管加热后形变作用力，在浮动封头设置液位检测，方便判断液体是否降膜蒸发完全，在浮动封头设置蛇形缠绕管换热，可方便在加热气体不足时用蒸气补充加热。在另一方案中，换热管采用U型弯，并在内管底部设置压力或温度检测结构，结构简单实用。
(7)进料室内设置温度检测仪和液位检测仪，便于实现系统的自动控制，保证设备的安全可靠运行。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1是本发明实施例一的结构示意图；
图2是图1中A处的局部放大图；
图3是双螺旋挠流带的结构示意图；
图4是本发明实施例的局部结构示意图；
图5是降膜头的横剖面结构示意图；
图6是再成膜器的俯视结构示意图；
图7是分液板的俯视结构示意图；
图8是分液板的展开结构示意图；
图9是本发明实施例二的结构示意图。
图中：10-筒体；11-加热气体进口；12-待混合气体进口；13-待混合液体进口；14-气液混合后气体出口；15-蒸汽进口；16-冷凝水出口；17-人孔；18-冷却液出口；19-冷却气体出口；20-进料室；21-分液板；22-分液孔；23-降膜头；24-进液口；25-进气口；30-主蒸发混合室；31-外翅片换热管；32-再成膜器；33-双螺旋挠流带；40-出料室；50-温度检测仪；60-液位检测仪；70-辅蒸发混合室；71-浮头管板；72-浮动封头；73-蒸汽换热器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
实施例一
如图1至图8所示，降膜蒸发高效气液混合器，包括筒体10，所述筒体10内分隔形成为进料室20、主蒸发混合室30和出料室40；
所述筒体10上设置有与所述主蒸发混合室30相连通的加热气体进口11，筒体10底部设有换热后的冷却液出口18和冷却气体出口19，所述主蒸发混合室30内设置有若干外翅片换热管31，所述外翅片换热管31上的翅片呈倾斜设置，强化传热的同时有利于加热气体液化时的气液分离；所述外翅片换热管31内布置有再成膜器32，其大气流孔将有利于气流通过，并能将没有雾化液体收集后再成膜；部分所述外翅片换热管31的管程设置有双螺旋挠流带33(参考图3)，能够强化混合气的挠流，强化混合气和换热管的传热，并有气液雾化气化作用，可作为降膜蒸发的补充；
所述筒体10上设置有与所述进料室20相连通的待混合气体进口12和待混合液体进口13；所述进料室20内位于所述待混合液体进口12处设置有分液板21，所述分液板21上分布有分液孔22，参考图8，所述分液孔22分上下两层，上层所述分液孔22为梯形结构，可自动调节进液量；所述进料室20内设置有与所述外翅片换热管31相对应的降膜头23，所述降膜头23安装于所述外翅片换热管31的管口处，所述降膜头23上设置有进液口24和进气口25，待混合气体和待混合液体经所述降膜头23进入所述外翅片换热管31内；参考图4和图5，进液口24最好采用双螺旋内切线进液方式，利于液体在换热管内成膜均匀，能够有效强化换热蒸发；
所述筒体10上设置有与所述出料室40相连通的气液混合后气体出口14，所述出料室40通过所述外翅片换热管31与所述进料室20相连通，待混合液体在所述外翅片换热管31内壁成膜、待混合气体在外翅片换热管内流动催进成膜效果，待混合液体受壳程加热介质作用在管程蒸发从而与待混合气体混合。
本实施例中，所述外翅片换热管31均采用U型结构，其进料端位于所述进料室20，出料端位于所述出料室40，在内管底部设置压力或温度检测结构，判断液体是否降膜蒸发完全，结构简单实用。
为进一步实现系统的自动控制，可在混合器上部设置温度检测仪50和液位检测仪60，保证设备的安全可靠运行，保证液体完成气化后和气体混合均匀。
本发明的工作原理如下：
采用降膜蒸发的原理，待混合液体在换热管内壁成膜，待混合气体在管内流动催进成膜效果，气体、液体设置有流量控制，以控制气液所需的混合比例；降膜头的液位进行在线检测，以保证设备安全运行。液体进入后在分液板的分配下，降膜头进料高度保持一致，保证液体均匀进入每个降膜头。液体从降膜头双螺旋进液口沿换热管内圆切线进入，切线及螺旋线将液体均匀分布在管内壁，在液体和管内壁表面张力及重力的作用下，均匀成膜。
壳程为加热介质，有蒸汽或其他加热气体，气体进入壳程，换热管带有翅片，翅片加大了管外的换热面积，考虑到蒸汽或加热气体放热后液化，翅片和水平面有一定夹角，加热气体液化后有利于气液分离。
管内的液体通过换热管吸收了壳外加热介质的热量，蒸发为气体，蒸发后的气体和待混合气体在换热管内混合，气体的流动有利于膜的形成，在管内设置了再成膜器，保证了整条换热管降膜段内壁挂膜均匀，并对聚集液流再成膜，强化换热气化；再成膜器进行了优化设计，保障液体收集、分配、成膜，并对气体流通没有影响。
综上所述，本发明适应于气体和液体混合气化，能够保证气体和液体混合均匀，保证气相压降小。本发明换热效率高，液体气化效率高、混合均匀，液体在换热内壁蒸发，气体在管内混合流通，气化后压降小，因没有动元件，气化混合在换热管内完成，设备使用寿命长，维护量小。
实施例二
参考图9，本实施例与实施例一的结构原理基本相同，相同之处不再进行赘述，其唯一区别在于：
本实施例中，所述外翅片换热管并非采用U型结构，其包括平行布置的进料管和出料管，所述进料管和所述出料管的底端安装有浮头管板71，所述浮头管板71的下部设有浮动封头72，所述浮动封头72与所述浮头管板71共同形成辅蒸发混合室70，所述进料管和所述出料管通过所述辅蒸发混合室70相连通，所述辅蒸发混合室70内安装有蒸汽换热器73，所述蒸汽换热器73的换热管优选蛇形缠绕方式布置，筒体10下部相应设置有蒸汽进口15、冷凝水出口16以及人孔17。
本实施例中，浮头管板71有利于解决换热管加热后形变作用力，在浮动封头72内设置液位检测，可以方便判断液体是否降膜蒸发完全，通过设置蛇形缠绕管换热，可方便在加热气体不足时用蒸气进行补充辅助加热。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域内的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.降膜蒸发高效气液混合器，包括筒体(10)，所述筒体内分隔形成为进料室(20)、主蒸发混合室(30)和出料室(40)；其特征在于：
所述筒体(10)上设置有与所述主蒸发混合室(30)相连通的加热气体进口(11)，所述主蒸发混合室(30)内设置有若干外翅片换热管(31)，所述外翅片换热管内布置有再成膜器(32)；
所述筒体(10)上设置有与所述进料室(20)相连通的待混合气体进口(12)和待混合液体进口(13)；所述进料室(20)内位于所述待混合液体进口处设置有分液板(21)，所述分液板上分布有分液孔(22)；所述进料室(20)内设置有与所述外翅片换热管相对应的降膜头(23)，所述降膜头(23)安装于所述外翅片换热管的管口处，所述降膜头(23)上设置有进液口(24)和进气口(25)，待混合气体和待混合液体经所述降膜头(23)进入所述外翅片换热管(31)内；
所述筒体(10)上设置有与所述出料室(40)相连通的气液混合后气体出口(14)，所述出料室(40)通过所述外翅片换热管与所述进料室(20)相连通，待混合液体在所述外翅片换热管内壁成膜、待混合气体在外翅片换热管内流动催进成膜效果，待混合液体受壳程加热介质作用在管程蒸发从而与待混合气体混合。
2.如权利要求1所述的降膜蒸发高效气液混合器，其特征在于：所述外翅片换热管(31)均采用U型结构，所述外翅片换热管的进料端位于所述进料室，所述外翅片换热管的出料端位于所述出料室。
3.如权利要求1所述的降膜蒸发高效气液混合器，其特征在于：所述外翅片换热管(31)包括平行布置的进料管和出料管，所述进料管和所述出料管的底端安装有浮头管板(71)，所述浮头管板的下方设有浮动封头(72)，所述浮动封头与所述浮头管板共同形成辅蒸发混合室(70)，所述进料管和所述出料管通过所述辅蒸发混合室相连通，所述辅蒸发混合室内安装有蒸汽换热器(73)。
4.如权利要求3所述的降膜蒸发高效气液混合器，其特征在于：所述蒸汽换热器(73)的换热管为蛇形缠绕管。
5.如权利要求1所述的降膜蒸发高效气液混合器，其特征在于：所述降膜头(23)上的进液口为双螺旋内切线进液口。
6.如权利要求1所述的降膜蒸发高效气液混合器，其特征在于：所述外翅片换热管(31)上的翅片呈倾斜设置。
7.如权利要求1所述的降膜蒸发高效气液混合器，其特征在于：部分所述外翅片换热管(31)的管程设置有双螺旋挠流带(33)。
8.如权利要求1所述的降膜蒸发高效气液混合器，其特征在于：所述分液板(21)上的分液孔(22)分上下两层，上层所述分液孔为梯形结构。
9.如权利要求1至8任一项所述的降膜蒸发高效气液混合器，其特征在于：所述进料室(20)内设置有液位检测仪(60)，所述出料室(40)内设置有温度检测仪(50)。
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