CN107405534B - 蒸发器及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种蒸发器、一种制造蒸发器的方法和使用蒸发器的蒸发方法。蒸发器采用多级作用段(effects)。本发明提供了设置在相应作用段中的外壳。每个外壳均由聚合物材料制成。该外壳用作热交换器。本发明提供了维持相邻作用段间的压差在预定范围内。基于聚合物材料的特性确定预定范围。表面和外壳连接，以维持外壳及其相应作用段间的压差在预定范围内。

Description

蒸发器及其方法

交叉引用

本申请要求享有2015年2月28日提交的印度临时申请号为665/MUM/2015的基本概念的优先权，但不一定是语言的优先权，并通过引用并入本说明书中。上述专利申请和内容作为其中的公开内容被制成本说明书的一部分，并被视为在本说明书中全部公开。

本发明一般涉及一种蒸发器，更具体地本发明涉及聚合物基的蒸发器及其方法。

技术领域

本发明一般涉及一种蒸发器，更具体地本发明涉及聚合物基的蒸发器及其方法。

背景

蒸发器被用在许多应用中，包括民用和工业应用。热交换器是重要的，也是蒸发器最重要的部分之一。热交换器在任何热能传递装置中占大量成本。热交换器使用辐射或导热或对流的方法或其组合来交换热量。常用的热交换器配置金属板，水蒸发器，油，散热器等，以实现导热、对流或辐射。

蒸发器具有许多应用，例如空调，冰箱等。一种这样的应用是脱盐。在脱盐过程中，从水中除去盐和其他污染物。在一个实例中，使用多效蒸发进行水的脱盐。在这种方法中，允许水连续流过多个阶段。通常，第一阶段由蒸汽加热。每个连续阶段都使用前一阶段释放的热来引起蒸发。多态闪蒸是脱盐的另一种方法。多态闪蒸采用强制循环系统。另一种方法是膜技术，其中反渗透用于蒸发。这些方法通常也用于废水处理和其他应用。在诸如脱盐等应用中配置热交换器带来诸多挑战，例如金属板锈蚀，功率消耗，设备成本，维护成本，排放等。

因此，希望提供一种充分地解决上述问题和其它问题的热交换器。

概要

因此，本发明的目的是提供一种克服上述和其它限制的蒸发器和蒸发方法。在一种可能性中，本发明提供了蒸发器和制造这种蒸发器的方法。

本发明提供一种蒸发器。该蒸发器包括容器，所述容器至少包括第一作用段(effect)和第二作用段。所述蒸发器还包括第一外壳，其中所述第一外壳由聚合物材料制成，所述第一外壳设置在所述第一作用段中，所述第一外壳具有用于(或被配置为)接收蒸气的第一接收器。所述蒸发器还包括第二外壳，其中所述第二外壳由聚合物材料制成，所述第二外壳设置在第二作用段中，其中所述第二外壳设有第二接收器，所述第二接收器用于从第一作用段接收蒸气，其中每个所述第一外壳和所述第二外壳是密封外壳。所述蒸发器还包括连接(或耦合)第一作用段和第二作用段的气压耦合器，其中，所述气压耦合器被布置成在预定范围内调节第一作用段和第二作用段之间的压力，并且其中所述第一作用段用于接收进料以及第二作用段用于从第一作用段接收浓缩进料。根据一个实施例，基于聚合物材料的物理特性来确定预定范围。根据另一个实施例，第二作用段用于从基于预定范围的第一作用段接收浓缩进料。根据另一个实施例，第一外壳具有第一外表面，第二外壳具有第二外表面。根据另一个实施例，第一作用段设有第一再循环泵，其用于在第一外表面上循环进料，并且第二作用段设有第二再循环泵，其用于在第二外表面上循环浓缩进料。根据另一实施例，第一接收器连接到热蒸气再压缩机(TVR)以接收蒸气，并且TVR接收来自动力蒸汽的蒸气和来自第二作用段的至少第一部分蒸气蒸气。根据另一个实施例，蒸发器设置有冷凝器和馏出物罐，其中冷凝器连接到第二作用段以接收来自第二作用段的至少第二部分蒸气，所述冷凝器用于将蒸气冷凝为馏出物，并且所述馏出物罐用于从冷凝器接收馏出物。根据另一实施例，冷凝器连接到第一作用段以从第一作用段接收至少第三部分蒸气。根据另一个实施例，所述馏出物罐用于从第一外壳和第二外壳接收馏出物。根据另一实施例，第一馏出物收集罐设有第一外壳，以及第二馏出物收集罐设有第二外壳，并且所述第一馏出物收集罐和第二馏出物收集罐用于接收馏出物并向所述馏出物罐提供馏出物。根据另一个实施例，所述馏出物罐与馏出物预加热器连接，所述馏出物预热器用于接收进料，加热进料，并将加热的进料提供给第一作用段。根据另一个实施例，所述馏出物罐和馏出物预热器通过馏出物泵连接，所述馏出物泵用于从所述馏出物罐中提取馏出物，所述馏出预热器通过进料和馏出物之间的热交换来加热进料。根据另一个实施例，所述第二作用段与浓缩预热器相连，所述浓缩预热器用于接收进料并加热进料以及向第一作用段提供已加热的进料。根据另一个实施例，所述第二作用段和浓缩预热器通过浓缩泵连接，所述浓缩泵用于从所述第二作用段提取浓缩进料，所述浓缩预热器通过进料和浓缩进料间的热交换加热进料。根据另一实施例，所述冷凝器设置有真空泵，该真空泵用于从所述冷凝器中提取不可冷凝的蒸气。

根据另一方面，本发明提供了一种制造蒸发器的方法，包括：分隔容器以提供第一作用段和第二作用段，将第一外壳设置在第一作用段中，将第二外壳设置在第二作用段中，其中第一外壳和第二外壳由聚合物材料制成，并且所述第一外壳和第二外壳是密封外壳，设置第一外壳以通过第一接收器接收蒸气，以及设置第二外壳以通过第二接收器接收来自第一作用段的蒸气，以气压地耦合第一作用段和第二作用段，以在预定范围内调整第一作用段和第二作用段之间的压力，并且配置第一作用段以接收进料，以及配置第二作用段用于从第一作用段接收浓缩(加工)进料。

根据一个实施例，该方法包括确定基于聚合物材料的物理特性的预定范围。根据第二实施例，该方法包括配置320第二作用段以接收基于预定范围来自第一作用段的浓缩进料。根据第三实施例，该方法包括配置第一外壳的第一外表面，以使进料在第一外表面上循环，以及配置第二外壳的第二外表面，以使浓缩进料在第二外表面上循环。根据第四实施例，该方法包括配置第一外壳以通过热蒸气再压缩机(TVR)接收蒸气，以及配置TVR以接收来自动力蒸汽的蒸气和来自第二作用段的至少第一部分蒸气蒸气。根据第五实施例，该方法包括将冷凝器连接到第二作用段以从第二作用段接收至少第二部分蒸气并且配置冷凝器以冷凝蒸气用于蒸馏并将馏出物罐连接到所述冷凝器，其中所述馏出物罐用于接收馏出物。根据第六实施例，连接冷凝器包括将冷凝器连接到第一作用段以从第一作用段接收至少第三部分蒸气。根据第七实施例，该方法包括配置馏出物罐以从第一外壳和第二外壳接收馏出物。根据第八实施例，该方法包括提供预热器以通过使用馏出物和浓缩进料来加热进料。根据第九实施例，该方法包括提供用于从馏出物罐中提取馏出物的馏出泵和用于从第二作用段提取浓缩进料的浓缩泵。根据第九实施例，该方法包括将真空泵连接到冷凝器，用于从冷凝器中提取不可冷凝的蒸气。

根据另一方面，本发明提供了一种方法，包括：在容器的第一作用段中提供进料并在第一外壳中提供蒸气，其中第一外壳设置在第一作用段，并且第一外壳由聚合物材料制成并且所述第一外壳是具有第一外表面的密封外壳，使进料在第一外表面上循环，使得：在第一作用段产生蒸气，在第一作用段中将进料转化为浓缩进料；并且在第一外壳中形成馏出物，将第一作用段产生的蒸气供应到第二外壳，并且其中所述第二外壳设置在第二作用段中并将浓缩进料供应到第二作用段，同时保持第一作用段和第二作用段间的压差在预定范围内，并且其中第二外壳由聚合物材料制成，所述第二外壳是密封外壳并且具有第二外表面。

根据一个实施例，该方法包括在第二外表面上循环浓缩进料，使得在第二作用段中产生蒸气以及在第二外壳中形成馏出物。根据第二实施例，该方法包括将第二作用段产生的蒸气的第一部分供应到用于冷凝蒸气并生产馏出物的冷凝器中，以及将第二作用段产生的蒸气的第二部分供应到TVR中，以将第二部分引入到第一外壳，并将在第一作用段产生的第三部分蒸气提供给冷凝器。根据第三实施例，该方法包括使用从第二作用段提取的馏出物和浓缩进料预热进料。根据第四实施例，基于聚合物材料的物理特性来确定预定范围。根据第五实施例，该方法包括从冷凝器中提取不可冷凝的蒸气。根据第六实施例，该方法包括从冷凝器中提取不可冷凝的蒸气。

附图说明

现在将参考附图描述本发明，其中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的蒸发器的示意图；

图2示出了根据本发明的另一个实施例的蒸发器的示意图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的制造蒸发器的方法的框图；和

图4示出了根据本发明的一个实施例的蒸发方法的框图。

详细说明

阅读本说明书之后的人应当清楚，以下讨论仅用于说明目的，并且在不脱离本发明的精神的情况下，不同于本文所讨论的实施例的其它实施例可以实施本发明。在更详细地进一步描述本发明之前，应当理解，本发明不限于所描述的特定实施例，并且可以变化。描述本发明只是为了解释借助于配置在脱盐装置中的热交换器的例子，然而，在阅读本说明书之后，本领域技术人员应该变得非常清楚，本发明可以在需要交换热量的其它应用中实施，例如废水回收，用蒸发的方法应用，通过蒸发回收组分。还应当理解，在前面和后面的讨论中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不是限制性的。必须指出，如本文所使用的，单数形式“一”，“一个”和“该”包括复数指代，除非上下文另有明确规定。

现有蒸发器的一个限制是它们使用金属材料，例如钛，双相钢(superduplex)，哈氏合金等作为热交换器。这些金属不仅昂贵，而且难以得到。此外，当这些金属配置在用于例如脱盐等应用的蒸发器中时，会发生腐烂，生锈，腐蚀，结垢，pH敏感等。因为这些金属部件昂贵且来源困难，因此更换这种金属部件变得很有挑战性。此外，蒸发器的这些部件不仅使得蒸发器昂贵，而且使蒸发器极度难以负担。本发明为这些问题和其他问题提供了解决方案。

本发明代替使用昂贵的金属板或管等作为热交换器，将聚合物膜作为热交换器。

因为聚合物大量可用且非常便宜，所以在蒸发器中用聚合物膜代替金属板、管等是理想的，因为它解决了许多挑战，包括上面讨论的那些。然而用聚合物代替金属存在一些新的问题。例如，聚合物不是良好的热导体，这是热交换过程中所需的基本特性之一。然而，本发明为这一挑战提供了解决方案。为了解决这个挑战，本发明涉及聚合物膜的性质，其中聚合物膜的传导性与聚合物膜的厚度成反比。因此，如果聚合物膜可以制得足够薄，则其可以传导热量并且可以被部署为蒸发器中的热交换器。例如，为了热交换的目的，可以充分有效地传递热量的聚合物热交换器的厚度为0.03-0.05mm。

然而，降低聚合物膜的厚度提出了不同的挑战。因为，当聚合物膜的厚度减小时，聚合物膜的强度受到不利影响。因此，聚合物膜能够承受蒸发器的恶劣环境的可能性显著降低，并且使用这种聚合物膜作为蒸发器中的热交换器基本上是不可能的。

此外，常规蒸发器通常设计成在50-55毫巴之间的最小压差下工作。这是因为设计一个在最小压差低于上述范围的范围内工作的常规蒸发器需要大量金属表面积，因此制造蒸发器涉及大量金属成本，这使得蒸发过度昂贵。另一方面，聚合物热交换器通常不能承受高于25毫巴的压差。因此，仅在蒸发器中用聚合物热交换器代替常规热交换器不是用于获得具有聚合物热交换器的蒸发器的解决方案，因为聚合物热交换器可能在常规热交换器的压力条件下不能运转。

本发明通过适当地维持适用于聚合物热交换器的操作条件，同时实现蒸发器的期望结果，来提供对这些问题和其它问题的解决方案。聚合物热交换器包括多个阶段。在一种可能性中，本发明提供使用水闸装置来调整连续阶段间的压差。在一种可能性中，聚合物热交换器是一个有内表面和外表面的袋子。在另一种可能性中，本发明提供一个压力调节器。可以部署压力调节器以控制聚合物热交换器的连续阶段间的压力。在另一种可能性中，本发明提供了蒸气入口，以将蒸气引入聚合物热交换器中蒸气。在另一种可能性中，本发明提供了一种用于在聚合物热交换器的外表面上分配液体的液体分配机构。本发明规定，在聚合物热交换器上的压差保持在以确保聚合物热交换器不会失效的水平。可以基于聚合物热交换器的物理性质来确定这种预定的压差范围。在阅读本说明书之后，本领域技术人员应该清楚，本发明规定，由于差压较小，聚合物热交换器的差温保持较低。通常，聚合物热交换器的温差范围通常可以在2至2.5摄氏度的范围内。下面的讨论在附图的帮助下更详细地解释了本发明。

图1示出了根据本发明的实施例的蒸发器100的示意图。图1包括容器101，第一作用段103，第二作用段105，第一外壳107，第一接收器109，第二外壳111，第二接收器113，第一气压耦合器114，第二气压耦合器115，进料117，浓缩进料119，第一外表面121，第二外表面123，第一再循环泵125，第二再循环泵129，预热器单元131，热蒸气再压缩机(TVR)135，动力蒸汽137，第一部分蒸气139，表面冷凝器141和馏出物罐143，第二部分蒸气145，第三部分蒸气147，第一馏出物收集罐149，第二馏出物收集罐151，馏出物预热器153，馏出物泵155，浓缩预热器157，浓缩泵159，真空泵161，冷水入口163，闪蒸室133，冷凝器164，进料管线132和冷水出口165。

本发明提供蒸发器100。在一些实例中，蒸发器100可用于诸如空调系统，制冷系统，脱盐系统，废水处理厂，废液处理厂或需要蒸发流体的其它应用中。在一些实例中，流体可以包括废水或液体排放等。蒸发器100的一些其它应用实例可以包括需要热交换或需要从溶液或流体中提取成分的应用。

蒸发器100包括容器101，其被分隔成被称为作用段的隔室。在本发明中，为了说明的目的，图1中示出了两个作用段，即第一作用段103和第二作用段105。在阅读本说明书后的人应清楚，隔开部分可能超过两个。也就是说，容器101可以具有两个以上的作用段。这种容器的一个例子如图2所示。在阅读本说明书之后的人应该进一步清楚，通过增加或减少隔开部分的数量，容器100是可伸缩的。容器100可用于具有可变蒸发量要求的应用中。容器100可根据尺寸要求通过调节容器100中的作用段数量而按比例放大或缩小。在一些其它实施例中，容器100的蒸发能力可以通过仅调节容器100中的作用段数量来调节，而不改变容器100的尺寸。在这样的实施例中，可以改变容器100中的作用段或隔开部分的尺寸或第一外壳和第二外壳的尺寸。在一些其他实施例中，调节容器100的尺寸和容器中的作用段数量以满足期望的要求。

第一作用段103设置有第一外壳107。换句话说，第一外壳107设置在第一作用段103中。类似地，第二作用段105设置有第二外壳111，并且第二外壳111被布置在第二个表面105中。本发明提供第一外壳107和第二外壳111由聚合物材料制成。第一外壳107和第二外壳111也称为聚合热交换器(PHE)。第一外壳107和第二外壳111是聚合物袋。第一外壳107和第二外壳111通常是密封的外壳，也就是说，进入第一外壳107的任何东西都不直接暴露于第一作用段103。类似地，进入第二外壳111的任何东西都不直接暴露于第二作用段105。

聚合物袋，即第一外壳107和第二外壳111用作热交换器。如前所述，聚合物或聚合物袋通常是不良热导体。尽管聚合物是不良的热导体，但是本发明将它们相当成功地用作热交换器。本发明通过利用聚合物的物理特性来实现这一目的，即聚合物的热交换能力与聚合物的厚度成反比。本发明采用蒸发器100中的聚合物，该聚合物的厚度可以实现跨聚合物层的有效热交换。然而，降低聚合物的厚度是另一个问题，其中减小厚度的聚合物袋，即，薄聚合物袋可能在经常是高压环境的蒸发器100的恶劣环境中撕裂，聚合物袋可能是脆弱的。本发明通过管理容器100中的压力来解决这个问题和其他问题。在随后的讨论中，本发明的这个特征将变得更清楚。

本发明提供具有第一接收器109的第一外壳107，和具有第二接收器113的第二外壳111。虽然第一接收器109用于通过TVR 135接收蒸气，但是第二接收器113接收在第一作用段103产生的蒸气。因此，第二外壳111内的压力与第一作用段103内的压力相同。此外，本发明提供了连接第一作用段103和第二作用段105的第二气压耦合器115。

进料117可以是流体或溶液的形式，其中组分将在蒸发之后从其中提取。进料117可以通过进料管线132接收进到容器101中。本发明提供将闪蒸室133和将闪蒸室133连接到第一作用段103的第一气压耦合器114。在一些实施例中，闪蒸室133可以是没有单独外壳的蒸发器100的一个作用段。在一些实施例中，闪蒸室133可以理解为进料117和蒸气的临时储存。闪蒸室133的作用也在于确保闪蒸室133和第一作用段103间的压差保持在预定范围内。在一些实施例中，第一外壳107具有通向闪蒸室133的开口或管道，以使蒸气能够从闪蒸室133进入第一外壳107。由于闪蒸室133和第一外壳107通过管道或开口被气压地连接以及闪蒸室133和第一作用段103通过第一气压耦合器114气压连接，保持闪蒸室133和第一外壳107之间的压差，也确保在预定范围内，还确保第一外壳107和第一作用段103间的压差保持在所述预定范围内。

本发明提供具有第一外表面121的第一外壳107和具有第二外表面123的第二外壳111。本发明还提供具有第一再循环泵125的第一作用段103和具有第二再循环泵129的第二作用段105。第一再循环泵125用于使进料117在第一作用段103内循环。在一些实施例中，第一再循环泵125用于将进料117带到第一外壳107的顶部，以淋浴的形式排放进料117，使得淋浴沿第一外壳107的第一外表面121向下滴流。通过第一接收器109接收到第一外壳107中的蒸气在第一外壳107内冷凝。在第一外壳107的底部处于液体状态的冷凝的蒸气可以被称为馏出物。由于这种冷凝，潜热在第一外壳107内被释放，并通过第一外壳107的聚合物材料交换到第一外表面121。交换的热被输送到在第一外表面121的进料117的淋浴，导致进料117的大量蒸发，使得蒸气增加且进料117浓缩。这样在第一外表面121处产生的蒸气通过第二接收器113连接到第二外壳111。第二气压耦合器115将进料117从第一作用段103连接到第二作用段105。在蒸气相当大的蒸发之后，进料117成为转移到第二作用段105的浓缩进料119。

第二再循环泵129用于使浓缩进料119在第二作用段105内循环。在某些实施方案中，第二再循环泵129用于将浓缩进料119带到第二壳体111的顶部，浓缩进料119以淋浴的形式使得淋浴沿第二外壳111的第二外表面123向下滴流。第二外壳111内接收的蒸气冷凝，以在第二外壳111的底部形成馏出物。在冷凝期间释放的潜热转移穿过第二壳体的聚合材料，并且在第二外壳的第二外表面处进行浓缩进料119的蒸发。对于阅读本说明书之后的人来说，应该清楚，如果在蒸发器100的一些其它实施例中提供并且可获得相应的冷凝和蒸发，则在与后面的作用段对应的数字阶段中可以发生类似的冷凝和蒸发。

将进料117从第一作用段103引入第二作用段105是相当有挑战性的，因为需要在连续阶段之间维持压差。本发明提供气压耦合器115以通过连接第一作用段103和第二作用段105来克服这个挑战，其中，气压耦合器115被配置成在预定范围内调节第一作用段103和第二作用段105间的压差。在一些实施例中，预定范围可大约在25毫巴。气压耦合器115有时被称为浓缩物传送机构(CTM)。CTM包括U形密封件或具有基本上类似“U”的形状的密封件，并且用于在两个连续阶段间保持压差，例如，在图示的第一作用段103和第二作用段105之间，通过调节在两个作用段内的U型密封件的高度。U形密封件可以看作是一种水闸装置，其可以有效地调整自身以维持作用段间的压差。

总而言之，图1所示的蒸发器100接收进料117在第一作用段103和第二作用段105中经历两个蒸发阶段，并转化为其成分如馏出物和浓缩进料119。动力蒸汽137和第一部分蒸气139被TVR 135压缩。在其中一个实施例中，TVR 135可被视为用于通过TVR 135增加蒸气和第一部分蒸气139压力的设备并通过第一外壳107到达第一接收器109。最初，当蒸发器100开始运行时，第一外壳107可以仅接收动力蒸汽137，并且第一部分蒸气139可能不可用。

动力蒸汽137在第一外壳107内冷凝。因此，潜热通过冷凝的动力蒸汽137释放。存在于第一外壳107的第一外表面121上的进料117由于运动蒸气137和进料117之间的潜热交换而蒸发。蒸发产生的蒸气通过第二接收器113连接到第二外壳111。在第二作用段105中重复发生冷凝和蒸气形成，并且如果当在更大的系统中提供这样的附加作用段时,可以在后面的作用段中继续发生冷凝和蒸气形成。作为蒸发的结果，进料117变成浓缩进料119，其将进一步与第二作用段105连接以进行循环和进一步蒸发。当提供许多作用段时，浓缩进料119可以随着其在后面的作用段中经历连续蒸发阶段而变得越来越浓缩。可以通过浓缩泵159从最后的作用段中最终去除浓缩进料119。

在第二作用段105中产生的第二部分蒸气145连接到冷凝器164。冷凝器164设置有表面冷凝器141，其中第二部分蒸气145被冷凝以形成馏出物。表面冷凝器141设置有冷水入口163和冷水出口165，通过冷水入口163和冷水出口165，冷水通过表面冷凝器141内部的一系列金属管线循环，以便于第二部分蒸气145的冷凝。冷水出口165的出口可以连接到冷却塔和泵，用于在降低的温度下再循环水。表面冷凝器141和从第一作用段103接收到的第三部分蒸气117相连接。第三部分蒸气147可包括冷凝蒸气和不可冷凝气体，例如二氧化碳。可冷凝蒸气进入冷凝器164并在表面冷凝器141中冷凝，以及使用真空泵161将不可冷凝气体从蒸发器排出。

第一外壳107和第二外壳111内的馏出物由相应的馏出物收集罐(即第一馏出物收集罐119和第二馏出物收集罐151)收集。提供馏出物罐143以收集和储存所有馏出物。馏出物罐143与表面冷凝器141、第一馏出物收集罐119和第二馏出物收集罐151连接，以便于从这些临时储存器收集馏出物。如此收集的馏出物被提取并从蒸发器中排出，用于进一步使用被连接到馏出物罐的馏出物泵155。

在浓缩泵159的输出处的浓缩进料和在馏出物泵155的输出处的馏出物在它们离开容器101时仍可携带相当大量的热量。当热量通过进料管线132进入容器101时，该热量可被传给进料117。提供了包括馏出物预热器153和浓缩物预热器157的预热器单元131。馏出物和浓缩进料通过相应的热交换器，即馏出物预热器153和浓缩物预热器157，使得在进入容器101之前将进料加热到相当大的程度。以这种方式，蒸发器的整体效率显著提高。

图2示出了根据本发明另一实施例的蒸发器的示意图。图2所示的蒸发器的结构细节基本上类似于图1所示的蒸发器的示意图，除了在图2中示出了一组六个作用段，以说明具有多重作用段用来增加容量的蒸发器设计。图2示出了容器V，进料入口F，馏出物出口D，浓缩物出口C，动力蒸汽入口MS，馏出物泵DP，浓缩泵CP，再循环泵RP，聚合物热交换器PHE，馏出物收集罐DCP，热蒸气再压缩机TVR，冷却水入口CWI，冷却水出口CWO，浓缩预热器CPH，馏出物预热器DPH，馏出物罐DT，表面冷凝器SC，闪蒸室FC，不可冷凝线NCL，真空泵VP，第一作用段FE，最后作用段LE，再循环线RL，分隔板PP和容器底部VB。

需要蒸发的液流通过进料入口F进入闪蒸室FC进入容器V。液流进入第一作用段FE，穿过多个作用段，并从最后作用段LE排出。

包括第一作用段FE和最后作用段LE的每个作用段具有聚合物热交换器PHE，再循环泵RP，蒸气输入处，进料输入处，液体分配机构，馏出物收集罐DCP和浓缩物转移机构CTM。聚合物热交换器PHE是一个袋子。所述聚合物热交换器PHE具有外表面和内表面。当进料进入一个作用段时，借助再循环泵RP，该进料分布在聚合物热交换器PHE的外表面上。蒸汽通过蒸气入口进入聚合物热交换器PHE内部并冷凝，将蒸汽的潜热释放到位于聚合物热交换器PHE外部的进料。位于聚合物热交换器PHE的外表面上的进料由于蒸汽和进料之间的潜热交换而蒸发并产生蒸气。然后通过连续作用段的蒸气输入处将产生的蒸气引入连续作用段。在作用段中引入的进料由于蒸发而最初变得浓缩。浓缩进料被引入连续作用段。从作用段引入进料到连续作用段是相当有挑战性的，因为在连续阶段间需要维持压差。本发明提供浓缩物转移机构CTM来解决这一挑战。浓缩物转移机构CTM包括具有与U形密封件或基本类似“U”形的密封件，用于通过调节作用段内的U形密封件的高度来在两个连续阶段间保持压差。U型密封是水闸。本发明还提供了馏出物收集罐DCP。馏出物收集罐DCP设置有阀门装置，以调节和控制作用段内的压力。

本发明进一步提供了用于从作用段中提取不可冷凝蒸气的装置。期望被捕获到作用段中的任何不可冷凝材料被去除，因此传热过程的有效性基本上不受影响。不可冷凝线NCL从作用段中收集不可冷凝材料并将其传递到表面冷凝器SC，然后通过真空泵VP将不可冷凝材料释放出蒸发器E。蒸汽从最后作用段LE排出。

在一些实施例中，位于容器底部VB处的进料水平保持在最佳水平，使得聚合物热交换器PHE以最佳效率工作。在任意两个连贯作用段之间维持德尔塔压力梯度(deltapressure gradient)。德尔塔压力梯度使得它不会损坏聚合物热交换器PHE。在一些实施例中，在第一作用段FE与最后作用段LE之间的有效压力梯度是作用段的总数乘以德尔塔压力梯度。在一些实施例中，作用段间的德尔塔压力梯度可以改变，但是确保德尔塔压力梯度不超过预定极限，并且预定极限使得其小于破坏聚合物热交换器PHE的压力，在聚合物热交换器PHE间测量压力。在这样的实施例中，第一作用段FE和最后作用段LE之间的作用段压力应为每个作用段之间的压力梯度之和。

馏出物出口D在馏出罐DT中，并用蒸馏泵DP抽出。在该过程中，当蒸气到达最后作用段LE时，通过进料F进入的蒸气会失去一些水，变得浓缩，并从容器V中出去，使用浓缩泵CP在浓缩物出口C收集。从容器V出来的浓缩物出口C和馏出物出口D是热的且携带热量，在它们离开容器V时，使用馏出物预加热器DPH和浓缩预热器CPH，这种热可以重新用于加热通过F进入容器V的蒸气。

在其中一个实施例中，每个作用段都设有再循环泵RP。再循环泵RP携带通过聚合物热交换器PHE顶部上的进料F进入的蒸气并在聚合物热交换器PHE表面上将其分散。来自前述作用段的蒸气冷凝蒸气产生纯馏出物，并且多部分蒸气在聚合物热交换器PHE的表面上蒸发。这种蒸发和冷凝过程在每个作用段重复，直到蒸气到达最后作用段LE。在最后作用段，剩余的蒸汽(在一些实施例中为蒸气)被送到表面冷凝器SC。表面冷凝器SC中的蒸气冷凝，以及不可冷凝气体使用真空泵VP排出蒸发器。

提供热蒸气再压缩机TVR以从最后作用段LE获取蒸气吸力，蒸气被压缩并被送回第一作用段FE。动力蒸汽MS用于驱动热蒸气再压缩机TVR。

在图细节A中示出了水闸的细节。该水闸是U形密封。U形密封确保了在作用段间维持德尔塔压力梯度。分隔板PP用于分隔隔室，以U形密封装置的形式在容器底部VB产生水闸，以产生所要求的压差。

在图细节B中示出了馏出物收集的细节。馏出物收集罐DCP具有压力调节阀PRV。除了图细节A中提供的装置之外，该装置还提供了控制聚合物热交换器PHE间的压差的附加控制。

图2a示出了动力蒸汽MS的更多细节，其具有蒸气管道VD，蒸气管道VD导致平行的各个蒸气进入聚合物热交换器，使得蒸气容易进入聚合物热交换器PHE中。

图2b示出了在聚合物热交换器PHE上的蒸汽分布的更多细节。图2b示出了喷嘴SN和多孔板PT。为了有效换热，希望蒸汽以最佳换热量的方式分布在聚合物热交换器PHE上。为了在聚合物热交换器上提供所需的进料分布，将喷嘴SN安装在热交换器的顶部以及将多孔塔板PT安装在喷嘴SN下方。液体穿过孔并均匀地分布在PHE的表面上。

在一个实施例中，本发明提供了用于聚合物膜多作用段蒸发器(PFMEE)的热交换器，它是与通常用于蒸发器的金属管不同的聚合物热交换器。该蒸发器有多个作用段。

在另一个实施例中，PFMEE已被设计成通过设置在蒸发容器底部的特殊水闸装置在整个热交换器上保持低压差，以确保聚合物膜可以在设计的压力和温度条件下工作。压差在10至25毫巴绝对压力范围内。

在另一个实施例中，在热交换器内部收集的馏出物具有设有压力调节阀PRV的馏出物收集罐DCP。

在另一个实施例中，进入聚合物热交换器PHE的蒸汽具有钩在蒸气管道VD上的窗口W。该实施例的更多细节可以在图2中找到。

在进一步的实施例中，如图2b所示，再循环泵RP用于在聚合物热交换器PHE的顶部用喷嘴SN装置和多孔板PT润湿聚合物热交换器PHE，以均匀分布过程进料。

在进一步的实施例中，为了避免来自馏出物的热量损失和浓缩，为了更好的蒸汽经济性，提供预热器装置。在另一个实施例中，在最后作用段和表面冷凝器之间的蒸气管线中提供了热蒸气再压缩机TVR以将部分蒸气再循环到第一作用段，并提高蒸汽的经济性。

图3示出了根据本发明的实施例制造蒸发器的方法300的框图。

在方框311中，将密封容器分成若干作用段。为了说明的目的，可以假设容器被分为两个作用段，即第一作用段和第二作用段。从作用段是密闭的意义上说，每个作用段都是独立的。在方框313中，在每个作用段中设置外壳。在一个实施例中，在该方框中，第一外壳设置在第一作用段中，而第二外壳设置在第二作用段中，等等。每个外壳均由聚合物材料制成。考虑到蒸气进入外壳，外壳再次独立地密封；蒸气输入处可以称为接收器。因此，在一个实施例中，第一外壳设置有第一接收器，而第二外壳设置有第二接收器等。在方框315中，第一接收器被设置成接收蒸气，并且第二接收器被设置成接收来自第一作用段的蒸气。允许通过各个接收器接收的蒸气在外壳内冷凝形成馏出物。

在方框317中，第一作用段和第二作用段之间设有气压耦合器。气压耦合器的功能是在预定范围内调整第一作用段和第二作用段间的压差。基于聚合物材料的物理特性确定预定范围。在方框319中，第一作用段用于直接从外部源接收进料，而第二作用段用于从第一作用段接收浓缩进料。

第二作用段被进一步配置320从第一作用段接收浓缩进料，同时维持两个作用段间的压力在预定范围内。每个外壳都有一个外表面和一个内表面。在方框330,332和335处采取措施以喷射进料和浓缩进料以允许进料和浓缩进料在外表面上循环。在一个实施例中，在第一外壳的外表面上喷射和循环进料，并且可以在第二外壳上喷射和循环浓缩进料。在方框342中，第一外壳配置342以接收通过热蒸气再压缩机(TVR)压缩的压缩蒸气。在方框345中，TVR的输入由来自外部源的动力蒸汽和来自第二作用段的至少第一部分蒸气提供。

在方框352中，冷凝器连接到第二作用段以从第二作用段接收至少第二部分蒸气。在方框355中，冷凝器用于从第二作用段接收蒸气并将蒸气冷凝成馏出物。在方框352中，冷凝器的入口可用于接收第二部分蒸气。在方框360中，冷凝器连接到第一作用段以从第一作用段接收至少第三部分蒸气。进一步地在方框357中，馏出物罐与冷凝器相连，以从冷凝器接收馏出物。在方框370中，蒸馏罐被连接以从第一外壳和第二外壳接收馏出物。

在方框380中，提供预热器。预热器用于通过使用馏出物中可用的剩余热量来预加热进料。在方框390中，提供蒸馏泵以从馏出罐中提取馏出物。

图4示出了根据本发明的实施例的蒸发方法400的框图。阅读本说明书后的人将更加清楚方法400及其替代实施例，使用如参考前述附图或其替代实施例所述的蒸发器可以实施方法400及其替代实施例。为了简洁起见，以下讨论参考图1所示的蒸发器100及其中示出的相应元件。

根据方框413中的方法400的一个实施例，向第一作用段提供进料，并且在方框415中，在第一外壳中提供蒸气。第一个外壳由聚合物材料制成。在方框417中，进料在第一外壳的第一外表面上循环。在外表面上循环进料转化进料为浓缩进料，并在第一作用段内产生蒸气。进一步在第一外壳的外表面上循环进料也导致在第一外壳中提供的蒸气的蒸馏。

在方框419中，在第一作用段内产生的蒸气被提供给第二外壳。进一步在方框419中，第一作用段产生的浓缩进料被提供给第二作用段。在该方框中，根据一个实施例，本发明提供了维持第一作用段和第二作用段间的压差在预定范围内。第一作用段和第二作用段间的压差被维持在预定范围内。基于在第一外壳和第二外壳的结构中使用的聚合物材料的物理特性来确定预定范围。在方框420中，提供给第二作用段的浓缩进料在第二外壳的外表面上循环。在第二外壳的外表面上的浓缩进料的循环使得第二外壳内的蒸气冷凝并形成馏出物。阅读本说明书之后的人将更加清楚，在一些实施例中，可以将第二作用段中的浓缩进料蒸发产生的进一步浓缩的进料供应到第三或其它阶段。类似地，由于第二作用段中的浓缩进料的蒸发产生的蒸气可以进一步提供给第三或其它阶段。

根据一个实施例，在方框430中，来自第二作用段的第一部分蒸气被供应到冷凝器并使其在冷凝器内冷凝成馏出物。在第一作用段产生的第三部分蒸气也供应给冷凝器。将在第二作用段产生的第二部分蒸气供应给TVR(热蒸气再循环泵)，用于进入第一外壳再循环。在一些实施例中，来自冷凝器的第一部分蒸气，从第二外壳产生的第二部分蒸气和从第一外壳产生的第三部分蒸气被供应到TVR。

在一些实施例中，在方框440中，使用在馏出物中可获得的剩余热量和从第二作用段提取的浓缩进料中可获得的热量(或多级蒸发器的最后作用段)预热进料。根据一个实施例，在方框450中，使用泵从冷凝器中提取冷凝器内的不可冷凝蒸气。

虽然该发明可能会受到各种各样修改和替代形式的影响，具体实施例已经通过附图中的示例的方式示出并且已在本文中进行了描述。可以在不脱离本发明精神的情况下实施替代实施例或修改。所示的附图是示意图，可以不是成比例的。尽管附图示出了本发明的一些特征，一些特征可能被省略。在一些其他情况下，一些特征可能会被强调，而其他特征则不会。此外，本文公开的方法可以按该方法已经解释了的方式和/或顺序实施。可选地，在不脱离本发明精神的情况下，可以以不同于所解释的方式或顺序执行方法。应当理解，本发明并不旨在限于所公开的特定形式。相反，本发明覆盖落入如上所述的发明的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。

在以上描述中，在描述本发明时，尽管可能已经使用了某些专有术语以及某些专有术语的表达(包括商标或其他受版权保护的发明)，但是申请人已经深刻认识到专有发明的所有权。但是，如果申请人无意中省略了任何此类承认，申请人表示，任何此类遗漏是无意的，没有任何恶意的意图，申请人声明，如果任何此类不经意的遗漏请让申请人注意，申请人愿意接受申请人认为适合承认此类专有权的行为。

Claims (7)

1.一种蒸发器(100)，其特征在于，所述蒸发器(100)包括：

分隔容器(101)，所述容器(101)包括第一作用段(103)和第二作用段(105)；

第一外壳(107)，其中所述第一外壳(107)是聚合物热交换器膜，其厚度范围为0.03-0.05mm，并且所述第一外壳(107)设置在所述第一作用段(103)中，并且所述第一外壳(107)具有用于接收蒸气的第一接收器(109)；

第二外壳(111)，其中所述第二外壳(111)是聚合物热交换器膜，其厚度范围为0.03-0.05mm，并且所述第二外壳(111)设置在所述第二作用段(105)中，其中所述第二外壳(111)具有第二接收器(113)，且所述第二接收器(113)用于从所述第一作用段(103)接收蒸气，其中所述第一外壳(107)和所述第二外壳(111)中的每一个为密封外壳；

气压耦合器(115)作为浓缩物传送机构，所述气压耦合器(115)连接所述第一作用段(103)和所述第二作用段(105)，其中，所述气压耦合器(115)设置成在所述第一作用段(103)和所述第二作用段(105)之间保持10至25毫巴的绝对压力范围内的较低压差，以及其中所述第一作用段(103)用于接收进料(117)，而所述第二作用段(105)用于从所述第一作用段(103)接收浓缩进料(119)；以及

所述第一外壳(107)具有第一外表面(121)，而所述第二外壳具有第二外表面(123)，以及所述第一作用段(103)设有第一再循环泵(125)，所述第一再循环泵(125)用于使进料(117)在所述第一外表面(121)上循环，以及所述第二作用段(105)设置有第二再循环泵(129)，所述第二再循环泵(129)用于使浓缩进料(119)在所述第二外表面(123)上循环。

2.根据权利要求1所述的蒸发器(100)，其特征在于，所述蒸发器(100)设置有冷凝器(164)和馏出物罐(143)，其中所述冷凝器(164)连接到所述第二作用段(105)以从所述第二作用段(105)接收至少第二部分蒸气(145)，所述冷凝器(164)用于冷凝蒸气以形成馏出物，并且所述馏出物罐(143)用于从所述冷凝器(164)接收所述馏出物，其中所述馏出物罐(143)用于从所述第一外壳(107)和所述第二外壳(111)接收馏出物。

3.根据权利要求2所述的蒸发器(100)，其特征在于，所述第一外壳(107)设有第一馏出物收集罐(149)，而所述第二外壳(111)设有第二馏出物收集罐(151)，以及所述第一馏出物收集罐(149)和所述第二馏出物收集罐(151)被用于接收馏出物并将所述馏出物提供给所述馏出物罐(143)。

4.一种制造如前述权利要求1-3中任一项所述的蒸发器的方法(300)，其特征在于，所述方法(300)包括：

(311)分隔容器以提供第一作用段和第二作用段；

(313)在所述第一作用段中设置第一外壳，所述第一外壳具有第一外表面，在所述第二作用段中设置第二外壳，所述第二外壳具有第二外表面，其中所述第一外壳和所述第二外壳是聚合物热交换器，其厚度范围为0.03-0.05mm，并且所述第一外壳和所述第二外壳是密封外壳；

(315)布置所述第一外壳以通过第一接收器接收蒸气，以及布置所述第二外壳以通过第二接收器从所述第一作用段接收蒸气；

(332)配置所述第一作用段以使所述进料在所述第一外表面上循环以及(335)配置所述第二作用段以使所述浓缩进料在所述第二外表面上循环；

(317)气压耦合所述第一作用段和所述第二作用段，其中所述第一作用段和所述第二作用段在所述第一作用段和所述第二作用段之间气压地保持10至25毫巴的绝对压力范围内的较低压差；以及

(319)配置所述第一作用段以接收进料，以及配置所述第二作用段以接收来自所述第一作用段的浓缩进料。

5.根据权利要求4所述的方法(300)，其特征在于，(342)配置所述第一外壳以通过热蒸气再压缩机接收蒸气，以及(345)配置所述热蒸气再压缩机以接收来自动力蒸汽的蒸气和来自所述第二作用段的至少第一部分蒸气。

6.根据权利要求4所述的方法(300)，其特征在于，所述方法包括：(352)连接冷凝器到所述第二作用段以从所述第二作用段接收至少第二部分蒸气以及(355)配置所述冷凝器以冷凝蒸气形成馏出物，其中(360)连接所述冷凝器，包括连接所述冷凝器到所述第一作用段以从所述第一作用段接收至少第三部分蒸气；以及(357)连接馏出物罐到所述冷凝器，其中所述馏出物罐用于接收所述馏出物以及(370)配置所述馏出物罐以从所述第一外壳和所述第二外壳接收馏出物。

7.通过如前述权利要求1-3中任一项所述的蒸发器蒸发的方法(400)，其特征在于，所述蒸发的方法(400)包括：

(413)在容器的第一作用段中供应进料以及(415)在第一外壳中供应蒸气，其中所述第一外壳是聚合物热交换器，并且被设置在所述第一作用段中，在所述聚合物热交换器上的温差较低，其温差范围为2至2.5摄氏度，并且所述第一外壳是具有第一外表面的密封外壳；

(417)在所述第一外表面上循环所述进料，使得：在所述第一作用段中产生蒸气，在所述第一作用段中将所述进料转化(reduction)为浓缩进料；并在所述第一外壳中形成馏出物；

(419)将在所述第一作用段中产生的蒸气供应给第二外壳，并且其中所述第二外壳是聚合物热交换器，并且被设置在第二作用段中，在所述聚合物热交换器上的温差较低，其温差范围为2至2.5摄氏度，并且将所述浓缩进料供应到所述第二作用段，同时维持所述第一作用段和所述第二作用段间的较低压差在10至25毫巴的绝对压力的范围内，并且所述第二外壳是密封外壳，并具有第二外表面；

(420)在所述第二外表面上循环所述浓缩进料，使得在所述第二作用段中产生蒸汽和在所述第二外壳中形成馏出物以及

从馏出物罐中的所述第一外壳和所述第二外壳收集所述馏出物。

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