CN107469370B - Mvr蒸发器以及mvr蒸发系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开一种MVR蒸发器，包括壳体(1)和多个竖直设置于所述壳体(1)内的换热管(2)，所述壳体(1)的底面(11)倾斜，使所述底面(11)上的多个所述换热管(2)具有多种长度，与所述底面(11)最低处连接的所述壳体(1)的侧壁(12)上开有出液口(13)。上述技术方案中的MVR蒸发器，能够降低蒸馏水和污染性物质混合的风险，有助于提升MVR蒸发系统最终出水的品质；此外，也使MVR蒸发器具有更大的换热面积，提高了MVR蒸发器的换热效率。

Description

MVR蒸发器以及MVR蒸发系统

技术领域

本申请涉及MVR蒸发设备领域，尤其涉及一种MVR蒸发器。此外，本申请还涉及一种MVR蒸发系统。

背景技术

MVR(Mechanical Vapor Recompression，机械式蒸汽再压缩)蒸发技术已以其突出的节能特性，广泛地用于化工、制药、食品、饮料、环保等行业。在MVR蒸发系统中，MVR蒸发器是核心设备。

MVR蒸发器采用低温和低压汽蒸技术及清洁能源(即电能)，产生蒸汽，将媒介中的水分分离出来。具体地，待处理液体处于蒸发器的管程中，在一定的温度和压力下，水达到沸点发生汽化，从MVR蒸发器的管程中被蒸发出来，成为低品质蒸汽。低品质蒸汽经过蒸汽压缩机的再压缩，温度和压力提高，变成高品质的饱和蒸汽，进入MVR蒸发器的壳程，通过换热管与管程内的液体进行换热，维持管程内液体蒸发所需热量。如此循环向管程内提供蒸发液体所需热量，减少对外界能源的需求。同时，壳程中的水蒸汽换热后冷凝为蒸馏水，从而实现了待处理液体中水和其他物质的分离。

MVR蒸发器用于处理成分复杂的液体，例如工业废水时，壳程中冷凝排出的蒸馏水会混杂污染性物质，影响最终的出水品质，这是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请提供一种新的MVR蒸发器，以降低蒸馏水和污染性物质混合的风险，有助于提升MVR蒸发系统最终出水的品质。

具体地，第一方面，提供一种MVR蒸发器，包括壳体和多个竖直设置于所述壳体内的换热管，所述壳体的底面倾斜，使所述底面上的多个所述换热管具有多种长度，与所述底面最低处连接的所述壳体的侧壁上开有出液口。

结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述换热管包括设置于所述壳体中央的中央管，以及设置于所述中央管外周的长短管，所述中央管的管径大于所述长短管的管径。

结合第一方面及上述可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述底面为倾斜设置的平面。

结合第一方面及上述可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述底面为倾斜设置的曲面。

结合第一方面及上述可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，还包括与所述出液口连接的渐扩管，所述渐扩管一端的管径小于另一端的管径，并且管径小的一端与所述出液口连接。

结合第一方面的第四种实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述渐扩管内顶部固接有第一挡板，所述第一挡板底端与所述渐扩管底部之间具有间隙。

结合第一方面的第五种实现方式，在第一方面第六种可能的实现方式中，所述渐扩管内顶部还固接有第二挡板，所述第二挡板底端与所述渐扩管底部之间具有间隙，所述第一挡板和所述第二挡板之间的渐扩管内填充有多孔填料。

结合第一方面的第四种或第五种实现方式，在第一方面第七种可能的实现方式中，所述渐扩管的管径由一端至另一端逐渐增大。

结合第一方面的第四种或第五种实现方式，在第一方面第八种可能的实现方式中，所述渐扩管包括至少一段直管和至少一段斜管，所述直管与所述斜管间隔连接，并且所述斜管一端的口径和与之相邻连接的所述直管的口径与相同。

第二方面，提供一种MVR蒸发系统，包括第一方面的任一种MVR蒸发器、气液分离器、蒸汽压缩机、冷凝物分离器和排气管路；所述气液分离器设置于所述MVR蒸发器上方，并且与所述MVR蒸发器的管程连通；所述蒸汽压缩机的进气口与所述气液分离器连通，出气口与所述MVR蒸发器的壳程连通；所述冷凝物分离器与所述MVR蒸发器的出液口连通；所述排气管路与所述MVR蒸发器的壳程连通。

在本申请的方案中的MVR蒸发器，第一方面利用冷凝液体的重力使其形成自然而平稳的流动，防止在流动的过程中蒸馏水与冷凝的污染性物质搅拌混合；第二方面壳程中冷凝液体第一时间被排除，不残留在壳程中，减少污染性物质在蒸馏水表面持续聚集的情况，使更多的污染性气体通过排气管路排出；第三方面，相对较多的污染性物质在较长的换热管处冷凝下来，这些污染性物质离出液口的位置更近，能够尽快通过出液口排出壳程，减少污染性物质在壳程内的停留时间。三方面作用相互协同，从而降低蒸馏水和污染性物质混合的风险，减少污染性气体和污染性小液滴冷凝，有助于提升MVR蒸发系统最终出水的品质。此外，由于壳程中没有冷凝液体占用换热管的热交换面，也使MVR蒸发器具有更大的实用换热面积，提高了MVR蒸发器的换热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请的MVR蒸发器的第一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本申请的MVR蒸发器的第一种具体实施方式的局部结构示意图；

图3为本申请的MVR蒸发器的第二种具体实施方式的结构示意图；

图4为本申请的MVR蒸发器的第二种具体实施方式的局部结构示意图；

图5为本申请的MVR蒸发器的第三种具体实施方式的局部结构示意图；

图6为本申请的MVR蒸发器的第三种具体实施方式的局部结构示意图；

图7为本申请的MVR蒸发器的渐扩管及相关装置的第一种具体实施方式的结构示意图；

图8为本申请的MVR蒸发器的渐扩管及相关装置的第二种具体实施方式的结构示意图；

图9为本申请的MVR蒸发器的渐扩管及相关装置的第三种具体实施方式的结构示意图；

图10为本申请的MVR蒸发系统的其中一种具体实施方式的结构示意图。

附图标记说明：壳体1；底面11；侧壁12；出液口13；轴线14；换热管2；中央管21；长短管22；长管221；短管222；壳程3；管程4；渐扩管5；渐扩管一端51；渐扩管另一端52；第一挡板53；第二挡板54；多孔填料55；间隙56；直管57；斜管58；进液腔6；进液口61；气液分离器7；蒸汽压缩机8；进气管路81；冷凝物分离器9；过滤填料91；蒸馏水92；污染性物质93；排气管路10。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

在本发明及实施例的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明及实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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。

发明人经过分析认为，对于成分复杂的液体，例如工业废水，通常含有油类、溶剂或者其他挥发性残留物。在采用MVR蒸发工艺处理这类液体的过程中，除了水之外，挥发性的溶剂和污染物也会在MVR蒸发器的管程中气化。同时，由于管程中剧烈的沸腾，水蒸气中还会夹杂油类和污染物的小液滴和泡沫。这些溶剂、污染物的气体或小液滴，伴随着水蒸气从管程流出，又回到MVR蒸发器的壳程。随着管程中气体的放热，挥发性的溶剂和污染物气体在蒸馏水表面凝结或者重新溶解在蒸馏水中；同时油类和污染物小液滴也容易在蒸馏水表面聚集。因此，在壳程中的冷凝物中同时存在蒸馏水和污染性物质。当冷凝物长时间滞留在壳程中，污染性物质与蒸馏水再次混合，形成难以分离的混合物，从而导致壳程中排出的蒸馏水混杂污染性物质，进而影响最终的出水品质。

为此，请参考图1和图2，在本申请的第一个实施例中，提供一种MVR蒸发器，包括壳体1和多个竖直设置于壳体1内的换热管2，壳体1的底面11倾斜，使底面11上的多个换热管2具有多种长度，与底面11最低处连接的壳体1的侧壁12上开有出液口13。

本申请中的多个是指两个或两个以上，多种是指两种或两种以上。

上述实施例中的MVR蒸发器在使用时，请参考图9，壳体1底面11下方还可以设置进液腔6，进液腔6底部设有进液口61，进液腔6与MVR蒸发器的管程4连通，待处理液体通过进液口61进入管程4，受热进行蒸发分离。上述实施例的MVR蒸发器在使用时，壳体1上方还可以设有气液分离器7，气液分离器7分别与管程4和外部的蒸汽压缩机8连通，蒸汽压缩机8又通过进气管路81与MVR蒸发器的壳程3连通。气液分离器7与MVR蒸发器可以是组装成一体，也可以是独立于MVR蒸发器设置，本申请对此不作限制。此外，在使用时，壳体1侧壁12上还可以设置排气管路10，排气管路10与壳程3连通，用于排出壳程3中没有冷凝下来的气体。较佳地，排气管路10与进气管路81分别设置在壳体1侧壁12上相对的两侧，使从进气管路81进入壳程3的高品质蒸汽与换热管2经过充分换热后再从排气管路10排出，进入气体的后续处理步骤。

常见的MVR蒸发器的壳体底面是水平设置的平面，并且所有的换热管长度一样，出液口设置在侧壁上。而本申请实施例中的MVR蒸发器，请参考图1和图2，其壳体1的底面11倾斜，使得底面11上不同高度处的换热管2的长度也不相同，例如图2中的长管221和短管222。在本申请的实施例中，长管和短管并不是绝对的，而是相对的概念，在两根不同长度的换热管2中，较长的称之为长管，较短的称之为短管。出液口13的位置开在与底面11最低处连接的壳体1侧壁12上，也就是说，对于壳体1的底面11而言，底面11最低处的高度与出液口13的高度是相同的，同时，离出液口13最近的换热管2的长度最长。

在工作时，待处理液体在管程4中被加热蒸发，挥发性溶剂气体、污染物气体等污染性气体，以及油类小液滴、污染物小液滴等污染性小液滴夹杂在水蒸气中，通过气液分离器7除去管程4中蒸发产生的蒸汽中的大部分的液滴和泡沫，然后再经过蒸汽压缩机压缩变成高品质蒸汽，进入壳程3。高品质蒸汽在壳程3中放热冷凝成为包括蒸馏水和污染性物质的冷凝液体，在底面11上形成自然平稳的流动，从出液口13排出。

底面为水平的蒸发器一般需要等冷凝液体在壳程累积到一定体积后，通过泵从蒸发器的壳程中抽出，因此不能第一时间将冷凝液体排走，同时也会对冷凝液体造成剧烈的搅拌，使得冷凝液体中的蒸馏水和污染性物质混合，不利于后续的进一步分离。而采用本实施例中的MVR蒸发器，第一方面，由于壳体1的底面11倾斜，使得壳程3中的冷凝液体形成自然平缓的流动，从出液口13排出，防止蒸馏水和污染性物质在流动过程中搅拌混合。第二方面，由于冷凝液体第一时间从壳程3中排出，壳程3中不会残留冷凝液体，减少污染性气体和污染性小液滴在蒸馏水的水面持续凝结和聚集的情况，从而使更多的污染性气体通过排气管路排出，减少了污染性气体的冷凝量，进而降低了蒸馏水与污染物混合的风险。第三方面，由于多个换热管2的长度不同，较长的换热管2的换热面积大于较短的换热管2，因此夹杂在水蒸气中的污染性气体和小液滴，会相对更多地在较长的换热管2处冷凝和聚集下来，形成液态的污染性物质。较长的换热管2离出液口13较近，使得在此冷凝下来的污染性物质会更快地通过出液口13离开MVR蒸发器的壳程3，从而减短了污染性物质在MVR蒸发器的壳程3中停留的时间，进而也降低了蒸馏水与污染物混合的风险。三方面作用相互协同，从而降低蒸馏水和污染性物质混合的风险，减少污染性气体和污染性小液滴冷凝，有助于提升MVR蒸发系统最终出水的品质。

此外，MVR蒸发器壳程3中没有残留蒸馏水和污染性物质占用换热管的热交换面，也使得MVR蒸发器内的实用换热面积更大，提高了MVR蒸发器的换热效率。

在本申请中，换热管内的通道为MVR蒸发器的管程，壳体内换热管外部的流通空间为MVR蒸发器的壳程。

可选地，请参考图1和图2，壳体1的底面11可以是倾斜设置的平面，此时，多个换热管2底部与壳体1的底面11连接处的高度也可能存在差异。处于同一个高度的换热管2的长度相同，高度越低的换热管2的长度越长。较佳地，平面的倾斜角度α为3-20度。过大的倾斜角会使得冷凝液体流向出液口13的速度过快，反而增加二者在流动中混合的可能性。而倾斜角度设置的过小，则液体可能无法形成有效的流动。当壳体1的底面11与水平面的夹角呈3-20度时，冷凝液体能够在底面11上自然平缓地流动，既能避免流动过程中蒸馏水和污染性物质发生混合，又能较为快速地从MVR蒸发器壳程3中排出，减少污染性气体和污染性小液滴在蒸馏水表面持续凝结和聚集的情况。

可选地，壳体1的底面11还可以是倾斜设置的曲面，请参考图5，曲面可以由下向上凸曲面。与平面的情况类似，此时，多个换热管2底部与壳体1的底面11连接处的位置也同样可能存在高度差异。处于同一个高度的换热管2的长度相同，高度越低的换热管2的长度越长。不同的是，当壳体1的底面11为曲面时，蒸馏水和污染性物质沿着曲面凸面周围流散，离出液口13较近的一部分蒸馏水和污染性物质仍然能够快速平稳地排出壳程3，而另一部分蒸馏水和污染性物质沿着曲面凸面周围先流散到离出液口13较远的位置，再逐渐从曲面较低处回流向出液口13。与常见的MVR蒸发器结构相比，这样的MVR蒸发器仍然能够一定程度上减少污染性物质在蒸馏水表面持续聚集，减少污染性物质在壳程3内的停留时间，从而降低蒸馏水和污染性物质混合的风险。

此外，请参考图6，上述曲面还可以由上向下的凹曲面，使用时凹曲面作为底面11倾斜设置，其高度由一侧到另一侧逐渐降低，出液口13仍然设置在高度最低的位置，从而不会出现部分蒸馏水滞留在凹陷曲面中无法流出的情况，同时蒸馏水和污染性物质一定程度上仍然能够平缓流向出液口13。这样的MVR蒸发器也能够一定程度上减少污染性物质在蒸馏水表面持续聚集，减少污染性物质在壳程3内的停留时间，从而降低蒸馏水和污染性物质混合的风险。

请参见图3和图4，在第二个实施例中，提供一种MVR蒸发器，包括壳体1和多个竖直设置于壳体1内的换热管2，壳体1的底面11倾斜，使底面11上的多个换热管2具有多种长度，与底面11最低处连接的壳体1的侧壁12上开有出液口13；换热管2包括设置于壳体1中央的中央管21，以及设置于中央管21外周的长短管22，中央管21的管径大于长短管22的管径。

这里的壳体1中央是一个相对的位置，相对于离壳体1轴线14的径向距离更远的位置来说，离壳体1轴线14的径向距离更近的位置可以理解为壳体1中央的位置。

与所有的换热管2管径相同的平底的MVR蒸发器相比，在总换热面积相同的情况下，本实施例中的MVR蒸发器，由于中央管21的管径更大，因此其中央管21的换热面积和周围的长短管22的换热面积之比更小，导致换热管2内液体的气化程度和密度差异更大，形成的热流循环也更加剧烈，进而与倾斜底面协同，进一步提高了MVR蒸发器的换热效率。并且，由于管程4内液体流动速度更快，本实施例中的换热管2更不容易结垢。

需要说明的是，在附图2、4、5、6中，为了避免过于杂乱，仅示出了部分换热管的示意结构。

可选地，请参考图7至图9，上述的MVR蒸发器还包括与出液口13连接的渐扩管5，渐扩管5一端51的管径小于另一端52的管径，且管径小的一端51与出液口13连接。可选地，渐扩管5的顶部可以为水平，而底部的高度逐步降低。

在使用时，渐扩管5的另一端52与冷凝物分离器连接。通过这种渐扩管5的结构，能够让从前述的MVR蒸发器的出液口13流出的蒸馏水和污染性物质在重力的作用下继续保持自然平缓的流动，并进入到冷凝物分离器中进行分离，从而避免快速流动造成的扰动，使得蒸馏水和污染性物质混合。

具体地，请参考图8，渐扩管5可以是管径由一端51至另一端52管径逐渐增大的一根斜管。

请参考图7和图9，渐扩管5还可以包括至少一段直管57和至少一段斜管58，直管57与斜管58间隔连接，并且所述斜管58一端的口径和与之相邻连接的所述直管57的口径与相同。相对而言，靠近出液口13的直管57或斜管58底部的高度不低于远离出液口13的直管57或斜管58底部的高度，使从出液口13流出的蒸馏水和污染性物质能够在重力作用下流动。直管57与斜管58间隔连接的渐扩管5，可以降低离开MVR蒸发器壳程3后的蒸馏水和污染性物质的流速，使其能够更加平稳缓和地流动，不至于流速过快，进一步避免持续加速流动过程中蒸馏水和污染性物质发生混合，提升最终出水的品质。

本申请实施例中的斜管指的是管径逐渐变大或逐渐变小的管道。

可选的，请参考图8和图9，前述的渐扩管5内顶部可以固接有第一挡板53，第一挡板53底端与渐扩管5底部之间具有间隙56。渐扩管5内顶部还可以固接有第二挡板54，第二挡板54底端与渐扩管5底部之间具有间隙56，第一挡板53和第二挡板54之间的渐扩管5内填充有多孔填料55。其中，第一挡板53、第二挡板54与渐扩管5底部的间隙56可以根据实际情况调节其大小，本申请对此不作限制。

MVR蒸发器壳程3内还会存在没有冷凝下来的气体，这些气体大部分会从排气管路中排出，但是有少部分气体会通过出液口13进入渐扩管5，进而进入到冷凝物分离器中。这些气体一方面会搅动原本在自然平缓流动状态下的蒸馏水和污染性物质，另一方面，气体中的挥发性气体和细小油滴会直接进入到冷凝物分离器中，发生冷凝和聚集，持续污染冷凝物分离器中待进一步分离的蒸馏水和污染性物质。

在本实施例中，由于第一挡板53的底端高于渐扩管5的管底，使得第一挡板53底端与渐扩管5底部之间存在间隙56。由于采用前述的MVR蒸发器，使得蒸馏水和污染性物质不会滞留在壳程3中，能够持续平缓地流出，因此，蒸馏水和污染性物质的流量不会有很大，而是可以通过间隙56继续平缓地流入到冷凝物分离器中。而壳程3中的挥发性气体和气体中的小油滴则一定程度上会被第一挡板53所阻挡，减少通过渐扩管5进入到冷凝物分离器的气体，从而降低气体中的挥发性气体和油滴对冷凝物分离器中液体的污染风险。

进一步地，通过设置两块挡板，并且在挡板之间的渐扩管5内填充多孔填料55，使得气体中细小的液滴进一步被多孔填料55捕捉，进而更好地防止细小的液滴进入冷凝物分离器中，同时使得通过渐扩管5的水流更加均匀平缓。

在本申请的第三个实施例中，请参考图10，还提供一种MVR蒸发系统，包括前述任一种MVR蒸发器、气液分离器7、蒸汽压缩机8、冷凝物分离器9和排气管路10；气液分离器7设置于MVR蒸发器的上方，并且与MVR蒸发器的管程4连通；蒸汽压缩机8的进气口与气液分离器7连通，出气口与MVR蒸发器的壳程3连通；冷凝物分离器9与MVR蒸发器的出液口13连通；排气管路10与MVR蒸发器的壳程3连通。较佳地，连通蒸汽压缩机8的出气口与MVR蒸发器的壳程3的进气管路81与上述排气管路分别设置在壳体1侧壁12上相对的两侧。冷凝物分离器9用于将蒸馏水和污染性物质分离开，实现对蒸馏水的净化，提高MVR蒸发系统的出水品质。冷凝物分离器9的底部还可以填充过滤填料91，使蒸馏水离开冷凝物分离器时得到进一步过滤。

该MVR蒸发系统的换热效率更高，同时最终出水品质更好。由于该MVR蒸发系统包括前述的任一种MVR蒸发器，因此也相应地具有前述实施例中MVR蒸发器的有益效果，此处不再赘述。

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 (7)

1.一种MVR蒸发器，其特征在于，包括壳体(1)和多个竖直设置于所述壳体(1)内的换热管(2)，所述壳体(1)的底面(11)倾斜，使所述底面(11)上的多个所述换热管(2)具有多种长度，与所述底面(11)最低处连接的所述壳体(1)的侧壁(12)上开有出液口(13)；所述MVR蒸发器还包括与所述出液口(13)连接的渐扩管(5)，渐扩管一端(51)的管径小于另一端(52)的管径，并且管径小的一端(51)与所述出液口(13)连接；所述渐扩管(5)内顶部固接有第一挡板(53)，所述第一挡板(53)底端与所述渐扩管(5)底部之间具有间隙(56)；所述壳体(1)的侧壁(12)上设置有排气管路(10)，所述排气管路(10)与壳程(3)连通；所述换热管(2)包括设置于所述壳体(1)中央的中央管(21)，以及设置于所述中央管(21)外周的长短管(22)，所述中央管(21)的管径大于所述长短管(22)的管径。

2.根据权利要求1所述的MVR蒸发器，其特征在于，所述底面(11)为倾斜设置的平面。

3.根据权利要求1所述的MVR蒸发器，其特征在于，所述底面(11)为倾斜设置的曲面。

4.根据权利要求1所述的MVR蒸发器，其特征在于，所述渐扩管(5)内顶部还固接有第二挡板(54)，所述第二挡板(54)底端与所述渐扩管(5)底部之间具有间隙(56)，所述第一挡板(53)和所述第二挡板(54)之间的渐扩管内填充有多孔填料(55)。

5.根据权利要求1所述的MVR蒸发器，其特征在于，所述渐扩管(5)的管径由一端(51)至另一端(52)逐渐增大。

6.根据权利要求1所述的MVR蒸发器，其特征在于，所述渐扩管(5)包括至少一段直管(57)和至少一段斜管(58)，所述直管(57)与所述斜管(58)间隔连接，并且所述斜管(58)一端的口径和与之相邻连接的所述直管(57)的口径与相同。

7.一种MVR蒸发系统，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的MVR蒸发器、气液分离器(7)、蒸汽压缩机(8)、冷凝物分离器(9)和排气管路(10)；所述气液分离器(7)设置于所述MVR蒸发器上方，并且与所述MVR蒸发器的管程(4)连通；所述蒸汽压缩机(8)的进气口与所述气液分离器(7)连通，出气口与所述MVR蒸发器的壳程(3)连通；所述冷凝物分离器(9)与所述MVR蒸发器的出液口(13)连通；所述排气管路(10)与所述MVR蒸发器的壳程(3)连通。

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