CN108295495B - 液体分布器及降膜蒸发设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种膜蒸发设备，特别涉及一种液体分布器及带有该液体分布器的降膜蒸发设备。该液体分布器包含：布液管和设置在布液管上端的定位块组。其中，布液管用于插入降膜蒸发设备的降液管内，布液管与降液管同轴设置，并与降液管之间形成液体下流的通道,起到预布膜作用；定位块组用于在布液管插入降液管内后抵住降膜蒸发设备的管板，以将布液管固定安装于降液管。其中，布液管的下端外缘沿其管径方向环设有若干个凸台，且各凸台与降液管的内壁相抵，且任意相邻的两个凸台之间相互隔开构成用于对下流的液体进行二次布膜的通槽。同现有技术相比，通过通槽可对下流的液体进行二次布膜，使液体能够在降液管的内壁上形成更均匀、更薄的液膜。

Description

液体分布器及降膜蒸发设备

技术领域

本发明涉及一种降膜蒸发设备，特别涉及一种液体分布器及带有该液体分布器的降膜蒸发设备。

背景技术

液体分布器是膜类蒸发设备的核心部件，直接影响整个设备的生产效率、产品质量与生产能耗等。液体分布器除了要达到布液均匀、成膜厚度小外，液体下流的阻力要小、成膜厚度可控、不存在液封问题、对液体处理量有较大的适应性，且分布器要结构简单、制造安装方便及性价比高等。

多层盘式液体分布器是常用的液体分布器之一,相比单层盘式液体分布器而言，液体的分布更为均匀。多层盘式液体分布器如图1所示，一般包含进料管100、分散盘200，以及由上分布盘300、中分布盘400、下分布盘500构成的液体分布装置，还包含管板600和降液管700等部件。实际运行过程中液体从进料管100进入设备后，先经分散盘200分散流到上分布盘300，再流经中分布盘400与下分布盘500，液体最终流到管板600上进入降液管700内。但发明人发现，现有的多层盘式液体分布器具有如下缺陷：

由于现有的多层盘式液体分布器虽然能够实现对液体的均匀分布，但是由于多层液体分布器相比单层液体分布器其结构相对较为复杂，且对每层分布盘的安装水平度要求很高，一旦分布盘的安装出现偏差就会造成部分盘面上液流少甚至无液体流过。另外，由于液体经过多层分布盘流到管板上后需要横向流动才能贴着各降液管的管壁下流，如果管板安装不完全水平，也会产生偏流现象，导致部分降液管内液流少甚至没有液流。同时，还需要保证降液管与管板的连接处必须精密加工，否则也会导致液体不能均匀流入降液管内。

此外，当液体流量较大时，液体横向流入降液管700内时因流动惯性影响，会冲向降液管700的中心而不紧贴降液管700的内壁下流，这样就会造成在降液管700内壁上的液膜厚薄不均匀，甚至部分液体流入管内会出现不与内壁接触的现象，从而导致部分液体未与蒸发面接触而直接下流到底部的重相液体区，轻相含量过高造成分离效果差、产品质量低。同时，由于流经降液管700壁面的液体在经高温蒸发时，由于蒸汽升至下分布盘500底部时会沿盘底横向流动，对下分布盘500流下来的细柱状液流产生扰动冲击，导致流到管板600上的液体分布不均匀，进一步影响成膜效果，同样导致蒸发效率降低、产品质量达不到预期。

综上所述，虽然现有技术通过多层分布盘可以较好的将液体均匀分布到管板600上，但没有从根本上解决进入降液管700内的液体在管内壁面均匀分布成膜的问题。

另外，现有液体分布器一般大多采用的是溢流型分布器和插头型分布器。其中，溢流型分布器一般可分为锯齿形、切向孔型与切向槽型，分别如图2、图3和图4所示，其结构型式为降液管700伸出管板600一定高度，在伸出段开锯齿形缺口或钻切向槽与孔。液体要沿降液管700内壁分布均匀，就需要较多的通道，通道数越多则通道就越小，加工困难、加工精度高且易被脏物堵塞。而为了保证布液器具有一定的机械强度，就无法在降液管上加工更多的通道数，因此就限制了液体在降液管内布膜的均匀性。液体进入降液管时，尽管为切向进入但无法控制成膜厚度，膜厚为自然分布成型，特别是在液体流量较大时膜厚的变化更大，厚度更厚且不均匀，导致蒸发效率降低，产品分离效果差。

而插头型分布器，常见的有螺旋沟槽型、锥体型、细管型几种。如图5、图6、图7所示。此种分布器的成膜原理是利用设置在降液管顶端的插头800与降液管700的内壁之间所形成的间隙，使液体在降液管内壁成膜。

其中，当采用螺旋沟槽型时，如图5所示，液体在降液管内成膜是利用了开设在插头800上的螺旋沟槽实现了液体在降液管700内的旋转流动，但是由于旋转流动的作用距离有限，而为了控制膜厚不能太厚，因此沟槽的深度不宜太深，但沟槽有一定的长度且是螺旋状的，因此导致液体流经沟槽的流阻就会很大，特别是液体粘度较大时尤其明显，导致液体下流速度慢，设备处理能力受到限制。同时，由于螺旋沟槽型液体分布器仅插头外圆周开槽，中心为实心体，因此降液管700的上部一旦积存待分布的液体，就极容易形成液封，进而把进料腔与蒸发腔隔离成两个密闭的空间，一旦出现降液管内高温蒸发的物料蒸汽产生的压力高于进料腔时，会严重导致液体无法下流。

而当采用锥体分布器时，如图6所示，由于液体下流的阻力比螺旋沟槽型结构要小，因此在小流量时布膜性能差，同时由于插头800中心为实体，在大流量时同样存在前述的液封问题，导致液体下流不畅。而当采用细管式分布器时，如图7所示，与图2中的切线孔型结构相似，由于中间多了细管构件，对成膜有一定的强制性，但同样存在开孔数与成膜效果、管件的机械强度等问题，并且中间增加细管后使结构更复杂、加工难度大、安装要求更高。

发明内容

本发明实施方式的目的在于设计了一种液体分布器及带有该种液体分布器的降膜蒸发设备，不但结构简单、便于制造加工，而且还能使得流入各降液管内的液体可在降液管的内壁上均匀成膜并获得很薄的液膜。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种液体分布器，包含：

布液管，所述布液管用于插入降膜蒸发设备的降液管内，且所述布液管与所述降液管同轴设置，并与所述降液管之间形成液体下流的通道，所述液体下流的通道用于对所述液体进行预布膜；

定位块组，设置在所述布液管的上端，用于在布液管插入降液管内后抵住所述降膜蒸发设备的管板，以将所述布液管固定安装于所述降液管；

其中，所述布液管的下端外缘沿其管径方向环设有若干个凸台，且各所述凸台与所述降液管的内壁相抵，且任意相邻的两个所述凸台之间相互隔开，形成用于对下流的液体进行二次布膜的通槽。

另外，本发明的实施方式还提供了一种降膜蒸发设备，包含管板、若干个分布在所述管板上的降液管、若干个如上所述的液体分布器；

其中，所述降液管的数量与所述液体分布器的数量相同并一一对应，各所述降液管用于穿过所述管板，并与所述管板固定连接；各所述液体分布器中的布液管均有部分插入各自所对应的所述降液管内。

本发明的实施方式相对于现有技术而言，由于布液管的下端外缘沿其管径方向环设有多个凸台，且各凸台均与降液管的内壁相抵，使得布液管与降液管之间相互隔开且同轴设置，构成用于被液体下流的通道，通过通道可对流入降液管内的液体起到预布膜的作用。同时，由于任意相邻的两个凸台之间相互隔开构成通槽，通过各通槽可对下流的液体进行二次布膜，从而提高了液体在降液管的内壁上成膜的均匀性，使液体能够在降液管的内壁上形成更均匀、更薄的液膜。同时，通过设置在布液管上端的定位块组，可实现布液管在管板上的固定安装，并且通过布液管伸出降液管的部分可有效防止液体因流动惯性的影响，而出现冲向降液管中心的现象，保证了液体可与降液管的内壁充分接触，更有利于液体的蒸发。

并且，为了满足实际的使用需求，所述通槽为弧形槽、三角形槽、梯形槽或矩形槽。

进一步的，所述布液管的底部管口的外径大于所述布液管其余部分的管径，所述布液管的底部管口为一扩口，使得布液管与降液管之间的间隙可形成一个缓冲区，从而进一步提高了液体在降液管内壁成膜的均匀性。

进一步的，各所述凸台均设置在所述布液管的底部管口处。从而将任意相邻两个凸台之间所形成的通槽移到了降液管底部的扩口处，通过各通槽与降液管底部扩口的配合，可进一步提高液体在降液管内壁成膜的均匀性。

进一步的，所述布液管为空心管。从而防止了液体在降液管的顶部形成液封，可实现对降液管的持续供液。

进一步的，所述定位块组包含：

若干个定位块，沿所述布液管的管径方向环设在所述布液管上；

所述定位块的内侧底部设有定位凸块，用于在所述布液管插入所述降液管内时抵住所述降液管的内壁，对所述布液管进行定位。

进一步的，各所述降液管分布在所述管板上；其中，各所述定位块组中的各所述定位块一同将所述管板的上表面分割成若干个存液区。通过各独立存液区，可避免管板因安装时的不完全水平而产生偏流现象，从而保证了流入各降液管内液体流量的一致性。

各所述存液区的外形为以下任意形状：菱形、矩形、三角形、梯形。

并且，当各所述存液区的外形均为菱形时，各所述定位块组包含四个定位块，且任意一个所述定位块与其中一个相邻的所述定位块之间的夹角为60°，而与另一个相邻的所述定位块之间的夹角为120°。

进一步的，所述降膜蒸发设备包含：

单层式分布盘，位于所述管板的上方，用于向所述管板均匀分布液体；

其中，所述单层式分布盘上分布有布液孔，且各布液孔均正对所述管板上的各存液区。

通过设置单层式分布盘，并将单层式分布盘上的各布液孔均正对管板上的各存液区，在保证液体可均匀的分布在管板上的同时，还可减少分布盘的数量，从而简化了整个降膜蒸发设备的结构，并降低了分布盘在安装时对水平度的要求。

进一步的，所述管板与各所述降液管之间均采用熔融焊接进行固定。从而保证了各降液管与管板之间的有效连接，并保证该连接处若采用其它焊接方式会产生的气孔、夹渣、裂纹、未焊透等缺陷，确保连接可靠、无泄漏。

附图说明

一个或多个实施方式通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施方式的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为现有技术的液体分布器的结构示意图；

图2为现有技术的溢流型分布器中降液管采用锯齿形结构时的示意图；

图3为现有技术的溢流型分布器中降液管开设切向孔时的示意图；

图4为现有技术的溢流型分布器中降液管开设切向槽时的示意图；

图5为现有技术的插头型分布器中插头外表面开设螺旋沟槽时的示意图；

图6为现有技术的插头型分布器中插头为锥体结构时的示意图；

图7为现有技术的插头型分布器中插头为细管式结构时的示意图；

图8为本发明第一实施方式中液体分布器、降液管和管板的装配示意图；

图9为本发明第一实施方式中液体分布器的结构示意图；

图10为图9中B处的局部放大图；

图11为本发明第二实施方式的降膜蒸发设备的结构示意图；

图12为本发明第二实施方式中液体分布器、降液管和管板的装配示意图；

图13为图12的俯视图；

图14为图13中C-C处的剖视图；

图15为图14中A处的局部放大图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

本发明的第一实施方式涉及一种液体分布器，如图8所示，包含布液管7，且该布液管7有部分用于插入降膜蒸发设备的降液管6内，另有部分伸出降液管6，并暴露于降膜蒸发设备的管板5的上表面。同时，布液管7还与降液管6同轴设置，并与降液管6之间形成液体下流的通道(图中未标示)。

另外，为了实现对布液管7的固定，本实施方式中的液体分布器还包含：设置在布液管7上端的定位块组8。该定位块组8用于在布液管7插入降液管6内后抵住降膜蒸发设备的管板5。

此外，在本实施方式中，如图9和图10所示，布液管7的下端外缘沿其管径方向还环设有多个凸台10，并且各凸台10均用于抵住降液管6的内壁。且任意相邻的两个凸台10之间相互隔开，形成用于对下流的液体进行二次布膜的通槽11。

通过上述内容不难发现，由于布液管7的下端外缘沿其管径方向环设有多个凸台10，且各凸台10均与降液管6的内壁相抵，使得布液管7与降液管6之间同轴设置且相互隔开，形成液体下流的通道，通过通道可对流入降液管6内的液体起到了预布膜的作用。同时，由于任意相邻的两个凸台10之间相互隔开构成通槽11，通过各通槽11可对下流的液体进行二次布膜，从而提高了液体在降液管6内壁上成膜的均匀性，使液体能够在降液管6的内壁上形成更均匀、更薄的液膜。同时，通过设置在布液管7上端的定位块组8，可实现布液管7在管板5上的固定安装，并且通过布液管7伸出降液管6的部分可有效防止液体因流动惯性的影响，而出现冲向降液管6中心的现象，保证了液体可与降液管6的内壁充分接触，更有利于液体的蒸发。

具体的说，如图9、图10所示，在本实施方式，各凸台10均设置在布液管7的底部管口处。同时，为了保证液体在成膜时具有较薄的厚度，凸台10的高度(深度)应尽量的小，一般控制在0.1mm至10mm。另外，在本实施方式中，各通槽11均为梯形槽，并且，设计人员可根据不同液体的流动特性，通过改变各凸台10的大小，来调节各梯形槽的大小，梯形槽的宽度一般控制在0.1mm至20mm之间。需要说明的是，在本实施方式中，任意相邻两个凸台10相互隔开所形成的通槽11仅以梯形槽为例进行说明，而在实际的应用过程中，该通槽11也可以是矩形槽、弧形槽、三角形槽，或者是其他形状通槽，而在此不对通槽11的形状作具体限定。

另外，在本实施方式中，布液管7为空心管，从而可有效防止液体在降液管6的顶部形成液封，实现了对降液管6的持续供液。同时，设计人员还可根据降液管6实际的内径大小，将布液管7底部管口的外径设计成比降液管6其余部分的外径小0.1mm至20mm，保证布液管7的底部管口不与降液管6的内壁接触，使得布液管7的底部管口可以制作成一扩口，近似喇叭状的结构。因此，当布液管7插入降液管6内时，布液管7与降液管6之间的间隙可形成一个缓冲区，提高降液管6内壁上成膜的均匀性。

并且，作为优选的方案，在布液管7的底部管口处还可适当的环绕开设多个凹槽(图中未标示)，且各凹槽可以是梯形槽、矩形槽或齿形槽等。并且，各槽的槽宽可根据降液管6底部管口的直径大小在0.1mm至10mm之间做适当调整。通过各凹槽可进一步保证液体在降液管6上的流动性能，提高液体在降液管6内壁上成膜的均匀性。

此外，值得一提的是，如图8所示，本实施方式中所提到的定位块组8包含：若干个定位块82，各定位块82均用于在布液管7插入降液管6内后抵住管板5的上表面，并且各定位块82具有相同的高度和厚度，可将各定位块82的厚度控制在0.2mm至10mm，而将各定位块82高度控制在为5mm至500mm。同时，各定位块82还沿布液管7的管径方向环设在布液管7上，并且各定位块82的内侧底部设有定位凸块81，且各定位凸块81用于在布液管7插入降液管6内时跟随布液管7一同进入降液管6内，并抵住降液管6的内壁。因此，通过各凸块81与降液管6内壁的相互抵持，可实现布液管7与降液管6的同轴设置。另外，由于各定位块82又是直接抵住管板5的上表面，通过各定位块82与管板5上表面的相互抵持，不但可实现对布液管7的固定，而且还可对布液管7插入降液管6内的长度进行控制，一般可将布液管7插入降液管6内的长度控制在10mm至500mm，而将布液管7伸出管板5上表面的长度同样控制在5mm至500mm。从而可有效防止液体因流动惯性的影响，而出现冲向降液管6中心的现象，保证了液体可与降液管6的内壁充分接触。

本发明的第二实施方式涉及一种降膜蒸发设备，如图11所示，该降膜蒸发设备包含容器1、插入容器1内的进料管2、设置在容器1内并位于进料管2下方的分散盘3、设置在容器1内并位于分散盘3下方的液体分布装置4、设置在容器1内并位于液体分布装置下方的管板5、多个分布在管板5上的降液管6、多个如第一实施方式所述的液体分布器。

其中，结合图12所示，降液管6的数量与布液管7的数量相同，并一一对应。且各降液管6均用于穿过管板5，并与管板5固定连接。而各液体分布器中的布液管7均有部分用于插入各自所对应的降液管6内。

同时，如图12所示，为了实现布液管7的有效固定，各液体分布器中的定位块组8均抵住管板5的上表面。

另外，作为优选的方案，在本实施方式中，如图12所示，各降液管6在管板5上可采用正三角形阵列的方式进行排列，并且每个定位块组8均包含四个定位块82。其中，结合图13所示，在布液管7上，任意一个定位块82和与其相邻的定位块82之间的夹角应控制在30°至180°，而作为优选的方案，任意一个定位块82和其中一个相邻的定位块82之间的夹角为60°，而与另外一个相邻的定位块82之间的夹角为120°，并尽量保证各定位块82的高度与布液管7伸出管板5上表面的部分的高度相同。因此不难发现，在实际的装配过程中，结合图12所示，当各布液管7上的各定位块82均抵住管板5的上表面后，每根布液管7上的各定位块82可分别与不同布液管7上的定位块82相互贴合，使得管板5的上表面可被各定位块组8中的各定位块82一同分割成若干个存液区51，且每个存液区51均为菱形的结构，通过各独立存液区51，可避免管板5因安装时的不完全水平而产生偏流现象，从而保证了流入各降液管6内液体流量的一致性，确保了管板5上的液体能够得到均匀分布。

并且，需要说明的是，在本实施方式中，各降液管6在管板5上仅以正三角形阵列的方式进行分布，而各存液区51的外形仅以菱形为例进行说明，当然在实际的应用过程中，各降液管6在管板5上的排列方式也可采用矩形或者梯形等阵列方式进行分布，而各存液区51可根据降液管6在管板5上的排列方式，可以相应的改变其外形结构，其外形也可以是矩形、梯形或三角形，或者也可以是其它的多边形形状。而当存液区51的外形为矩形、梯形或三角形时，工作人员可对各布液管7上的各定位块82的位置进行适当调整，以及对每根布液管7上的定位块82的数量进行适当的增加或者减少，而在本实施方式中不再进行详细阐述。

此外，为了实现管板5与各降液管6之间的有效连接、确保无泄漏，避免焊接产生气孔、夹渣、裂纹、未焊透等缺陷，在本实施方式中，各降液管6与管板5之间采用熔融焊接的方式进行连接固定，同时为了方便工作人员将各降液管6与管板5进行焊接，在本实施方式中，如图14和图15所示，可预先在管板5的上表面开设用于对管板5与降液管6进行焊接的环形凸台，从而使得工作人员在实际的焊接操作过程中，可直接从管板5的上表面将各降液管6与管板5进行焊接连接，并且当管板5与降液管6完成焊接连接固定，两者所形成的焊缝9如图15所示，应避免焊缝高出管板5的上表面。

具体的说，在本实施方式中，如图15所示，焊区为一个开设在管板5上表面的凹槽52，并且该凹槽52内还具有一个与管板5相连的凸台53，且该凸台53用于与降液管6进行熔融焊接。同时，为了使得定位块82可有效的抵持在管板5的上表面，该凸台53的顶端与管板5的上表面之间需要保证一定的高度差，并且两者之间的高度差应不低于焊缝9的高度，使得凸台53与降液管6焊接后所形成的焊缝9能够被完全收纳在凹槽52中，即焊缝9的顶端与管板5的上表面处于同一平面，或者焊缝9的顶端低于管板5的上表面，因此可有效避免焊缝9外露在管板5的上表面对定位块82在管板5上的抵持造成干涉，使得定位块82可稳定的承靠在管板5的上表面，有效的将各存液区51相互隔开，进一步杜绝了分布在管板5上的液体出现偏流现象。

另外，如图11所示，本实施方式中所采用液体分布装置4实际为一个设置在管板5上方的单层式分布盘。具体的说，该单层式分布盘上分布有多个布液孔41，且各布液孔41均正对管板5上的各存液区51。由此不难发现，由于液体分布装置仅为单层式分布盘，同时单层式分布盘上的各布液孔41均正对管板5上的各存液区51，因此在保证液体可均匀的分布在管板5上的同时，还可减少分布盘的数量，从而简化了整个降膜蒸发设备的结构，并降低了分布盘在安装时对水平度的要求。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施方式，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (11)

1.一种液体分布器，其特征在于，包含：

布液管，所述布液管用于插入降膜蒸发设备的降液管内，且所述布液管与所述降液管同轴设置，并与所述降液管之间形成液体下流的通道，所述液体下流的通道用于对所述液体进行预布膜；

定位块组，设置在所述布液管的上端，用于在布液管插入降液管内后抵住所述降膜蒸发设备的管板，以将所述布液管固定安装于所述降液管；

其中，所述布液管的下端外缘沿其管径方向环设有若干个凸台，且各所述凸台与所述降液管的内壁相抵，且任意相邻的两个所述凸台之间相互隔开，形成用于对下流的液体进行二次布膜的通槽；

所述布液管的底部管口的外径大于所述布液管其余部分的管径，所述布液管的底部管口为一扩口；

各所述降液管分布在所述管板上。

2.根据权利要求1所述的液体分布器，其特征在于：所述通槽为弧形槽、三角形槽、梯形槽或矩形槽。

3.根据权利要求2所述的液体分布器，其特征在于：各所述凸台均设置在所述布液管的底部管口处。

4.根据权利要求1所述的液体分布器，其特征在于：所述定位块组包含：

若干个定位块，沿所述布液管的管径方向环设在所述布液管上；

所述定位块的内侧底部设有定位凸块，用于在所述布液管插入所述降液管内时抵住所述降液管的内壁，对所述布液管进行定位。

5.根据权利要求4所述的液体分布器，其特征在于：所述定位块组包含四个定位块，且任意一个所述定位块与一个相邻的所述定位块之间的夹角为60°，而与另一个相邻的所述定位块之间的夹角为120°。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的液体分布器，其特征在于：所述布液管为空心管。

7.一种降膜蒸发设备，包含管板、若干个分布在所述管板上的降液管，其特征在于：所述降膜蒸发设备还包含：若干个如权利要求1至6中任一项所述的液体分布器；

其中，所述降液管的数量与所述液体分布器的数量相同并一一对应，各所述降液管用于穿过所述管板，并与所述管板固定连接；各所述液体分布器中的布液管均有部分插入各自所对应的所述降液管内。

8.根据权利要求7所述的降膜蒸发设备，其特征在于：

所述液体分布器为如权利要求4或5所述的液体分布器；

各所述降液管分布在所述管板上；其中，各所述定位块组中的各所述定位块一同将所述管板的上表面分割成若干个存液区。

9.根据权利要求8所述的降膜蒸发设备，其特征在于：各所述存液区的外形为以下任意形状：

菱形、矩形、三角形、梯形。

10.根据权利要求7所述的降膜蒸发设备，其特征在于：所述降膜蒸发设备还包含：

单层式分布盘，位于所述管板的上方，用于向所述管板均匀分布液体；

其中，所述单层式分布盘上分布有布液孔，且各所述布液孔均正对所述管板上的各存液区。

11.根据权利要求7所述的降膜蒸发设备，其特征在于：所述管板与各所述降液管之间采用熔融焊接进行固定。

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