CN108671566A - 一种自动清洗式蒸发结晶装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动清洗式蒸发结晶装置，上部是降膜蒸发器，降膜蒸发器的中心是除沫器，下部是结晶底罐，外部是蒸发结晶装置的循环系统和料液进出的计量与管阀系统。结构特征是降膜蒸发器、结晶底罐、除沫器三合一。降膜蒸发器的加热管配置的自动清洗机构由软弹簧、能够上下运动的往复运动布膜器、清洗螺旋组成，软弹簧安装在顶室的固定板上，经过往复运动布膜器连接清洗螺旋。采用软弹簧高倍放大降膜蒸发器加热管内的波动流，实现管内壁结晶盐垢的螺旋往复自动清洗。该装置的蒸发器自动清洗，结晶底罐防堵，高效率，大节能，又可靠，结构紧凑，特别适合于小型降膜蒸发器和现役自然循环蒸发器的技改。

Description

一种自动清洗式蒸发结晶装置

技术领域

本发明涉及一种自动清洗式蒸发结晶装置，涉及列管式降膜蒸发器的管内结晶盐垢的除垢清洗和传热强化，也涉及结晶底罐的防堵塞。它主要适用于周期停车清洗的小型降膜蒸发结晶底罐和现役自然循环蒸发结晶底罐的技术改造，既能够大幅度的提高产能，又有比较大幅度的节能效益。

背景技术

现有的蒸发器自动清洗技术有多种。

文献《蒸发装置防垢新技术及其在氯化钙生产中的应用》(2008年无机盐工业第8期)介绍的流态化清洗技术，都是加热管内满流条件下应用的清洗技术，不能够作为管内壁降膜流动的蒸发器，并且结晶盐产品与流态化粒子混合在一起发生分离的新难题。

ZL002224697.x专利《自转扭带自动清洗式高效蒸发器》的扭带清洗技术。但是，扭带的自动清洗能力弱，不能满足结晶蒸发器的生产需要。最近的专利文献ZL201110038777.3《一种管内自动清洗防垢降膜式蒸发装置》通过旋转喷淋管加分区管板结构的办法，形成管内流量流速周期性波动，实现清洗螺旋的往复清洗。缺点是结构复杂，循环流量大，液膜厚，频率很低，除垢强度不够高，不能满足结晶蒸发器的除垢要求，效率不够高。

发明内容

本发明提出一种自动清洗式蒸发结晶装置，使降膜蒸发浓缩、结晶、沉积稠密、粗细分级、除沫五过程一体化，省去蒸发器—结晶底罐—稠密罐之间料液输送的泵管阀硬件，彻底摆脱容易发生的堵塞问题。采用软弹簧成倍放大降膜蒸发器加热管内的波动流，实现加热管内壁结晶盐垢的螺旋往复自动清洗，能够大幅度地增产节能。

本发明的技术方案为：一种自动清洗式蒸发结晶装置，有安装自动清洗机构的顶室，上部的降膜蒸发器和除沫器、下部的结晶底罐、外部的循环泵系统，使降膜蒸发浓缩、结晶、沉积稠密、粗细分级、除沫五过程一体化。

降膜蒸发器加热管配置的自动清洗机构，由软弹簧、安装高度可调的弹簧架板、能够上下的往复运动布膜器、清洗螺旋组成。软弹簧上端安装固定在弹簧架板上，下端悬挂往复运动布膜器，再连接清洗螺旋。弹簧架板的安装高度，在运行时可以实时调节，以便清洗螺旋的往复行程和管板上积液层深度的优化操作。软弹簧是钢丝圆柱弹簧结构，弹性系数按往复行程为螺距的(2～4)倍的原则确定。软弹簧是多功能的重要元件，功能一是诱发清洗螺旋发生上下往复运动，功能二是数倍放大加热管内降膜流的波动幅度，功能三是清洗螺旋回复向上行程的动力头，功能四是清洗螺旋上下往复行程大小的控制元件，功能五是除沫结构件。清洗螺旋采用不锈钢钢丝制造。钢丝直径0.8～2.2mm。清洗螺旋的外径比加热管内径D0小3～8mm。清洗螺旋的螺距为加热管内径的(0.80～1.60)倍。清洗螺旋的长度比加热管短200～500mm，加热管长度大多数在8米以下。

往复运动布膜器由布膜段、喉管段、防溢段和限位盘组成。布膜段L1取25～50mm，布膜段的螺旋槽的螺旋角α为20～35°、螺旋槽的深度h和宽度b均取3～5mm，螺旋槽截面积大小按流速稍高于1m/s计算确定。喉管段的外径D4比加热管内径D0小1.5～6mm，加热管内的设计流速(流量)愈大，间隙取值也愈大。喉管段的长度L2取110～300mm，对清洗强度要求愈高的取值愈大。喉管段外表面上的直流槽的深度h宽度b与螺旋槽相同。防溢段高度L3取200～300mm，设计的加热管内流速(流量)和传热温差愈大，取值也愈大。限位盘的作用是清洗螺旋向下运动的极限定位，以防软弹簧的过度拉伸变形损坏。

生产时，在加热管内壁的降膜波动流作用下，软弹簧自然发生的伸缩振动，诱发清洗螺旋尾段形成液封的液体活塞，导致加热管内的二次蒸汽“憋压”，推动液体活塞大行程地向下移动，到管口后液体活塞消失泄压，清洗螺旋在软弹簧的拉力作用下向上回复到起点，再循环重复，实现加热管内清洗螺旋大行程的往复运动清洗。不仅除垢清洗能力强，同时还由于加热管全管程的螺旋线流的对流传热强化和周向布膜，达到既高产又节能的目标。自动清洗机构不需要任何外部动力，因而结构简单可靠。

降膜蒸发器下方的汽液分离室高度H2为300～500mm，清洗强度要求愈大者取值也愈大。汽液分离室的视镜用于直接观察清洗螺旋运动状况，同时兼作维修手孔。与结晶底罐连通的下通管直径，按管内液体流速1.5～3.0m/s设计，以保障防堵螺旋有必要的动力矩。防堵螺旋的螺旋角为35°～55°。防堵螺旋采用直径2～4mm的粗钢丝制造。防堵螺旋安装在下通管入口的耐磨塑料轴承上。

除沫器的内圆筒直径D1按旋风除沫器设计。对于原自然循环蒸发器技改的，就直接利用原中心循环管即可。除沫器内圆筒上口与弹簧架板间的高差H1按低流阻等截面原则取(0.25～0.35)D1。除沫器的结构是中心管上焊接固定的倾斜角α为20°～60°的半椭圆钢板，半椭圆板的短直径比中心圆筒的内径D1小15～30mm。上升的二次蒸汽在斜装半椭圆板的导向下形成螺旋流，利用离心力实现除沫。二次蒸汽排出前，还经过弹簧架板、软弹簧的进一步除沫。

结晶贯穿降膜蒸发结晶装置的全过程的始终。含微晶的循环母液在加热管全管程的降膜流动过程中，总是被加热沸腾汽化，始终不断地进行着浓缩过饱和结晶。并且，降膜流频繁地被清洗螺旋的钢丝阻挡减速和搅动，形成比较有利的结晶长大条件。母液到达结晶底罐后仍然还有一定的过饱和度，继续结晶长大。结晶底罐的圆锥区的功能是结晶稠密和结晶体的粗细分级。底层比较粗的结晶体排放去离心机分离。结晶底罐圆筒区的功能是结晶沉积稠密，顶层含比较细微晶的料液由循环泵输送到降膜蒸发器去再蒸发结晶长大。结晶底罐的直径D2与降膜蒸发器相同。结晶底罐的高度H2取1.5～3.0m，圆锥角β45°～75°，尽可能取小值，有利于防堵和结晶体粗细分级的效果。透明的液位计管，能够同时显示集液盘内的液位和结晶底罐内的液位，两者的液位差值可以实时反映结晶底罐内的流动阻力大小。若显示的阻力过大就预示结晶底罐内晶浆层有发生结团阻塞的苗头了，就需要及时开通反冲环形管进行反冲防堵操作。

外部的循环系统主要有循环泵、流量计和料液进出的工艺管阀。借助循环流量计和阀门，调节控制加热管内的流速流量与液膜厚度，实现操作优化。依据液位计管显示的结晶底罐内液位，操作补充来料的阀门，稳定结晶底罐内的液面高低。

附图说明

图1为本发明一实施例中的自动清洗式蒸发结晶装置的总图；

图2为本发明一实施例中的往复运动布膜器的结构图。

图中：1二次蒸汽出口管 2顶室 3除沫器 4弹簧架板 5软弹簧 6自动清洗机构 7往复运动布膜器 8清洗螺旋 9加热管 10加热室 11除沫器 12半椭圆板 13汽液分离室 14集液盘 15塑料轴承 16下通管 17防堵螺旋 18浆料泵 19反冲环形管 20结晶底罐 21循环泵 22流量计 23液位计管 24冷凝水管 25不凝气排放管 26降膜蒸发器 27加热蒸汽管 28循环管 29悬挂孔 30防溢段 31限位盘 32喉管段 33直流槽 34布膜段 35螺旋槽

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案，以下结合附图及实施例，对本发明的技术方案进行进一步详细说明，显而易见地，下面描述仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些实施例获得其他的实施例。

参照图1、图2，一种自动清洗式蒸发结晶装置，有安装自动清洗机构6的顶室2，上部的降膜蒸发器26和除沫器3、下部的结晶底罐20、外部的循环泵21系统，使降膜蒸发浓缩、结晶、沉积稠密、粗细分级、除沫五过程一体化。

降膜蒸发器26的加热管9配置的自动清洗机构6，由软弹簧5、安装高度可调的弹簧架板4、能够上下的往复运动布膜器7、清洗螺旋8组成。软弹簧5上端安装固定在弹簧架板4上，下端悬挂往复运动布膜器7，再连接清洗螺旋8。弹簧架板4的安装高度，在运行时可以实时调节，以便清洗螺旋8的往复行程和管板上积液层深度的优化操作。软弹簧5是钢丝圆柱弹簧结构，弹性系数按往复行程为清洗螺旋8螺距的(2～4)倍的原则确定。软弹簧5是多功能的重要元件，功能一是诱发清洗螺旋8发生上下往复振动，功能二是数倍放大加热管9内降膜波动流，功能三是清洗螺旋8回复向上行程的动力头，功能四是清洗螺旋8上下往复行程大小的控制元件，功能五是除沫结构件。清洗螺旋8采用不锈钢钢丝制造。钢丝直径0.8～2.2mm。清洗螺旋8的外径比加热管9内径D0小3～8mm。清洗螺旋8的螺距为加热管9内径的(0.80～1.60)倍。清洗螺旋8的长度比加热管9短200～500mm，加热管9长度大多数在8米以下。

往复运动布膜器7由布膜段34、喉管段32、防溢段30和限位盘31组成。布膜段34长度L1取25～50mm，布膜段34的螺旋槽34的螺旋角α为20～35°、螺旋槽35的深度h和宽度b均取3～5mm，螺旋槽35截面积大小按流速稍高于1m/s计算确定。喉管段32的外径D4比加热管9内径D0小1.5～6mm，加热管9内的设计流速(流量)愈大，间隙取值也愈大。喉管段32的长度L2取110～300mm，对清洗强度要求愈高的取值愈大。喉管段32外表面上的直流槽33的深度h宽度b与螺旋槽32相同。防溢段30高度L3取200～300mm，设计的加热管9内流速(流量)和传热温差愈大，取值也愈大。限位盘31的作用是清洗螺旋8向下运动的极限定位，以防软弹簧5的过度拉伸变形损坏。

生产时，在加热管9内壁的降膜波动流作用下，软弹簧5自然发生的伸缩振动，诱发清洗螺旋8尾段形成液封的液体活塞，导致加热管9内的二次蒸汽“憋压”，推动液体活塞大行程地向下移动，到管口后液体活塞消失泄压，清洗螺旋8在软弹簧5的拉力作用下向上回复到起点，再循环重复，实现加热管9内清洗螺旋8大行程的往复运动清洗。不仅除垢清洗能力强，同时还由于加热管9全管程的螺旋线流的对流传热强化和周向布膜，达到既高产又节能的目标。自动清洗机构6不需要任何外部动力，因而结构简单可靠。

降膜蒸发器26下方的汽液分离室13高度H2为300～500mm，清洗强度要求愈大者取值也愈大。汽液分离室13的视镜用于直接观察清洗螺旋8的运动状况，同时兼作维修手孔。与结晶底罐20连通的下通管16直径，按管内液体流速1.5～3.0m/s设计，以保障防堵螺旋17有必要的动力矩。防堵螺旋17的螺旋角为35°～55°。防堵螺旋17采用直径2～4mm的粗钢丝制造。防堵螺旋17安装在下通管入口的耐磨塑料轴承15上。

除沫器3的内圆筒直径D1按旋风除沫器设计。对于原自然循环蒸发器技改的，就直接利用原中心循环管即可。除沫器3内圆筒上口与弹簧架板4间的高差H1按低流阻等截面原则取(0.25～0.35)D1。除沫器3的结构是中心管上焊接固定的倾斜角α为20°～60°的半椭圆钢板12，半椭圆板12的短直径比中心圆筒的内径D1小15～30mm。上升的二次蒸汽在斜装半椭圆板12的导向下形成螺旋流，利用离心力实现除沫。二次蒸汽排出前，还经过弹簧架板4和软弹簧5的进一步除沫。

结晶贯穿降膜蒸发结晶装置的全过程的始终。含微晶的循环母液在加热管9全管程的降膜流动过程中，总是被加热沸腾汽化，始终不断地进行着浓缩过饱和结晶。并且，降膜流频繁地被清洗螺旋8的钢丝阻挡减速和搅动，形成比较有利的结晶长大条件。母液到达结晶底罐20后仍然还有一定的过饱和度，继续结晶长大。结晶底罐20的圆锥区的功能是结晶稠密和结晶体的粗细分级。底层比较粗的结晶体排放去离心机分离。结晶底罐20圆筒区的功能是结晶沉积稠密，顶层含比较细微晶的料液由循环泵21输送到降膜蒸发器26去再蒸发结晶长大。结晶底罐20的直径D2与降膜蒸发器26相同。结晶底罐20的高度H2取1.5～3.0m，圆锥角β45°～75°，尽可能取小值，有利于防堵和结晶体粗细分级的效果。透明的液位计管23，能够同时显示集液盘14内的液位和结晶底罐20内的液位，两者的液位差值可以实时反映结晶底罐20内的流动阻力大小。若显示的阻力过大就预示结晶底罐20内晶浆层有发生结团阻塞的苗头了，就需要及时开通反冲环形管19进行反冲防堵操作。

外部的循环系统主要有循环泵21、流量计22和料液进出工艺管阀。借助循环流量计22和阀门，调节控制加热管内9的流速流量与液膜厚度，实现操作优化。依据液位计管23显示的结晶底罐20内液位，操作补充来料的阀门，稳定结晶底罐20内的液面高低。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种自动清洗式蒸发结晶装置，主要有安装自动清洗机构(6)的顶室(2)，上部的降膜蒸发器(26)和除沫器(3)、下部的结晶底罐(20)、外部的循环泵(21)系统，其特征为：降膜蒸发浓缩、结晶、沉积稠密、粗细分级、除沫五过程的一体化；加热管(9)配置的自动清洗机构(6)，由软弹簧(5)、安装高度可调的弹簧架板(4)、能够上下的往复运动布膜器(7)、清洗螺旋(8)组成；软弹簧(5)是关键性的多功能元件，采用钢丝圆柱弹簧结构，弹性系数按往复行程为清洗螺旋(8)螺距的(2～4)倍的原则确定；结晶贯穿在加热管(9)内的降膜蒸发浓缩流动的全管程和结晶底罐(20)内的全流路过程的始终；结晶底罐(20)圆筒区的功能是结晶沉积稠密；结晶底罐(20)圆锥区的功能是结晶稠密和结晶体的粗细分级，圆锥角β45°～75°，尽可能取小值，有利于防堵和结晶体粗细分级的效果；除沫器(3)的结构是中心管上焊接固定的、倾斜角α为20°～60°的半椭圆钢板(12)，半椭圆板(12)的短直径D6比除沫器(3)内圆筒内径D1小15～30mm，除沫器(3)内圆筒上口与弹簧架板(4)间的高差H1按低流阻等截面原则取(0.25～0.35)D1。

2.根据权利要求1的一种自动清洗式蒸发结晶装置，其特征在于：透明的差压计管(23)能够同时显示集液盘(14)内的液位和结晶底罐(20)的液位，两者的液位差值可以实时反映结晶底罐(20)内的流动阻力大小。若显示的阻力过大就预示晶浆层有发生结团阻塞的苗头了，就需要及时开通的反冲环形管(20)反冲防堵操作。

3.根据权利要求1的一种自动清洗式蒸发结晶装置，其特征在于：清洗螺旋(8)的外径比加热管(9)内径D0小3～10mm、螺距为加热管(9)内径D0的(0.60～1.6)倍、长度比加热管(9)短300～500mm。