CN110025969A - 一种降膜式蒸发器及液体分布方法 - Google Patents

一种降膜式蒸发器及液体分布方法 Download PDF

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王学生
曹洪海
陈琴珠
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Abstract

本发明公开了一种降膜式蒸发器，管箱上端口设有管程进口，管程进口下端设有导流板；导流板下方依次设置有上布液盘和下布液盘；下布液盘下方设置有换热管，换热管进口位置连接有布膜器；压力平衡管贯穿设置在上布液盘和下布液盘上，连通所述上布液盘上方和下布液盘下方的管箱内空间；压力平衡管管壁上，位于两布液盘之间处开有一个压力平衡孔。同时还提供利用该降膜式蒸发器的液体分布方法。液体通过双层分液槽后，分布更均匀，确保各换热管束进液流量稳定且相等；通过布液盘的液体经布膜器三角形窗口时能迅速旋流布膜，无干壁过渡区，布膜均匀，能更好地适应于降膜蒸发器中的换热管，满足降膜蒸发器性能要求和使用要求。

Description

一种降膜式蒸发器及液体分布方法
技术领域
本发明涉及换热器范畴，特别涉及一种新型高效降膜式蒸发设备液体分布器。
背景技术
降膜蒸发作为一种高效的传热传质技术，相较于其他类型的传热方式，竖管降膜蒸发传热具有传热系数高、传热温差损失小、易实现多效操作、可处理热敏性物料、结构简单、安装方便等优点，广泛应用于化工、炼油、能源、航天、海水淡化及制冷等领域。蒸发器与再沸器在结构上无差别，只是工艺用途不同命名不同，所以该设备既可以叫做蒸发器，又可以叫做再沸器。
其中，液体分布方法对于管内全部润湿成膜对于传热效果至关重要，开发高效的液体分布装置能显著提高管程传热效率。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种新型高效降膜式蒸发器或者再沸器。本发明要解决的另一个技术问题是，提供该降膜式蒸发器或者再沸器的液体分布方法。
本发明的技术方案是，一种降膜式蒸发器，包括管箱，管箱上的管程进口和管程出口，所述管箱1上端口设有管程进口4，所述管程进口4下端设有导流板5；所述导流板5下方依次设置有上布液盘3和下布液盘2；所述下布液盘2下方设置有换热管，所述换热管进口位置连接有布膜器7；
压力平衡管6贯穿设置在上布液盘和下布液盘上，连通所述上布液盘上方和下布液盘下方的管箱内空间；所述压力平衡管管壁上，位于两布液盘之间处开有一个压力平衡孔。
压力平衡管位于两布液盘之间处开有一个压力平衡孔，当进料时，布液盘下方气体通过平衡管底部上升进入管箱上部，两布液盘之间的气体通过平衡管中间的平衡孔进入管箱上部，从而平衡管箱压力，确保布液，降膜过程顺利进行。
其中，所述导流板与所述管程进口套接，所述导流板呈圆盘状或类似圆盘状。
其中，所述上布液盘上设有大小直径不同的布液孔；所述下布液盘上设有大小直径不同的布液孔。
进一步地，所述布液孔均匀设置。
进一步地，所述上下布液盘的布液孔，交错设置。
其中，所述压力平衡管上下贯通。
其中，在一个优选的实施方案中，所述布膜器为管状结构，横截面为圆形；在管壁同一水平面上设置若干三角形形状的窗口；所述布膜器下端与所述换热管连接处设有定位结构。本发明的三角形开口布膜器下部插入换热管上端管口，并与换热管内壁完全契合，布膜器上设有定位结构，以控制布膜器的插入深度。
进一步地，所述布膜器直径与换热管内径相当，布膜器管口沿着轴向母线切开并重叠。本发明的三角形开口布膜器直径与换热管内径相当，管口沿着轴向母线切开并重叠具有弹性功能，安装时收紧布膜器，当插入管内后布膜器松开，紧紧地贴在换热管内壁，保证布膜器与换热管同轴度。
本发明还提供了一种降膜式蒸发器的液体分布方法，采用上述的降膜式蒸发器，管程介质沿管程进口进入，落入布液盘中，通过双层分液槽结构的上下布液盘均匀落在每一根换热管进口，通过管口布膜器将管程介质均匀地分布到每一根换热管中，并且在换热管内壁呈膜状向下流动；换热管内的流体液膜与换热管外的蒸汽间进行热量交换，换热过后管内介质从管程出口排出；
管程介质进入时，下布液盘下方气体通过压力平衡管底部上升进入管箱上部，两布液盘之间的气体通过平衡管中间的平衡孔进入管箱上部。
本发明的上下布液盘形成双层分液槽结构布液盘，布液盘可以对管箱1上端的管程进口4的液料进行均布；布膜器进行管内物料布膜；管程出口物料为汽液混合相。由于管程出口中有一部分为液料蒸汽，因此出口物料为汽液混合相。
管程介质由管程进口4进入，流经导流板，再进入布液盘中，从而可以防止管程物料的直接冲刷使得液位不稳定。
根据本发明的液体分布方法，优选的是，所述布膜器为管状结构，横截面为圆形；在管壁同一水平面上设置若干三角形形状的窗口；所述布膜器下端与所述换热管连接处设有定位结构；介质从布膜器三角形开窗口进入，在重力和静液位压差的双重作用下，流入管内的液膜旋转下降，并形成完整的均匀液膜。管内液体无漏流现象，强化了管内蒸发换热效率。
三角形开口布膜器与传统布膜器相比，此新型液体降膜布液器，结构简单，布膜均匀，易拆装，可批量生产。
本发明的液体分布装置创新点在于液体通过双层分液槽后，分布更均匀，确保各换热管束进液流量稳定且相等；通过布液盘的液体经布膜器三角形窗口时能迅速旋流布膜，无干壁过渡区，布膜均匀，能更好地适应于降膜蒸发器中的换热管，满足降膜蒸发器性能要求和使用要求；布膜器结构简单，可紧紧贴合换热管内径由于焊接造成的误差，布膜器定位凸台保证了布膜器与换热管安装垂直度和布膜器高度，使液体稳定地通过布膜器的窗口切向旋流进入换热管内，换热管内无液体过渡区，不会产生干壁现象。
本发明的有益效果：
(1)导流结构及多层布液盘结构组合的协调设计技术，解决了大型降膜蒸发设备内部液体分布不稳定、不均匀的技术难题，设备公称直径已达到相关设计标准规定的最大直径DN4000mm。
(2)采用双层分液槽结构的布液盘，与传统单层布液盘相比，液体通过布液盘大小孔洞两次布液，该发明的布液盘可以将工质更加均匀地分布到每一根换热管进口，确保各换热管束进液流量稳定且相等，更有助于换热管内壁成膜。
(3)采用布膜器三角开口旋流式结构技术，突破了传统换热管管口布膜器成膜困难、流量大、且设备运行负荷适用范围受限等技术瓶颈，最小成膜流量降低30％，负荷适用范围可达70％～130％。
(4)使用新型高效降膜式蒸发/再沸器液体分布方法的换热设备与传统换热设备相比较，传热效率提高40％～45％。
附图说明
图1为本发明所述新型高效降膜式蒸发设备结构示意图。
图2为本发明管程进口导流装置示意图。
图3为本发明所述双层分液槽结构的液体分布盘结构示意图。
图4为本发明所述管口布膜器图。
图5为本发明布膜器横截面图。
其中：1—管箱，2—下布液盘，3—上布液盘，4—管程进口，5—导流板，6—压力平衡管，7—布膜器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细描述。
如图1所示，一种新型高效降膜式蒸发/再沸器涉及到的关键部件包括：管箱1，与管板焊接的换热管和管箱里放置的上下布液盘2，3，对管箱1上端管程进口4冷物料进行均布。管程进口4连接有导流板5，导流板5的结构示意图见图2。换热管进口上方布置结构为双层分液槽的布液盘2，3，进行管程进料分布；换热管进口位置插接布膜器7，进行管内物料布膜，所述布膜器上端设于所述布液盘2，3中；压力平衡管6贯穿设置在上布液盘3和下布液盘2上，连通所述上布液盘上方和下布液盘下方的管箱内空间；所述压力平衡管管壁上，位于两布液盘之间处开有一个压力平衡孔。
压力平衡管位于两布液盘之间处开有一个压力平衡孔，作用是，当进料时，布液盘下方气体通过平衡管底部上升进入管箱上部，两布液盘之间的气体通过平衡管中间的平衡孔进入管箱上部，从而平衡管箱压力，确保布液，降膜过程顺利进行。
如图2，管程进口4设有导流板5，可以避免管程进口物料的直接冲刷造成的液位不稳定，对物料均布有一定的积极作用。
在一个优选的实施方式中，如图3，管箱1里放置有布液盘，布液盘分为两层，上端布液盘开大孔径，位置与换热管排布一致，下端布液盘开小孔径，每根换热管位置被周围六个小孔包围；液体两次布膜先通过上布液盘3再经过下布液盘2，最终均匀地分布到每一根换热管中。
本发明的液体分布方法，采用上述的降膜式蒸发器，管程介质沿管程进口进入，落入布液盘中，通过双层分液槽结构的上下布液盘均匀落在每一根换热管进口，通过管口布膜器将管程介质均匀地分布到每一根换热管中，并且在换热管内壁呈膜状向下流动；换热管内的流体液膜与换热管外的蒸汽间进行热量交换，换热过后管内介质从管程出口排出。
如图4所示，在一个优选的实施方案中，本发明的布膜器为三角形开窗结构。布膜器为管状结构，横截面为圆形；在管壁同一水平面上设置若干三角形形状的窗口；所述布膜器下端与所述换热管连接处设有定位结构；介质从布膜器三角形开窗口进入，在重力和静液位压差的双重作用下，流入管内的液膜旋转下降，并形成完整的均匀液膜。管内液体无漏流现象，强化了管内蒸发换热效率。布膜器上窗口的数量根据具体介质要求可以不同。
在一个优选的实施方式中，如图5，所述开口沿布膜器本体管壁周向分布；所述三角形窗页一侧与所述布膜器本体管壁连接，其余部分朝向所述布膜器本体内部。管壁向内凹，形成一个类似三棱柱形状的开口。
采用本发明的装置，进料液体通过双层分液槽组成的布液盘均匀和稳定地布满换热管进口；管口布膜器把管板上的液体通过窗口切向旋流，当液体进入窗口瞬间时无轴向流动使液体迅速地布满换热管内壁，不存在干壁过渡区，使降膜式蒸发/再沸设备高效换热。

Claims (10)

1.一种降膜式蒸发器，包括管箱，管箱上的管程进口和管程出口，其特征在于：所述管箱(1)上端口设有管程进口(4)，所述管程进口(4)下端设有导流板(5)；所述导流板(5)下方依次设置有上布液盘(3)和下布液盘(2)；所述下布液盘(2)下方设置有换热管，所述换热管进口位置连接有布膜器(7)；
压力平衡管(6)贯穿设置在上布液盘和下布液盘上，连通所述上布液盘上方和下布液盘下方的管箱内空间；所述压力平衡管管壁上，位于两布液盘之间处开有一个压力平衡孔。
2.根据权利要求1所述的降膜式蒸发器，其特征在于：所述导流板与所述管程进口套接，所述导流板呈圆盘状或类似圆盘状。
3.根据权利要求1所述的降膜式蒸发器，其特征在于：所述上布液盘上设有大小直径不同的布液孔；所述下布液盘上设有大小直径不同的布液孔。
4.根据权利要求3所述的降膜式蒸发器，其特征在于：所述布液孔均匀设置。
5.根据权利要求3所述的降膜式蒸发器，其特征在于：所述上下布液盘的布液孔，交错设置。
6.根据权利要求1所述的降膜式蒸发器，其特征在于：所述压力平衡管上下贯通。
7.根据权利要求1所述的降膜式蒸发器，其特征在于：所述布膜器为管状结构，横截面为圆形；在管壁同一水平面上设置若干三角形形状的窗口；所述布膜器下端与所述换热管连接处设有定位结构。
8.根据权利要求7所述的降膜式蒸发器，其特征在于：所述布膜器直径与换热管内径相当，布膜器管口沿着轴向母线切开并重叠。
9.一种降膜式蒸发器的液体分布方法，其特征在于：采用权利要求1所述的降膜式蒸发器，管程介质沿管程进口进入，落入布液盘中，通过双层分液槽结构的上下布液盘均匀落在每一根换热管进口，通过管口布膜器将管程介质均匀地分布到每一根换热管中，并且在换热管内壁呈膜状向下流动；换热管内的流体液膜与换热管外的蒸汽间进行热量交换，换热过后管内介质从管程出口排出；
管程介质进入时，下布液盘下方气体通过压力平衡管底部上升进入管箱上部，两布液盘之间的气体通过平衡管中间的平衡孔进入管箱上部。
10.根据权利要求9所述的降膜式蒸发器的液体分布方法，其特征在于：所述布膜器为管状结构，横截面为圆形；在管壁同一水平面上设置若干三角形形状的窗口；所述布膜器下端与所述换热管连接处设有定位结构；介质从布膜器三角形开窗口进入，在重力和静液位压差的双重作用下，流入管内的液膜旋转下降，并形成完整的均匀液膜。
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