CN110721487A - 带半开窗的管壁布膜器、降膜式蒸发设备及液体分布方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带半开窗的管壁布膜器，包括布膜器本体，所述布膜器下端与换热管内壁套接,其特征在于：所述布膜器管壁上设有若干个带有液体导向窗页的半开式窗口；所述布膜器管口沿着轴向母线切开并部分重叠；所述的布膜器本体管壁沿周向设置若干个定位凸台。还公开了降膜式蒸发或再沸设备，以及液体分布方法。本发明同时改善了管程相变传热与壳程冷凝传热，使得本发明的降膜式蒸发设备总传热系数可达到光管的约1.73倍，可适应换热设备更大的负荷操作要求，有效改善出口物料质量。

Description

带半开窗的管壁布膜器、降膜式蒸发设备及液体分布方法

技术领域

本发明涉及本发明属于换热器范畴，特别涉及一种高效降膜式蒸发/再沸设备管壁布膜器，还涉及蒸发设备，以及液体分布方法。

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，而广泛应用于化工、炼油、能源、航天、海水淡化及制冷等领域。其中，管壁布膜器保证管内全部润湿成膜对于传热效果至关重要。现有的布膜器，布膜不够均匀。因此，需要开发一种半开式降膜蒸发管壁布液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管壁布膜器。本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种高效的降膜式蒸发设备。本发明还要解决的一个技术问题是，提供利用该降膜式蒸发设备的管壁液体分布方法。

本发明的技术方案是：一种带半开窗的管壁布膜器，包括布膜器本体，所述布膜器下端与换热管内壁套接,所述布膜器管壁上设有若干个带有液体导向窗页的半开式窗口；所述布膜器管口沿着轴向母线切开并部分重叠；所述的布膜器本体管壁沿周向设置若干个定位凸台。

所述布膜器管口沿着轴向母线切开并重叠形成开口叠边。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。管口沿着轴向母线切开并重叠，使得在圆周方向又有较好地弹性，这样能满足换热管内径有误差的要求。

带有液体导向窗页的半开式窗口的布膜器为内凹的向内开口的形状。

根据本发明的带开窗的管壁布膜器，优选的是，所述定位凸台位于所述布膜器本体的中截面上。本发明的管壁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，布膜器上的定位凸台，以控制布膜器的插入深度。

优选的是，凸台可以设在半开式窗口周向对应的管壁上，也可以设在布膜器管壁的其他地方，沿周向设置。凸台设在半开式窗口周向对应的管壁上时，该半开式窗口与管壁连接处的一端呈被下压的内凹状，相应地，半开式窗口另一端外缘有相应的凸台。

根据本发明的带开窗的管壁布膜器，优选的是，所述带有液体导向窗页的半开式窗口为内凹的类似楔形的窗口，所述楔形底部和顶部与布膜器管壁连接；或所述带有液体导向窗页的半开式窗口为半圆形。

窗口还可以为半圆形或者类似半圆形，三角形，梯形等。

优选的是，所述布膜器管壁上的窗口沿管壁均匀分布；所述窗口宽度为1.8mm～3.2mm。

优选的是，所述布膜器上端管壁设有凹槽。在上端挨近管口的管壁设置有凹槽。

凹槽用于供卡箍固定，提高强度，可防止布膜器可能的炸开。

凹槽可以为连续一圈，也可以为不连续的几个卡槽，只要能供卡箍固定即可。当为不连续的凹槽时，更优选的是，所述布膜器管壁上端有2～3个凹槽。

当所述布膜器插入换热管时，布膜器与换热管同轴度。

优选的是，所述窗口数2～8个。更优选的是，窗口数为2-4个。

优选的是，所述布膜器管口轴向母线切开并部分重叠，重叠部分叠边为2mm～7mm。

这样的重叠宽度长度能节约用料。

本发明还提供了一种降膜式蒸发或再沸设备，包括管箱1和与之连接的筒体4，所述换热设备筒体4呈立式布置，所述管箱1通过上端法兰与筒体4连接，所述筒体4下端设有下端法兰；换热管11设于筒体4内，贯穿于所述法兰；

所述管箱1里设置有布液盘2，管箱1上端设有管程进口，管程进口8设有防涡流装置8-1，所述换热管11下端位置为管程出口7；所述换热管11进口位置连接有上述的布膜器9；所述筒体上端设置壳程进口10，所述筒体下端设有壳程出口5。

布膜器9是插入换热管内的，其直径与换热管内径相当。所述管程进口位于所述壳程进口上方；所述管程出口位于所述壳程出口下方。管口布膜器安装在换热管11上端口部分。

根据本发明的一种降膜式蒸发或再沸设备，优选的是，所述布液盘有两部分，上端为布液盘小圆筒12，下端为布液盘大圆筒13，两者通过螺柱15连接。

根据本发明的一种降膜式蒸发或再沸设备，优选的是，所述布液盘小圆筒12底部设有布液孔14。

根据本发明的一种降膜式蒸发或再沸设备，优选的是，所述管程进口位于所述布液盘上方；所述防涡流装置与所述管程进口相连通，呈圆盘状或类似圆盘状。

根据本发明的一种降膜式蒸发或再沸设备，优选的是，所述上端法兰间设有堆焊密封层；所述下端法兰间设有堆焊密封层。

优选的是，所述换热管基体外表面开有纵槽；所述换热管纵槽横截面为U型。

本发明还提供了一种降膜式换热蒸发或再沸设备的管口液体分布方法，采用上述降膜式蒸发或再沸设备，蒸汽从筒体上端壳程进口进入壳程，于换热管表面进行冷凝换热，冷凝液沿换热管在重力作用下从筒体下端壳程出口排出；管程介质沿管程进口进入，落入布液盘中，通过布液盘小孔均匀落在管板的管桥上，于管板上方形成稳定液位后，液料从布膜器上的窗口进入，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；通过管壁布膜器，将工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，换热过后管内工质从管程出口排出。

本发明的有益效果是：

(1)防涡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)采用多窗口旋流式结构技术，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％。

(3)新型高效降膜式蒸发器与普通换热器相比较，传热效率提高40％～45％。

本发明的管口布膜器液料通布液管上的窗口进入，在重力和静液位压差的双重作用下，流入管内的液膜会旋转下降，并形成完整的均匀液膜，管内液体无漏流现象。

本发明的管口布膜器液料流入传热管内的液膜由于沿内壁旋转作用，从而强化了管内蒸发换热效率。管口布膜器把管板上的液体通过窗口切向旋流、均匀和稳定地布满换热管，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。

本发明的管口布膜器与传统布膜器相比，此新型液体降膜布膜器，结构简单，布膜均匀，易拆装，可批量生产。

附图说明

图1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2a是本发明管程进口防涡流装置示意图。

图2b是防涡流装置横截面示意图。

图3为本发明的布液盘结构示意图。

图4为本发明管壁布膜器的结构示意图。

图5是本发明管壁布膜器带凹槽的结构示意图。

图6是本发明管壁布膜器的窗口为三角形时的结构示意图。

图7和图8是布膜器液体流动状态。

图中：1—管箱，2—布液盘，3—上端法兰，3-1—下端法兰，4—筒体，5—壳程出口，6—堆焊密封层，7—管程出口，8—管程进口，8-1-防涡流装置，9—布膜器，10—壳程进口，11—换热管，12—布液盘小圆筒，13—布液盘大圆筒，14—布液孔，15—螺柱，16—布膜器开口。

具体实施方式

如图1所示，高效降膜式换热设备，所述换热设备包括：管箱1、带有换热管的筒体4、管箱1通过法兰与筒体4连接，换热设备筒体4立式布置，上下两端通过上端法兰3和下端法兰3-1连接，法兰间设有堆焊密封层6，换热管11与法兰通过堆焊密封层6进行密封、定位。管箱1里放置有分液盘2，对管箱1上端管程进口8冷物料进行均布。管程进口8连接有防涡流装置8-1，防涡流装置的结构示意图见图2a和图2b。换热管进口位置连接有布膜器9，进行管内物料布膜，所述换热管11下端位置为管程出口7，所述布膜器上端设于所述布液盘2中；而筒体上端设置壳程进口10，所述筒体下端设有壳程出口5。蒸汽从筒体上端壳程进口10进入壳程于换热管11表面进行冷凝换热，冷凝液沿换热管11在重力作用下从筒体下端壳程出口5排出。

如图2a和图2b，管程进口8设有防涡流装置8-1，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。

如图3，管箱1里放置有液体分布盘，布液盘有两部分，上端为布液盘小圆筒12，下端为布液盘大圆筒13，液体在进入到布膜器9前先落到布液盘小圆筒12，再由小圆筒内的布液孔14落到大圆筒内13。

分液盘可以对管箱上端的管程进口的冷物料进行均布；布膜器进行管内物料布膜；管程出口物料为汽液混合相。

蒸汽从筒体上端壳程进口10进入壳程于换热管11表面进行冷凝换热，冷凝液沿换热管11在重力作用下从筒体下端壳程出口5排出。

如图4所示，带开窗的管状布膜器，包括布膜器本体，布膜器上端与换热管内壁套接，所述布膜器管壁上设有若干个带有导向窗页的窗口；布膜器本体的管壁上设有贯通长度方向的开口叠边，所述窗口沿布膜器本体管壁周向分布；所述窗页一侧与所述布膜器本体管壁连接。布膜器管口沿着轴向母线切开并重叠形成开口叠边。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。导向窗叶呈类似楔形的结构，所述楔形底部向管壁内凹并与布膜器管壁连通。其余部分朝向所述布膜器本体内部。

在另一个优选的实施方式中，如图5，布膜器管壁上端设有凹槽开口。凹槽用于供卡箍固定，提高强度，可防止布膜器可能的炸开。凹槽可以为连续一圈，也可以为不连续的几个卡槽，只要能供卡箍固定即可。如图6，是管壁布膜器的窗口为三角形时的结构示意图。管壁布膜器的窗口还可以为其他形状。

所述管程进口位于所述布液盘上方；所述防涡流装置8-1与所述管程进口相连通，呈圆盘状或类似圆盘状。防涡流装置的横截面呈圆盘状或者类似圆盘状，纵截面显示，防涡流装置与上面的管程进口套接，连通，管程介质由管程进口进入，流经防涡流装置，再进入布液盘中。防涡流装置可以防止管程物料的直接冲刷使得液位不稳定。

本发明的管口液体分布方法，采用图1的降膜式蒸发或再沸设备，蒸汽从筒体上端壳程进口进入壳程，于换热管表面进行冷凝换热，冷凝液沿换热管在重力作用下从筒体下端壳程出口排出；管程介质沿管程进口进入，落入布液盘中，通过布液盘小孔均匀落在管板的管桥上，于管板上方形成稳定液位后，液料从布膜器上的窗口进入，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；通过管壁布膜器，将工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，见图7和图8；换热管内的流体液膜与换热管外的蒸汽间进行热量交换，换热过后管内工质从管程出口排出。

Claims (10)

1.一种带半开窗的管壁布膜器，包括布膜器本体，所述布膜器下端与换热管内壁套接,其特征在于：所述布膜器管壁上设有若干个带有液体导向窗页的半开式窗口；所述布膜器管口沿着轴向母线切开并部分重叠；所述的布膜器本体管壁沿周向设置若干个定位凸台。

2.根据权利要求1所述的带半开窗的管壁布膜器，其特征在于：所述带有液体导向窗页的半开式窗口为内凹的类似楔形的窗口，所述楔形底部和顶部与布膜器管壁连接；或所述带有液体导向窗页的半开式窗口为半圆形。

3.根据权利要求1所述的带半开窗的管壁布膜器，其特征在于：所述布膜器管壁上的窗口沿管壁均匀分布；所述窗口宽度为1.8mm～3.2mm。

4.根据权利要求1所述的带半开窗的管壁布膜器，其特征在于：所述布膜器上端管壁设有凹槽。

5.根据权利要求1所述的带半开窗的管壁布膜器，其特征在于：所述布膜器管口轴向母线切开并部分重叠，重叠部分叠边为2mm～7mm；所述窗口数2～8个。

6.一种降膜式蒸发或再沸设备，包括管箱(1)和与之连接的筒体(4)，其特征在于：所述换热设备筒体(4)呈立式布置，所述管箱(1)通过上端法兰与筒体(4)连接，所述筒体(4)下端设有下端法兰；换热管(11)设于筒体(4)内，贯穿于所述法兰；

所述管箱(1)里设置有布液盘(2)，管箱(1)上端设有管程进口，管程进口(8)设有防涡流装置(8-1)，所述换热管(11)下端位置为管程出口(7)；所述换热管(11)进口位置连接有权利要求1所述的布膜器(9)；所述筒体上端设置壳程进口(10)，所述筒体下端设有壳程出口(5)。

7.根据权利要求6所述的一种降膜式蒸发或再沸设备，其特征在于：所述布液盘有两部分，上端为布液盘小圆筒(12)，下端为布液盘大圆筒(13)，两者通过螺柱(15)连接。

8.根据权利要求6所述的一种降膜式蒸发或再沸设备，其特征在于：所述布液盘小圆筒(12)底部设有布液孔(14)；所述管程进口位于所述布液盘上方；所述防涡流装置与所述管程进口相连通，呈圆盘状或类似圆盘状。

9.根据权利要求6所述的一种降膜式蒸发或再沸设备，其特征在于：所述上端法兰间设有堆焊密封层；所述下端法兰间设有堆焊密封层。

10.一种降膜式换热蒸发或再沸设备的管壁液体分布方法，其特征在于：采用权利要求6所述降膜式蒸发或再沸设备，蒸汽从筒体上端壳程进口进入壳程，于换热管表面进行冷凝换热，冷凝液沿换热管在重力作用下从筒体下端壳程出口排出；管程介质沿管程进口进入，落入布液盘中，通过布液盘小孔均匀落在管板的管桥上，于管板上方形成稳定液位后，液料从布膜器上的窗口进入，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；通过管口布膜器，将工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，换热过后管内工质从管程出口排出。

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