CN1222338C - 生产纯蒸汽的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于生产纯蒸汽的方法和装置，其中在蒸发管中生产的蒸汽在一个螺旋路径中带向上方。在所述螺旋路径的外壁上，设置了用于捕捉通过离心力带到所述壁上的水滴。当蒸汽在所述开口外侧的一个冷却表面上冷凝时，产生了通过所述开口的径向流动。在所述冷却表面上形成的水相中富含杂质，并且水相在重力作用下向下流动以形成一个废弃水池，其水流恒定地被去除。纯蒸汽从所述螺旋路径上方排出。

Description

生产纯蒸汽的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于特定目的的高纯度蒸汽的生产。更具体地，本发明涉及利用降膜蒸发器和上升通道生产纯蒸汽，其中所述上升通道用于分离水滴和杂质。

背景技术

高纯度蒸汽用于许多医学目的，例如药品的生产、要求杀菌条件和用于注射的水的生产。在美国专利3,875,017中公开了一种用于生产这种蒸汽的方法和装置。如其中公开的降膜蒸发器包括一束垂直的蒸发管，这束蒸发管被包含在一个加热套筒中，后者又被一个外壳体封闭，从而使在所述加热套筒和外壳体之间形成一个环形空间。水从所述蒸发管的上端送入并且向下流过所述管的内表面，从而被蒸发并形成蒸汽，后者在所述管束的下端出来。所述蒸汽流然后转过一个180°的角度，并且向上流过所述加热套筒和所述外壳体之间的空间。形成螺旋路径的翅片被连接在所述加热套筒的外表面上，在其边缘和所述外壳体的内表面之间留下一个窄的间隙。向上流动的蒸汽被迫进入一个螺旋路径，从而在蒸发产品中的水滴通过离心力的作用被向所述外壳体驱动。所述水滴粘附在所述外壳体壁上并且形成一向下流动的水膜，并且最后在所述装置的底部形成一个液流池。由此，与所生产的纯蒸汽量成比例的水流作为废弃水流被排出。因为在蒸发产品中的水相趋向于富含杂质，这些水相被浓缩于废弃水流中。纯蒸汽从所述螺旋路径上方被导向消费点或者一个冷凝器，以产生高纯度水。

所述装置的一种变型公开于美国专利5,983,842中。其中，蒸发产品从所述管束的下端出来，并且通过所述装置底部的阻挡翅片被带入到一个圆周运动中；所述上升空间向其顶部变窄。所述螺旋路径设置在所述上升空间的顶部并且被封闭，即，所述翅片到达所述外壳体的内表面。没有形成向下流动的废弃水相，但是水滴加速并且被收集在所述螺旋路径上方的一个环形通道中。一个分开的管将所产生的水相返回到所述装置的底部。

发明内容

因此发明了一种改进的方法和装置，用于加强降膜蒸发器的上升通道中水滴和杂质的分离，以生产高纯度的蒸汽。本发明的另一个目的是提供一种系统，用于生产和分配纯蒸汽，所述系统包括前述改进的装置。

根据本发明的所述装置与一个带有加热套筒的垂直管束一起使用，所以它是一个传统形式的降膜蒸发器。蒸发产品从所述管束的底端出来。

根据本发明，所述用于将水滴和杂质从蒸发产品分离的装置包括一段下流管，蒸发产品通过该下流管开始流动，然后转过一个180°的角度，并且进入在所述下流管的外表面和一个中间壳体的内表面之间的一个上升通道。所述下流管可以在一开始时是呈锥形逐渐变细的，以形成一个漏斗。

在所述上升通道的上部中的螺旋翅片将所述蒸发产品设置于一个向上的、螺旋的圆周运动中。根据本发明，所述中间壳体设有至少一个开口或出口狭缝，从而允许水滴由离心力带到所述螺旋路径的周边而离开。在所述开口的外侧，在所述外壳体中的一个冷却表面保证了蒸汽冷凝的发生。

在所述外壳体的内表面上冷凝的蒸汽致使径向向外的流动携带蒸汽、水滴和杂质到达所述内表面。在所述外壳体和中间壳体之间的空间中形成了一个从所述内表面向下流的水膜。在所述装置的底部上形成一个水池，并且浸没了所述中间壳体的下边缘。从所述水池排出被控制的废弃水流。纯粹的、干的蒸汽离开所述螺旋路径并从所述装置出去。

本发明使之可以在所述蒸汽发生器中使用可拆卸的内部件，从而容易制造和清洗，因为整个设备不必采用经验证的压力容器。

附图简述

下面结合附图对本发明进行详细地说明；其中：

图1表示了一个蒸汽发生器，该蒸汽发生器包括一个降膜蒸发器，后者设有一个根据本发明的分离装置；

图2表示一个根据本发明的分离装置的细节；

图3是图2装置的一个俯视图，和

图4表示一个用于生产纯蒸汽的系统，该系统包括图2的装置。

发明的实施方式

图1表示了一个设置在垂直位置以形成一降膜蒸发器的壳体-管式热交换器。蒸发管1被封闭在一个套筒2中，加热介质经由一个输入和输出口4、5通过该蒸发管1传导。补给水通过入口6进入所述蒸发管的上端。在所述蒸发器的下端，连接有一个根据本发明的分离装置。

如图2表示了所述分离装置的结构。蒸发产品进入下流管7。在如图所示的实施例中，所述下流管的上端成形为漏斗形状，以便保持分离装置的外直径和蒸发器的外直径相同。所述蒸发产品从所述下流管的下端出来，与所述装置底部上的水表面8相遇，并且反转180°以进入所述下流管和中间壳体10之间的环形上升通道9。螺旋翅片11形成一个用于蒸发产品的螺旋路径12。

所述蒸发产品的螺旋运动产生了使所述蒸发产品中的水滴到达路径12的周边的离心力。在所述蒸发产品中的杂质可以作为冷凝的核心，并且这种现象会增强这种物质向螺旋路径的周边的传送。纯净的干蒸汽离开螺旋路径12并且在接头21处离开所述装置。

在所述中间壳体10上设置了至少一个开口13，以允许水滴进入所述中间壳体和外壳体14之间的空间16。外壳体14设有一个温度控制套筒15。因为这个套筒用于冷却所述外壳体14的内表面，在所述空间16中的蒸汽冷凝在所述内表面上，并且形成下降的水膜。这种冷凝确保了在所述螺旋路径12中没有通过所述开口13的回流。可以设置适当形状和数量的开口13。通过离心力被驱动到所述中间壳体10的内壁的水滴和杂质经过所述开口，并且通过蒸汽冷凝产生的径向向外的流动/物流被携带到所述外壳体14被冷却的内壁。

所述开口可以被设计成在所述螺旋路径的外周边，即所述中间壳体10上的垂直狭缝。也可能是一个或多个平行于所述螺旋翅片的狭缝、圆形、椭圆形或者其它形状的开口，并且还可能设置有边缘以增强捕捉沿着所述螺旋路径圆周运动的水滴的能力。

由冷凝和水滴形成的水池表面被保持在所述中间壳体10的下边缘17的上方；这样所述蒸发产品的流动只可以沿着规划的路线进行。可以设置间隔凹痕18来对所述中间壳体的下端进行中心定位。一个富含杂质的废弃水流从位置19处排出。可以设置一个可视玻璃20来监控所述水位。

图3表示了图2装置的俯视图，其中该装置在温度控制套筒的位置处被切掉顶部。大箭头表示了所述蒸发产品在所述螺旋路径中的圆周运动。开口13如图所示带有阻挡件16以增强对被携带到所述路径的周边的水滴和杂质的捕捉能力，如小箭头所示。

优选地，对所述外壳体14的温度进行控制以获得合适的冷凝速率。为了保存能量，可以在所述套筒15中使用补给水。借助于这种温度控制，形成的废弃的水的量可以根据负载和净化要求被控制。

图4表示了用于生产纯净蒸汽的系统。借助于一个泵23为一个降膜蒸发器22提供补给水。所述蒸发器包括一个根据本发明的分离装置24。加热的蒸汽通过阀25进入，同时冷凝物通过接头26离开(未图示管)。纯蒸汽通过管线27和控制阀28离开所述蒸发器，并且进入分配网络，后者包括纯蒸汽管线阀29和纯蒸汽阀30。富含杂质的废弃的水通过管线31离开分离装置24。提供了用于温度控制套筒的输送和返回管线32、33。

在现有技术的装置中，因为蒸汽路径不容易进入，所述由于分离装置的腐蚀和封闭结构产生了问题。内部结构与压力容器壳体形成一体，并且在不经过包含压力容器构造的冗长程序之前不能被改变。在根据本发明公开的装置中，只有外壳体部件必须满足压力容器的要求。因此，其内部件和/或细节可以由任何需要的防腐蚀材料制造，并且可以被拿走以便清洁和检查。这种材料包括碳氟化合物的聚合物、陶瓷材料和特种钢或者其它不必适合于通过焊接于压力容器壳体而进行连接的材料。内部件也可以被更换以满足不同的输入和净化要求。

Claims (7)

1.一种用于净化一种蒸发产品以生产纯蒸汽的方法，其中所述蒸发产品在一个螺旋路径中进行旋转运动，通过离心力分离水滴，其特征在于，通过设置在所述螺旋路径的外表面上的至少一个开口输送携带到所述螺旋路径的周边的水滴和杂质，并且在所述开口外侧的一个主动冷却的表面上收集所述水滴和杂质。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述蒸发产品在一个降膜蒸发器中生产。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷却表面的温度借助于用作补给水的水进行控制。

4.一种用于净化一种蒸发产品以生产纯蒸汽的装置，其具有一个压力容器壳体、一个用于所述蒸发产品的上升空间和在所述上升空间中用于形成螺旋路径的翅片，其特征在于，在所述螺旋路径的外表面上设有至少一个开口和在所述开口外侧设有一个温度调节表面。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述开口是垂直的狭缝。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，在所述压力容器壳体中的至少一个零件是可拆卸的。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，在所述压力容器壳体中的至少一个零件是由与所述压力容器壳体不同的防腐蚀材料制成的。

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