CN202715258U - 一体式雾化膜蒸馏装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于液体气化分离浓缩技术领域，涉及一种一体式蒸馏装置，该装置由管程向下、壳程向上的立式1-1型换热器、蒸气压缩机、原液输入设备、不凝气体排放器、冷凝液输出阀门、喷雾管板、喷雾压力泵及连接管道组成。该装置将雾化膜管外蒸发技术应用于一体式蒸馏装置，具有蒸发效率高、能耗低等优点，可广泛用于蒸馏水制取、海水淡化、奶液浓缩、废液处理等行业。

Description

一体式雾化膜蒸馏装置

技术领域

本实用新型属于液体气化分离浓缩技术领域，是一种可用于蒸馏水制取、海水淡化、奶液浓缩、废液处理等行业需要对液体进行气化分离浓缩的生产装置。 

技术背景

目前的液体气化分离浓缩装置都是蒸发器、冷凝器、预热器等多个单体设备的联合装置，均属于分体式液体气化分离浓缩装置。分体式液体气化分离浓缩装置存在着热管多、散热面积大、流体阻力大、设备成本高、能耗大、占地面积大等缺陷。本实用新型的发明人敖向东在2011年12月27日向国家专利局提交了“一体式液体气化分离罐装置”的发明专利申请(申请号：201110443158.2)，该发明专利将液体气化分离浓缩的预热、蒸发、冷凝、冷却等全过程放置在一个罐体内完成，首次提出了“一体式”的液体气化分离浓缩装置的概念，其目的是为了提供一种设备成本更低、能耗更小、占地面积更小的液体气化分离浓缩装置，本实用新型就属于一体式气化分离浓缩装置中的一种。一体式液体气化分离浓缩装置目前还是一个全新的概念产品，如何提高一体式液体气化分离浓缩装置的蒸发效率是一体式液体气化分离浓缩装置所面临的最主要的问题之一。 

雾化膜蒸发技术是指首先将待蒸发的液体进行雾化后、使雾化的液体均匀地分布在蒸发换热面上、并在蒸发面上形成一层非常薄的液体膜、再使液体膜蒸发的一种蒸发技术，该技术可以大大提高蒸馏装置的工作效率。 

本实用新型的目的就是提供一种通过使用雾化膜蒸发技术来提高一体式蒸馏装置的蒸发效率的装置。 

实用新型内容

本实用新型的目的是通过如下技术方案实现的： 

一体式雾化膜蒸馏装置，由管程向下、壳程向上的立式1-1型换热器、蒸气压缩机、原液输入设备、不凝气体排放器、冷凝液输出阀门、喷雾管板、喷雾压力泵及连接管道组成，其特征在于：拆除换热器上部的折流板，在换热器的下管箱上开有上、下管程出口，上管程出口位于下管箱的冷凝液设计液位线之上，下管程出口位于下管箱的冷凝液设计液位线之下，喷雾管板位于上管板之下，壳程出口位于喷雾管板之下，上管板与喷雾管板之间的壳室空间为喷液室，在喷液室的侧壳体上开有喷液入口，在设计工作液位线之下的换热器中部的壳体上开有喷液出口，在喷雾管板上开有多个雾化喷孔；蒸气压缩机的进气口通过管道与换热器的壳程出口相连通，蒸气压缩机的排气口通过管道与换热器的管程入口相连通，喷雾压力泵的进液口通过管道与喷液出口相连通，喷雾压力泵的出液口通过管道与喷液入口相连通，换热器的壳程入口通过管道与原液输入设备相连通，不凝气体排放器通过管道与上管程出口相连通，冷凝液输出阀门通过管道与下管程出口相连通。 

为了满足可连续及时地排放超标浓缩液的需求，还可在换热器的中部、在喷液出口之下安装一个中间管板，中间管板将换热器的壳程空间分隔成上、下两个腔室，上腔室为蒸发室，下腔室为预热室；在预热室上部的侧壳体上开有预热室出口，在中间管板上开有浓缩液下泄孔，在预热室下部的侧壳体上开有浓缩液出口；在预热室内安装有浓缩液换热管，在预热室下部安装有浓缩液汇流管，在换热器的壳体外安装有喷液出口调节阀、预热室出口调节阀、浓缩液出口阀；浓缩液换热管的进、出口分别与浓缩液下泄孔、浓缩液汇流管的进口相连通，浓缩液汇流管的出口与浓缩液出口相连通，喷液出口调节阀安装在喷液出口处的管道上，预热室出口调节阀通过管道分别与预热室出口、喷雾压力泵的进液口相连通，浓缩液出口阀通过管道与浓缩液出口相连通。 

为了获得更好的雾化膜的效果，可以在喷雾管板上安装专门的雾化喷头来替代喷雾管板上的雾化喷孔。 

为了防止蒸气所夹带的液体进入到蒸气压缩机里，可在壳程出口处的换热器壳体的内侧安装内置式气液分离装置，也可以在蒸气压缩机的进气口与换热器的壳程出口之间的管道上安装外置式气液分离装置。 

为了缩短装置启动时所需要的预热工作时间，可使辅助加热蒸气输入管与管程入口相连通，即采用由 上向下加热的辅助加热方式。 

本实用新型具有蒸发面积大、蒸发压差小、蒸发效率高、能耗低、运行成本低、设备制造简单、占地面积小的有益效果。 

附图说明

附图1是本实用新型的纵剖面示意图； 

附图2是具有及时、连续排放浓缩液功能的本实用新型的纵剖面示意图； 

附图3是带有雾化喷头的本实用新型的局部安装示意图； 

附图4是带有内置式气液分离器的本实用新型的局部安装示意图； 

附图5是带有外置式气液分离器的本实用新型的局部安装示意图； 

其中：1-1-1型换热器、2-蒸气压缩机、3-原液输入设备、4-不凝气体排放器、5-冷凝液输出阀门、6-喷雾管板、7-喷雾压力泵、8-折流板、9-下管箱、10-上管程出口、11-冷凝液设计液位线、12-下管程出口、13-上管板、14-壳程出口、15-喷液入口、16-设计工作液位线、17-喷液出口、18-雾化喷孔、19-管程入口、20-壳程入口、21-下管板、22-换热管、23-上管箱、24-蒸气压缩机出口阀、25-辅助加热蒸气阀、26-辅助加热蒸气管、27-中间管板、28-蒸发室、29-预热室、30-预热室出口、31-浓缩液下泄孔、32-浓缩液出口、33-浓缩液换热管、34-浓缩液汇流管、35-喷液出口调节阀、36-预热室出口调节阀、37-浓缩液出口阀、38-雾化喷头、39-内置式气液分离装置、40-外置式气液分离装置、41-喷液室。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。 

实施例1(参看附图1)： 

一体式雾化膜蒸馏装置，由管程向下、壳程向上的立式1-1型换热器(1)、蒸气压缩机(2)、原液输入设备(3)、不凝气体排放器(4)、冷凝液输出阀门(5)、喷雾管板(6)、喷雾压力泵(7)及连接管道组成，其特征在于：取消了换热器(1)上部的折流板(8)，在换热器(1)的下管箱(9)上开有上、下管程出口，上管程出口(10)位于下管箱(9)的冷凝液设计液位线(11)之上，下管程出口(12)位于下管箱(9)的冷凝液设计液位线(11)之下，喷雾管板(6)位于上管板(13)之下，壳程出口(14)位于喷雾管板(6)之下，上管板(13)与喷雾管板(6)之间的壳室空间为喷液室(41)，在喷液室(41)的侧壳体上开有喷液入口(15)，在设计工作液位线(16)之下的换热器(1)中部的壳体上开有喷液出口(17)，在喷雾管板(6)上开有多个雾化喷孔(18)；蒸气压缩机(2)的进气口通过管道与换热器(1)的壳程出口(14)相连通，蒸气压缩机(2)的排气口通过管道与换热器(1)的管程入口(19)相连通，喷雾压力泵(7)的进液口通过管道与喷液出口(17)相连通，喷雾压力泵(7)的出液口通过管道与喷液入口(15)相连通，换热器(1)的壳程入口(20)通过管道与原液输入设备(3)相连通，不凝气体排放器(4)通过管道与上管程出口(10)相连通，冷凝液输出阀门(5)通过管道与下管程出口(12)相连通。 

本实用新型采用上部蒸气辅助加热，即通过辅助加热蒸气输入管(26)与管程入口(19)相连通的方式进行辅助加热，与下部蒸气辅助加热方式不同的是：上部蒸气辅助加热方式无需对蒸发系统内的所有液体进行加温到必要的蒸发温度后才可以开始正常工作，而是只需要对蒸馏系统上部的液体加温到所需要的蒸发温度后就可以开始正常工作，因此，可以减少装置启动所需要的时间。 

本实用新型的操作过程如下：启动原液输入设备(3)，将待蒸馏的原液经壳程入口(20)输入到换热器(1)的壳程中，当原液液位上升到设计工作液位线(16)时，关闭原液输入设备(3)；打开辅助加热蒸气阀(25)，让具有一定压力的加热蒸气沿辅助加热蒸气管(26)通过管程入口(19)、上管箱(23)分别进入到各换热管(22)内，此时换热管(22)内的一部分蒸气因受换热器(1)内较冷环境的冷却、冷凝作用而被冷却、冷凝成冷凝液，冷凝液沿换热管(22)内壁流向下管箱(9)，蒸气被冷凝及冷凝液在向下流动的过程中会与换热管(22)外的原液进行热交换，从而导致换热器(1)内的环境温度逐步升高；启动喷雾压力泵(7)，在喷雾压力泵(7)的吸、压作用下，待蒸馏液体沿喷液出口(17)、喷雾压力泵(7)、喷液入口(15)进入到喷液室(41)，当喷液室(41)内的液体压力超过额定的雾化压力时，在压力雾化 原理的作用下，待蒸馏液体便会以雾态的形式从雾化喷孔(18)中向下喷出，雾化的液体会均匀地分布在设计工作液位线(16)之上的换热管(22)的外表面并在换热管(22)的外表面形成很薄的液膜；当设计工作液位线(16)之上的换热管(22)外表面的温度低于液体蒸发温度时，液膜不会被蒸发，只会被换热管(22)内的蒸气在冷却、冷凝时所释放的显热和潜热所加热，该过程可以将蒸气冷凝时所释放的大量高温潜热转化为环境升温所需要的显热，可以迅速地提升换热管(22)外的环境温度，大大地降低了装置启动时所需要的预热时间；随着换热管(22)外被雾化的液体越来越多、换热管(22)外表面的雾化膜越来越厚，换热管(22)外的雾化膜最终会变成可以向下流动的液珠并流向位于设计工作液位线(16)附近的液体中，换热管(22)内向下流动的蒸气冷凝液和换热管(22)外向下流动的待蒸馏液体都会使换热管(22)外的原液温度升高；当设计工作液位线(16)附近的液体和换热器(1)上部的壳程温度达到液体蒸发温度时，换热管(22)外的膜状液体会吸收换热管(22)内蒸气冷凝时所释放的冷凝潜热而被蒸发形成二次蒸气，当换热管(22)外设计工作液位线(16)之上的二次蒸气的压力和温度达到某个额定值时，就可以启动蒸气压缩机(2)、打开蒸气压缩机出口阀(24)、关闭或关小辅助加热蒸气阀(25)，壳程内的二次蒸气便会沿壳程出口(14)及管道进入到蒸气压缩机(2)，通过蒸气压缩机(2)的加压、加温后，升温、升压后的二次蒸气便会通过管程入口(19)、上管箱(23)分别进入到各换热管(22)内，重复一次蒸气被冷凝及冷凝液被冷却、冷凝液流向下管箱的过程，二次蒸气被冷凝、冷凝液被冷却的过程也是换热管(22)外后续液体被升温、蒸发的过程，如此往复不断，从而导致待蒸馏液体不断地被喷雾压力泵(7)抽吸、加压雾化、成膜后被蒸发、最终变成了管程和下管箱(9)内的冷凝液，导致了壳程内的待蒸馏液体的液位下降；当壳程内的待蒸馏液体的液位下降到设计工作液位线(16)之下时，就需要启动原液输入设备(3)，通过向壳程内补充新的原液使壳程内的液体的液位上升并始终保持在设计工作液位线(16)附近；新补充的原液在沿着壳程通道迂回向上流动时，会吸收换热管(22)内向下流动的较热的蒸气冷凝液的热量，使自身的温度逐步升高，同时也让换热管(22)内冷凝液温度降低；冷却到设计温度的冷凝液会沉积到下管箱(9)的底部，当冷凝液的液位达到冷凝液设计液位线(11)时，适当打开冷凝液输出阀门(5)，使冷凝液排出，并让冷凝液的液位始终保持在冷凝液设计液位线(11)附近；液体蒸发过程产生的不凝气体会随蒸气进入到换热管(22)中，并在换热管(22)的下部和下管箱(9)的上部积聚，当换热管(22)和下管箱(9)内的不凝结气体的压力达到某个额定值时，打开不凝气体排放器(4)，使换热管(22)和下管箱(9)内的不凝结气体的压力保持在某个恒定值范围内。 

实施例2(参见附图2)： 

为了满足可连续及时地排放装置内超标的浓缩液的需求，可以在实施例1所述的一体式雾化膜蒸馏装置的基础上进行改进，即可在换热器(1)的中部、在喷液出口(17)之下安装一个中间管板(27)，中间管板(27)将换热器(1)的壳程空间分隔成上、下两个腔室，上腔室为蒸发室(28)，下腔室为预热室(29)；在预热室(29)上部的侧壳体上开有预热室出口(30)，在中间管板(27)上开有浓缩液下泄孔(31)，在预热室(29)下部的侧壳体上开有浓缩液出口(32)；在预热室(29)内安装有浓缩液换热管(33)，在预热室(29)下部安装有浓缩液汇流管(34)，在换热器(1)的壳体外安装有喷液出口调节阀(35)、预热室出口调节阀(36)、浓缩液出口阀(37)；浓缩液换热管(33)的进、出口分别与浓缩液下泄孔(31)、浓缩液汇流管(34)的进口相连通，浓缩液汇流管(34)的出口与浓缩液出口(32)相连通，喷液出口调节阀(35)安装在喷液出口(17)处的管道上，预热室出口调节阀(36)通过管道分别与预热室出口(30)、喷雾压力泵(7)的进液口相连通，浓缩液出口阀(37)通过管道与浓缩液出口(32)相连通。 

在本装置开始启动时，待蒸馏液体经预热室出口(30)、预热室出口调节阀(36)、喷雾压力泵(7)、喷液入口(15)、喷液室(41)、雾化喷孔(18)进入到蒸发室(28)进行预热或蒸发。如果蒸发室(28)底部液体的液位达到了设计工作液位线(16)而液体的浓缩倍数没有达到浓缩液的额定排放值时，则需要开启或开大喷液出口调节阀(35)、关闭或关小预热室出口调节阀(36)，使蒸发室(28)底部的液体经喷液出口(17)、喷液出口调节阀(35)、喷雾压力泵(7)、喷液入口(15)、喷液室(41)、雾化喷孔(18)再次进入到蒸发室(28)进行循环蒸发使液体的浓缩倍数上升、使蒸发室(28)内的液体液位始终维持在设计工作液位线(16)附近；如果蒸发室(28)底部的液体液位达到了设计工作液位线(16)而液体的浓缩倍数已经达到了浓缩液的额定排放值时，则需要打开或开大浓缩液出口阀(37)、关闭或关小喷液出口调节阀(35)、打开或开大预热室出口调节阀(36)，通过控制浓缩液出口阀(37)、喷液出口调节阀(35)、 预热室出口调节阀(36)的开闭大小，及时调节蒸发室(28)底部液体的浓缩倍数及液位高度，使其保持在设定的正常范围内。当浓缩液出口阀(37)打开时，浓缩液会沿浓缩液下泄孔(31)、浓缩液换热管(33)、浓缩液汇流管(34)、浓缩液出口(32)、浓缩液出口阀(37)排出装置外，在浓缩液外排的过程中会与预热室(29)内的原液进行热交换，浓缩液变冷、原液变热。 

实施例3(参见附图3)： 

为了获得更好、更持久的雾化效果、使换热管外表面产生的雾化膜更均匀、覆盖面更广，可以采用更耐磨、更坚硬的材料制成的、特别设计的专用的雾化喷头(38)来替代喷雾管板(6)上的雾化喷孔(18)。 

实施例4(参见附图4)： 

为了防止蒸气所夹带的液体进入到蒸气压缩机(2)里，降低气化分离产品的质量和蒸气压缩机(2)的工作效率，可在换热器(1)壳体的内侧、壳程出口(14)处安装内置式气液分离装置(39)。 

实施例5(参见附图5)： 

为了防止蒸气所夹带的液体进入到蒸气压缩机(2)里，降低气化分离产品的质量和蒸气压缩机(2)的工作效率，可在蒸气压缩机(2)的进气口与壳程出口(14)之间的管道上安装外置式气液分离装置(40)。 

Claims (6)

1.一体式雾化膜蒸馏装置，由管程向下、壳程向上的立式1-1型换热器(1)、蒸 气压缩机(2)、原液输入设备(3)、不凝 气体排放器(4)、冷凝液输出阀门(5)、喷雾管板(6)、喷雾压力泵(7)及连接管道组成，其特征在于：拆除换热器(1)上部的折流板(8)，在换热器(1)的下管箱(9)上开有上、下管程出口，上管程出口(10)位于下管箱(9)的冷凝液设计液位线(11)之上，下管程出口(12)位于下管箱(9)的冷凝液设计液位线(11)之下，喷雾管板(6)位于上管板(13)之下，壳程出口(14)位于喷雾管板(6)之下，上管板(13)与喷雾管板(6)之间的壳室空间为喷液室(41)，在喷液室(41)的侧壳体上开有喷液入口(15)，在设计工作液位线(16)之下的换热器(1)中部的壳体上开有喷液出口(17)，在喷雾管板(6)上开有多个雾化喷孔(18)；蒸 气压缩机(2)的进 气口通过管道与换热器(1)的壳程出口(14)相连通，蒸 气压缩机(2)的排 气口通过管道与换热器(1)的管程入口(19)相连通，喷雾压力泵(7)的进液口通过管道与喷液出口(17)相连通，喷雾压力泵(7)的出液口通过管道与喷液入口(15)相连通，换热器(1)的壳程入口(20)通过管道与原液输入设备(3)相连通，不凝 气体排放器(4)通过管道与上管程出口(10)相连通，冷凝液输出阀门(5)通过管道与下管程出口(12)相连通。

2.根据权利要求1所述的一体式雾化膜蒸馏装置，其特征在于：可在换热器(1)的中部、在喷液出口(17)之下安装一个中间管板(27)，中间管板(27)将换热器(1)的壳程空间分隔成上、下两个腔室，上腔室为蒸发室(28)，下腔室为预热室(29)；在预热室(29)上部的侧壳体上开有预热室出口(30)，在中间管板(27)上开有浓缩液下泄孔(31)，在预热室(29)下部的侧壳体上开有浓缩液出口(32)；在预热室(29)内安装有浓缩液换热管(33)，在预热室(29)下部安装有浓缩液汇流管(34)，在换热器(1)的壳体外安装有喷液出口调节阀(35)、预热室出口调节阀(36)、浓缩液出口阀(37)；浓缩液换热管(33)的进、出口分别与浓缩液下泄孔(31)、浓缩液汇流管(34)的进口相连通，浓缩液汇流管(34)的出口与浓缩液出口(32)相连通，喷液出口调节阀(35)安装在喷液出口(17)处的管道上，预热室出口调节阀(36)通过管道分别与预热室出口(30)、喷雾压力泵(7)的进液口相连通，浓缩液出口阀(37)通过管道与浓缩液出口(32)相连通。

3.根据权利要求1或2所述的一体式雾化膜蒸馏装置，其特征在于：在喷雾管板(6)上装有可替代雾化喷孔(18)的雾化喷头(38)。

4.根据权利要求1或2或3所述的一体式雾化膜蒸馏装置，其特征在于：可在换热器(1)的壳体内侧、壳程出口(14)处安装内置式 气气液分离装置(39)。

5.根据权利要求1或2或3所述的一体式雾化膜蒸馏装置，其特征在于：可在蒸 气压缩机(2)的进 气口与换热器(1)的壳程出口(14)之间的管道上安装外置式 气液分离装置(40)。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的一体式雾化膜蒸馏装置，其特征在于：辅助加热蒸 气输入管(26)与管程入口(19)相连通。 

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