CN203123596U - 一种立式降膜蒸发器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种立式降膜蒸发器，包括壳体、壳体内的液体分布器、位于液体分布器下方的管板、嵌于管板内的导流管以及导流管下端的换热管，所述液体分布器为双层筛板式分布器，上下两层筛板上都开有若干小孔，筛板上设有与下方连通的导流渠；在所述双层筛板式分布器和管板间设有一布液盘，所述布液盘底部开有一定数量均匀小孔；液体从入口进入双层筛板式分布器后，藉由筛板上的小孔和导流渠均匀流入所述布液器中，再由所述布液盘上的小孔均匀流到管板上。本实用新型的立式降膜蒸发器结构简单，成膜均匀，与传统布液器相比，布膜效果好，传热性能高，可用于各种蒸发浓缩过程。
Description
技术领域
本实用新型涉及机械装置设计领域，具体涉及一种用于石油、化工、食品、制药及海水淡化等行业中蒸发浓缩过程或废液处理过程所使用的蒸发器。
背景技术
降膜蒸发器是日常工业中广泛使用的一种蒸发器。采用降膜蒸发过程的传热，可以提高设备热效率，减少换热面积，节省设备投资，具有很大的经济效益和社会效益。随着降膜蒸发器在日常的工农业生产中发挥着越来越重要的作用，在降膜蒸发器的开发、研制过程中，研究者越来越关心如何尽可能地减少实验装置的体积并尽量提高蒸发装置传热效率。降膜蒸发传热与流动性能的研究定将会指导我们更加科学、合理地开发、设计、生产、制造出高性能低能耗的降膜蒸发器，从而实现利益的最大化。
在降膜蒸发传热中，液膜的流动状态是最重要的参数之一。液膜分布是否均匀，液膜厚度，及液膜下流速度是否合适等等都是需要我们重点考虑的内容。在液膜流动特性方面，由于流动的复杂性，现有实验研究技术无法得到表面波内部流动与传质过程的细节，目前主要是通过基于数值模拟的结果进行理论分析，研究范围从液膜初始发展段、层流到充分发展湍流的各个阶段，内容涉及流动表面波的形态和发展，表面孤立波内的湍流流动与传热传质特性，液膜流动的非线性演化、稳定性和破断历程，以及考虑各种实际应用因素的影响。
在传热强化方面，主要是从降膜流动表面的几何形状、结构和物理化学性质对降膜流动传热传质特性的影响来进行研究。宋继田等对凹凸相间异形竖板降膜蒸发器的研究表明，降膜表面的波纹能够促进降膜的湍动，提高降膜速度，改善传热性能，且料液不易结垢（宋继田，徐尧润，刘振义等．异形竖板降膜蒸发器的性能研究．食品与机械，2001，1，26～28）。乔梁等（乔粱，刘东亮，史晓平等．管内插螺旋线的降膜蒸发传热性能研究．河北工业大学学报，2003。32(4)，30～34）对管内插螺旋线的降膜蒸发传热进行实验研究表明，插入螺旋线与光管相比，传热膜系数可提高20％以上。Pontcr等（Ponter A.B.et al..The influence of mass Transfer on Liquid Film Breakdown.International Journal of Heat and Mass Transfer，1967， 10(3)，355）的研究结果表明，表面润湿性较差的管子，蒸发传热膜系数不随喷淋密度变化；润湿性好的管子，蒸发传热膜系数随喷淋密度的增大而增大。马学虎等（马学虎，高大志，兰忠等．功能表面材料与流体界面相互作用对垂直降膜流动特性的影响.高校化学工程学报，2004，18(3)，269～274）的结果表明，降液膜平均厚度随固表面自由能差的增大而减小。
现有的蒸发器都存在一定的成膜不均匀的问题，对降膜蒸发的工业过程产生一定的影响。
实用新型内容
为克服传统的降膜蒸发器结构上存在的缺陷及成膜不均匀的缺点，本实用新型要解决的技术问题是，提供一种结构简单、成膜均匀的竖管降膜蒸发器，从而提高加热管换热效率。
本实用新型的技术方案是，一种立式降膜蒸发器，包括壳体、壳体内的液体分布器、位于液体分布器下方的管板、嵌于管板内的导流管以及导流管下端的换热管，所述液体分布器为双层筛板式分布器，上下两层筛板上都开有若干小孔，所述双层筛板式分布器上设有与下方连通的导流渠；在所述双层筛板式分布器和管板间设有一布液盘，所述布液盘底部开有一定数量均匀小孔；
液体从入口进入双层筛板式分布器后，藉由筛板上的小孔和导流渠均匀流入所述布液盘上，再由所述布液盘上的小孔均匀流到管板上。
其中，所述导流管管壁上在同一水平面上设有若干个相同的窗口，在管壁上设置出开口形状后，一侧保留在管壁上，其余部分向管内弯入，形成类似于半开门结构的窗口。
进一步的，所述导流管管壁上的窗口开口形状为矩形。
在本实用新型的立式降膜蒸发器中，所述传热管侧面开竖槽，形成横截面类似齿轮的结构。
进一步地，所述壳体外侧设置有能自由伸缩的膨胀节结构。
其中，所述导流管下部插入换热管上端，并与换热管内壁完全契合；所述导流管上设有用于控制其插入深度的定位装置。
进一步地，所述换热管上设置有折流板。折流板可以与换热管垂直设置，可以提高壳侧的流速，流动从层流到紊流，增大换热系数，迫使流动垂直冲刷过管束。
本实用新型的技术原理是：
本实用新型降膜蒸发器比传统蒸发布液器布膜效果好，传热效率高具有很大优势。
第一，布膜效果方面：通过布液盘上均匀下流的液料，降膜蒸发器管板上方会有一定的静液位高度（不得超过布液管上端管口），在换热管上端插有矩形窗口导流管。导流管管壁上开有矩形窗口，在已知传热管内径的情况下，通过调节液位高度来计算蒸发器进口液料切向速度，从而计算出合适的开口尺寸及个数。当液料流量不稳定导致液位高度不能够保持稳定时，进口液料切向速度也会随之改变，使得液膜厚度会不均匀，从而降低传热管的蒸发效率。因此对于降膜蒸发器进口液料的流量必须严格控制。
第二，传热强化方面：本降膜蒸发器中，液料通过导流管管壁上的开口流入，由于静液位的压差使得流进液料具有一定的切向速度，初始液膜会有沿换热管内壁旋转下降，这样强化了降膜蒸发侧的传热；而且在蒸汽冷凝侧，我们进一步通过扩展表面法对传热管外表面加工有均匀分布的竖槽，这样大大增加了传热面积，从而使得传热管两侧的传热系数都提高，双向提高降膜蒸发器的换热效率。
本实用新型与现有技术相比的有益效果是：
（1）本实用新型的立式降膜蒸发器采用自主设计的双层筛板式分布器，两层筛板上都开有小孔，而且在筛板中间还有导流渠，保证物料能够均匀流入布液盘中(如图1)，经过流体力学相关计算，布液盘底部开有一定数量均匀小孔，使得物料能够均匀流道管板(如图2)上，并使布液盘及管板上保持一定的液位。
（2）本实用新型立式降膜蒸发器可以进一步采用矩形窗口导流管，如可以采用不锈钢材料的导流管，导流管与固定环采用焊接方式。矩形窗口导流管管壁上一般开有3～6个开口（开口数由换热管内径决定），导流管下部插入换热管上端，并与换热管内壁完全契合，固定环架在固定换热管的管板上起到固定和支承的作用。液料通过导流管上的矩形窗口进入，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，并形成完整的均与液膜。流入传热管内的液膜由于沿内壁旋转作用，使得液膜产生紊流，从而强化了管内蒸发换热效率。
（3）通过扩展表面法，对传热管外表面加工有均匀分布的竖槽，这样大大增加了传热面积，从而使得传热管蒸汽冷凝侧的传热系数有所提高，强化了管外冷凝换热效率。
（4）与传统布液器相比，此新型液体降膜蒸发器布膜效果好，传热性能高，可用于各种蒸发浓缩过程。
（5）该降膜蒸发器器结构简单，而且拆装极为方便，在一定程度上降低了设备的投资 及维修成本。
附图说明
图1是本实用新型的立式降膜蒸发器的整体结构示意图。
图2是本实用新型一个实施方式中的矩形窗口导流管的结构示意图。
图3是双层筛板式分布器的示意图。
图4是布液盘的示意图。
图5是本实用新型另一个实施方式中的换热管横截面图。
图中，1-双层筛板式分布器，2-布液盘，3-管板，4-导流管，5-换热管，6-壳体，7-膨胀节，8-折流板，9-导流渠。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施例作进一步详细描述。
如图1所示，一种立式降膜蒸发器，包括壳体6、壳体内的液体分布器、位于液体分布器下方的管板3、嵌于管板内的导流管4以及导流管下端的换热管5，所述液体分布器为双层筛板式分布器1，上下两层筛板上都开有若干小孔，筛板上设有与下方连通的导流渠；在所述双层筛板式分布器1和管板3间设有一布液盘2。所述布液盘2底部开有一定数量均匀小孔；液体从入口进入双层筛板式分布器1后，藉由筛板上的小孔和导流渠均匀流入所述布液器中，再由所述布液盘2上的小孔均匀流到管板3上。所述导流管4下部插入换热管5上端，并与换热管5内壁完全契合；所述导流管4上设有用于控制其插入深度的定位装置。
液体分布器对于降膜蒸发器成膜效果的好坏有至关重要的作用。本实用新型的立式降膜蒸发器结构的工作流程是，液料通过离心泵打入到液体分布器中，即图3所示的双层筛板式分布器，两层筛板上都开有小孔，而且在筛板中间还设有导流渠9，可以将导流渠9设置为十字筋结构，保证物料能够均匀流入布液盘中，布液盘的结构见图4所示，布液盘2类似一个向上开口的碗状结构。经过流体力学相关计算，布液盘底部开有一定数量均匀小孔，使得物料能够均匀流到管板3上，并使布液盘及管板上保持一定的液位。以便物料进入导流管后能够形成完整均匀液膜。
在另一个实施方式中，本立式降膜蒸发器采用矩形窗式导流管进行成膜。如图2所示，所述导流管管壁上在同一水平面上设有若干个相同的窗口，在管壁上设置出开口形状后，一 侧保留在管壁上，其余部分向管内弯入，形成类似于半开门结构的窗口。在降膜蒸发器工作时，液料通布膜器上的窗口旋转进入，在重力和静液位压差的双重作用下，流入管内的液膜通过管板3上窗口的窗页结构旋转下降，并形成完整的均匀液膜。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。在管板上保持一定液位的情况下，液料在重力、界面剪力的作用下，沿蒸发管壁呈膜状向下流动。在流量能够达到最小允许降液流率的情况下，不会出现“干壁”现象，此降膜蒸发器都能够形成完整均匀的液膜。
降膜蒸发器传热强化方法主要有表面特殊处理法、粗糙表面法、扩展表面法和扰动流体法，在实际应用中大多数属于此类方法。在另一个实施方式中，本立式降膜蒸发器主要采用蒸汽冷凝侧换热管开竖槽的方法提高此设备的降膜传热效率，开了竖槽的换热管横截面呈类似齿轮结构（见图5）。竖槽的制作过程相对比较容易，而且大大增加了传热面积，对提高降膜蒸发效率有很大作用。
在另一个实施方式中，如图1所示，壳体内部设有折流板8。折流板与换热管垂直设置，可以提高壳侧的流速，流动从层流到紊流，增大换热系数，迫使流动垂直冲刷过管束。
为补偿因温度差与机械振动引起的附加应力，在容器壳体或管道上可设置一种挠性结构。由于它作为一种能自由伸缩的弹性补偿元件，工作可靠、性能良好、结构紧凑等优点，已广泛应用在化工、冶金、核能等部门。基于此本立式降膜蒸发器壳体上可以设置有能自由伸缩的膨胀节7（见图1），来补偿温度差与机械振动引起的附加应力，渐少事故发生率，从而保证在高温高压下降膜蒸发器能够正常运行。
Claims (7)
1.一种立式降膜蒸发器，包括壳体、壳体内的液体分布器、位于液体分布器下方的管板、嵌于管板内的导流管以及导流管下端的换热管，其特征在于：所述液体分布器为双层筛板式分布器，上下两层筛板上都开有若干小孔，所述双层筛板式分布器上设有与下方连通的导流渠；在所述双层筛板式分布器和管板间设有一布液盘，所述布液盘底部开有一定数量均匀小孔；
液体从入口进入双层筛板式分布器后，藉由筛板上的小孔和导流渠均匀流入所述布液盘上，再由所述布液盘上的小孔均匀流到管板上。
2.根据权利要求1所述的立式降膜蒸发器，其特征在于，所述导流管管壁上在同一水平面上设有若干个相同的窗口，在管壁上设置出开口形状后，一侧保留在管壁上，其余部分向管内弯入，形成类似于半开门结构的窗口。
3.根据权利要求2所述的立式降膜蒸发器，其特征在于，所述窗口开口形状为矩形。
4.根据权利要求1所述的立式降膜蒸发器，其特征在于，所述换热管侧面开竖槽，形成横截面类似齿轮的结构。
5.根据权利要求1-4任一项所述的立式降膜蒸发器，其特征在于，所述壳体外侧设置有能自由伸缩的膨胀节结构。
6.根据权利要求1所述的立式降膜蒸发器，其特征在于，所述导流管下部插入换热管上端，并与换热管内壁完全契合；所述导流管上设有用于控制其插入深度的定位装置。
7.根据权利要求1或6所述的立式降膜蒸发器，其特征在于，所述换热管上设置有折流板。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130814 Termination date: 20131227 |