CN210145524U

CN210145524U - 逆流式降膜蒸发器及其布膜器

Info

Publication number: CN210145524U
Application number: CN201920709860.0U
Authority: CN
Inventors: 赵利民; 王晶晶; 廖昌建; 马和旭
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Dalian Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: Sinopec Dalian Petrochemical Research Institute Co ltd; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2019-05-17
Filing date: 2019-05-17
Publication date: 2020-03-17
Anticipated expiration: 2029-05-17

Abstract

本实用新型公开了一种逆流式降膜蒸发器及其布膜器，该布膜器包括：文丘里管，其设置在逆流式降膜蒸发器的加热管的上管口处，文丘里管由下至上包括收缩段、喉道和扩散段，收缩段和喉道的部分或全部位于加热管内，文丘里管的外壁与加热管的内壁形成进液通道；以及多个进液通孔，其沿周向均匀地设置在喉道上，进液通孔位于加热管内。本实用新型的布膜器采用文丘里管结构，在文丘里管的收缩段和喉道中气液两相间的相对速度很大而发生激烈的碰撞和凝聚，在扩散段中流体速度减小、压力回升，通过布膜器内速度和压力的变化，达到物理消泡的作用；此外，文丘里管中的二次蒸汽经历了由多个进液通孔进入的低浓度料液的清洗过程。

Description

逆流式降膜蒸发器及其布膜器

技术领域

本实用新型涉及蒸发设备技术领域，特别涉及一种逆流式降膜蒸发器及其布膜器。

背景技术

通常竖管降膜蒸发器是直立式的圆形固定管板换热器，作为一种高效蒸发设备以其特有的优点逐渐被广泛应用于石油化工以及冶金、轻工、食品加工、医药、海水淡化、污水处理等领域。

传统的降膜蒸发器在蒸发器顶部安装分布器以使液体均匀分配到所有垂直换热管中。在重力作用下，液体沿着换热管内壁向下流时，被换热管外表面的热能加热，当液体达到沸点，部分液体被蒸发成水蒸气。水蒸气和液体一起沿着换热管内表面向下流出换热管，之后在气液分离空间实现气液分离。在此过程中会产生泡沫和气液夹带影响蒸发过程正常进行，并造成杂质进入馏出液中。

CN103391898A中提供一种用于处理采出水的竖管降膜蒸发器。管外加热蒸汽使一部分除油水蒸发，水蒸汽相对于液膜逆流流动。这种逆流竖向管降膜蒸发器与常规顺流竖向管降膜蒸发器（此处蒸汽与液膜一起向下流动）相比，降低了制造和安装费用，改善了加热管结垢状况，提高了蒸发器传热性能。

CN105536273A涉及一种逆流式降膜蒸发器，包括浓缩液罐、加热器和蒸汽室，布膜器的上部设有分液挡板，具有流通蒸汽的间距，分液挡板的上表面设有溜槽，溜槽的上部空间设有丝网除沫器。该记载中去掉了体积很大的蒸发室，仅用少量液体维持循环泵的循环，所以该蒸发器具有较低的持液量，使料液流经蒸发器的速度最快、时间最短。

然而，上述公开的专利申请中，水蒸汽相对于液膜逆流流动的降膜蒸发器虽然能够实现改善传热状态、增强沸腾给热、提高传热系数，并去掉了体积很大的蒸发室，但是由于蒸汽从加热管上开口喷出容易产生泡沫引起气液夹带，致使细小的雾滴从蒸发器中逃逸，出现馏出液指标超标、下游设备腐蚀和管路堵塞等问题。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有消泡和清洗功能的逆流式降膜蒸发器及其布膜器，从而改善现有技术中逆流式降膜蒸发器容易产生泡沫引起气液夹带，以及馏出液指标超标等问题。

为实现上述目的，根据本实用新型的第一方面，本实用新型提供了一种布膜器，其用于逆流式降膜蒸发器，该布膜器包括：文丘里管，其设置在逆流式降膜蒸发器的加热管的上管口处，文丘里管由下至上包括收缩段、喉道和扩散段，收缩段和喉道的部分或全部位于加热管内，文丘里管的外壁与加热管的内壁形成进液通道；以及多个进液通孔，其沿周向均匀地设置在喉道上，进液通孔位于加热管内。

进一步，上述技术方案中，该布膜器还包括：多个翼片，其均匀设置在文丘里管的外壁上，多个翼片将文丘里管可拆卸地支撑在加热管的上管口处，并且将进液通道的入口分隔为多个。

进一步，上述技术方案中，翼片为倒L型薄板，翼片与加热管的内壁为间隙配合。

进一步，上述技术方案中，翼片位于加热管内的高度为加热管内径的0.7~3.0倍，翼片位于加热管外的高度为加热管内径的1.0~5.0倍。

进一步，上述技术方案中，进液通孔的直径为1~12mm。

进一步，上述技术方案中，文丘里管的收缩段的广口端直径为加热管内径的0.7~0.9倍，收缩段的收缩角为23°~90°，文丘里管的喉道为直管，喉道的直径为收缩段的广口端直径的1/8~2/3倍，喉道的长度为喉道的直径的0.1~5倍，文丘里管的扩散段的扩散角为5°~30°。

进一步，上述技术方案中，文丘里管还包括：引流折边，其由收缩段的广口端向外延伸，引流折边与水平方向的夹角为0°~60°，引流折边的外径为加热管内径的0.7~0.9倍。

根据本实用新型的第二方面，本实用新型提供了一种逆流式降膜蒸发器，该逆流式降膜蒸发器包括：布膜蒸汽段；加热段，其设置在布膜蒸汽段的下方，加热段包括竖向的多个加热管，加热段与布膜蒸汽段之间设有上管板，加热管的上管口处设有如上述技术方案中任意一项的布膜器，布膜器穿过上管板延伸至布膜蒸汽段；以及浓缩液段，其设置在加热段的下方，加热段与浓缩液段之间设有下管板。

进一步，上述技术方案中，布膜蒸汽段的顶部设有二次蒸汽出口，侧壁设有循环液进口，循环液进口与料液进口相连通；加热段的侧壁上部设有加热蒸汽入口，下部设有冷凝水出口；浓缩液段的底部设有排液口，侧壁设有循环液出口，循环液出口通过循环泵连通至循环液进口。

进一步，上述技术方案中，布膜蒸汽段外侧围设有环状分液管，环状分液管的外侧与循环液进口相连通，内侧沿周向均匀设有多个循环液分进口，多个循环液分进口与布膜蒸汽段相连通。

进一步，上述技术方案中，布膜蒸汽段内设有环状分液槽，环状分液槽设置在多个循环液分进口的下方，环状分液槽的底面设有多个滴液孔。

进一步，上述技术方案中，环状分液槽的内侧设有溢流堰。

进一步，上述技术方案中，布膜蒸汽段的上部设有除雾沫层，除雾沫层与上管板之间设有雾化喷淋层，雾化喷淋层与料液进口相连通。

进一步，上述技术方案中，除雾沫层为丝网除沫器、折流板除沫器和/或旋流板除沫器。

进一步，上述技术方案中，布膜蒸汽段的直径大于加热段的直径，布膜蒸汽段与加热段之间设有过渡段，环状分液槽的内径大于或等于加热段的直径。

进一步，上述技术方案中，过渡段为球形、椭圆形、蝶形或锥形。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1. 布膜器采用文丘里管结构，并且文丘里管的下部伸入加热管内，液体通过文丘里管外的进液通道流下并在加热管内壁成膜；加热管中二次蒸汽连同由于蒸发过程产生的泡沫上升进入文丘里管，进液通道的液体可以通过喉道上的多个进液通孔进入文丘里管，在文丘里管的收缩段和喉道中气液两相间的相对速度很大而发生激烈的碰撞和凝聚，在扩散段中流体速度减小、压力回升，通过布膜器内速度和压力的变化，泡沫破碎为小液滴，然后凝聚为较大的液滴，从而更容易被捕获，达到物理消泡的作用；此外，文丘里管中的二次蒸汽经历了由多个进液通孔进入的低浓度料液的清洗过程，提高了冷凝水的质量。

2. 设置多个翼片能够将文丘里管可拆卸地支撑定位在加热管上部，安装、维护方便，并且能够减少进液通道入口处的液体的波动。

3. 逆流式降膜蒸发器中循环液通过环状分液管沿布膜蒸汽段周向均匀进液，还可以通过环状分液槽底部滴液孔或溢流堰均匀流至上管板，减少对布膜液面的冲击，使液体平稳进入布膜器形成的进液通道。

4. 雾化喷淋层能够向布膜器喷淋杂质浓度较低的料液，进一步处理残余泡沫、收集细小颗粒，并通过液滴聚合除去二次蒸汽中的杂质携带。

上述说明仅为本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本实用新型的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本实用新型的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。

附图说明

图1是根据本实用新型的一个或多个实施方式的逆流式降膜蒸发器的结构示意图。

图2是根据本实用新型的一个或多个实施方式的布膜器的剖视示意图。

图3是根据本实用新型的一个或多个实施方式的布膜器的另一剖视示意图。

图4是根据本实用新型的一个或多个实施方式的布膜器的安装示意图。

图5是根据本实用新型的一个或多个实施方式的环状分液管的结构示意图。

主要附图标记说明：

10-布膜蒸汽段，11-环状分液槽，111-滴液孔，112-溢流堰，12-环状分液管，121-循环液分进口，13-雾化喷淋层，14-除雾沫层，15-二次蒸汽出口，20-加热段，21-布膜器，210-文丘里管，211-扩散段，212-喉道，213-收缩段，214-进液通孔，215-翼片，216-引流折边，22-加热管，23-上管板，24-下管板，25-加热蒸汽进口，26-冷凝水出口，27-排液口，30-浓缩液段，40-过渡段，51-循环液进口，52-循环液出口，53-进液通道，60-循环泵，70-料液进口。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。

在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向（旋转90度或其他取向）且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。

在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。

如图1所示，根据本实用新型一个或多个具体实施方式的逆流式降膜蒸发器从上至下包括布膜蒸汽段10、加热段20和浓缩液段30。示例性地，加热段20可以为固定管板换热器，其可以包括多个加热管22，加热管22上端设有上管板23，下端设有下管板24。每个加热管22的上管口处设有布膜器21。上管板23与布膜蒸汽段10的下端相连接，下管板24与浓缩液段30的上端相连接。布膜蒸汽段10的顶部设有二次蒸汽出口15，侧壁设有循环液进口51，从料液进口70输入的料液由循环液进口51进入布膜蒸汽段10，料液例如可以为待处理废水，本实用新型并不以此为限。加热段20的上部设有加热蒸汽进口25，下部设有冷凝水出口26。浓缩液段30的底部设有排液口27，下部设有循环液出口52。浓缩液段30中的大部分浓缩液经循环液出口52通过循环泵60泵入循环液进口51，实现循环蒸发过程，小部分浓缩液经排液口27排出逆流式降膜蒸发器。

进一步地，结合图2~4所示，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，布膜器21包括文丘里管210，文丘里管210由上至下包括扩散段211、喉道212和收缩段213，其中收缩段213和喉道212的部分或全部伸入到加热管22内。文丘里管210的外壁与加热管22的内壁之间形成进液通道53，在文丘里管210的收缩段213的导流作用下，液体可以流向加热管22的内壁，最终在加热管22的内壁呈膜状流下，布膜均匀，避免了由于偏流而造成的局部干壁、结焦现象。布膜器21的喉道212上沿周向均匀地设置多个进液通孔214，这些进液通孔214位于加热管22内，进液通道53中的一部分液体可以通过进液通孔214进入文丘里管210，在二次蒸汽气流作用下从文丘里管210的扩散段211喷出。优选地，进液通孔214的直径为1~12mm，更优选为2~8mm。优选而非限制性地，布膜器21的外壁上均匀设有多个翼片215，这些翼片215将文丘里管210可拆卸地支撑在加热管22的上管口处，并且将进液通道53的入口分隔为多个，从而减少加热管22上部循环料液的波动。翼片215与加热管22为可拆卸连接，方便安装、检修和维护。

优选而非限制性地，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，文丘里管210的收缩段213的广口端直径为加热管22内径的0.7~0.9倍。收缩段213的收缩角α1为23°~90°，优选为25°~65°。文丘里管210的喉道212为直管，喉道212的直径为收缩段213的广口端直径的1/8~2/3倍，喉道212的长度为喉道的直径的0.1~5倍，优选为0.15~3倍。文丘里管210的扩散段211的扩散角α2为5°~30°，优选为6°~20°。示例性地，文丘里管210的壁厚为0.3~6mm。在实际操作中，文丘里管210的喉道212中的气流速度最好控制在20m/s~100m/s（通过文丘里管的结构尺寸和二次蒸汽流量来控制），气液比最好控制在0.2L/m³~1.0L/m³，文丘里管210的阻力为0.8~8.0KPa，文丘里管210的最下端与上管板23上的液体液面的高度差H，高度差H应大于文丘里管210的阻力以形成液封。

示例性地，在本实用新型的一个或多个实施方式中，文丘里管210的收缩段213的广口端向外延伸形成引流折边216，引流折边216与水平方向的夹角为0°~60°，优选为15°~45°，引流折边216的外径可以为加热管22内径的0.7~0.9倍。

优选而非限制性地，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，翼片215可以为倒L型薄板，其横向部分支撑在加热管22（或上管板23）上，纵向部分伸入加热管22中，纵向部分与加热管22的内壁可以为间隙配合，本实用新型并不以此为限。翼片215伸入加热管22内的高度为加热管22内径的0.7~3.0倍，翼片215位于加热管22外的高度h（参见图2所示）为加热管22内径的1.0~5.0倍。翼片的厚度可以为0.3~3mm。翼片215的数量优选为3~4个，在图3所示的示例性实施方式中，翼片215的数量为三个，均布在文丘里管210的外壁上，相邻翼片之间间隔角度为120°。示例性地，翼片215可以固定连接在文丘里管210上，例如通过焊接的方式设置在文丘里管210上，本实用新型并不以此为限。应了解的是，翼片的尺寸和形状并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际需要选择，仅需满足将文丘里管可拆卸地支撑在加热管的上管口，并且能够起到一定的稳流作用即可。

进一步地，结合图1和图5所示，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，布膜蒸汽段10的外侧围设有环状分液管12，环状分液管12的外侧与循环液进口51相连通，内侧沿周向均匀地设有多个循环液分进口121，液体由循环液进口51进入环状分液管12分流，然后由各个循环液分进口121均匀地进入布膜蒸汽段10。

进一步地，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，布膜蒸汽段10内设有环状分液槽11，环状分液槽11设置在多个循环液分进口121的下方，液体可以通过多个循环液分进口121流入环状分液槽11中。环状分液槽11的截面可以为U型，外侧壁焊接在布膜蒸汽段10的内壁上；或者环状分液槽11的截面可以为L型，底面外端直接焊接在布膜蒸汽段10的内壁上，从而形成凹槽。优选地，在环状分液槽11的底部设有多个滴液孔111，内侧上部设有溢流堰112，液体通过滴液孔111和溢流堰112均匀地流至上管板23，在上管板23上形成一定高度的稳定液位，该液位低于文丘里管210的上端面。示例性地，溢流堰112可以为矩形堰、V型堰和圆底矩形堰等，本实用新型并不以此为限。溢流型的环状分液槽11可以减轻循环料液对布膜区液面（上管板上形成的液面）的冲击，使循环料液流平稳进入布膜器21形成的进液通道53。

进一步地，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，布膜蒸汽段10的直径大于加热段20的直径，一般情况下，上管板23的直径与加热段20的直径相同，即布膜蒸汽段10的直径大于上管板23的直径。优选地，布膜蒸汽段10的直径为加热段20的直径的1.05~1.5倍。布膜蒸汽段10与加热段20之间设有过渡段40，过渡段40类似于封头结构，可以为球形、椭圆形、蝶形或锥形，本实用新型并不以此为限。

优选而非限制性地，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，布膜蒸汽段10的上部设有除雾沫层14，示例性地，除雾沫层14可以为丝网除沫器、折流板除沫器和/或旋流板除沫器，本实用新型并不以此为限。除雾沫层14优选为丝网除沫器，丝网除沫器的丝网材质可以根据蒸发料液的性质选择，例如，普通的不锈钢丝网、耐腐蚀合金丝网或者塑料丝网等。除雾沫层14可以对二次蒸汽夹带的雾沫进行精细分离。优选地，除雾沫层14之上还设有喷雾器（图中未示出），喷雾器可以对除雾沫层14进行定期或不定期的喷雾清洗。优选而非限制性地，除雾沫层14与上管板23之间设有雾化喷淋层13，雾化喷淋层13能够向布膜器21喷淋料液。示例性地，雾化喷淋层13包括多个雾化喷嘴，每个喷嘴对应一个布膜器21，喷嘴能够向文丘里管210的扩散段211中喷淋雾化的料液，这些喷嘴产生的雾化水可以进一步收集细小颗粒，并通过液滴聚合去除二次蒸汽中的杂质携带，减少二次蒸汽杂质对下游工序的影响，本实用新型并不以此为限。由料液进口70进入的料液可以通过阀门控制分别进入循环液进口51和雾化喷淋层13，一部分料液经循环液进口51进入环状分液管12分流到各个循环液分进口121，另一部分料液由雾化喷淋层13的喷嘴向下喷入文丘里管210的扩散段211中。

示例性地，循环液流量是料液进口70输入的料液的流量的5~20倍。进入布膜器21与加热管22之间进液通道的液体的杂质浓度比浓缩液段30中的液体的杂质浓度低5%~20%。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本实用新型的保护范围。

Claims

1. 一种布膜器，其用于逆流式降膜蒸发器，其特征在于，包括：

文丘里管，其设置在所述逆流式降膜蒸发器的加热管的上管口处，所述文丘里管由下至上包括收缩段、喉道和扩散段，所述收缩段和所述喉道的部分或全部位于所述加热管内，所述文丘里管的外壁与所述加热管的内壁形成进液通道；以及

多个进液通孔，其沿周向均匀地设置在所述喉道上，所述进液通孔位于所述加热管内。

2.根据权利要求1所述的布膜器，其特征在于，还包括：

多个翼片，其均匀设置在所述文丘里管的外壁上，所述多个翼片将所述文丘里管可拆卸地支撑在所述加热管的上管口处，并且将所述进液通道的入口分隔为多个。

3.根据权利要求2所述的布膜器，其特征在于，所述翼片为倒L型薄板，所述翼片与所述加热管的内壁为间隙配合。

4.根据权利要求3所述的布膜器，其特征在于，所述翼片位于所述加热管内的高度为所述加热管内径的0.7~3.0倍，所述翼片位于所述加热管外的高度为所述加热管内径的1.0~5.0倍。

5.根据权利要求2所述的布膜器，其特征在于，所述进液通孔的直径为1~12mm。

6.根据权利要求2所述的布膜器，其特征在于，所述文丘里管的收缩段的广口端直径为所述加热管内径的0.7~0.9倍，所述收缩段的收缩角为23°~90°，所述文丘里管的喉道为直管，所述喉道的直径为所述收缩段的广口端直径的1/8~2/3倍，所述喉道的长度为所述喉道的直径的0.1~5倍，所述文丘里管的扩散段的扩散角为5°~30°。

7.根据权利要求2所述的布膜器，其特征在于，所述文丘里管还包括：

引流折边，其由所述收缩段的广口端向外延伸，所述引流折边与水平方向的夹角为0°~60°，所述引流折边的外径为所述加热管内径的0.7~0.9倍。

8.一种逆流式降膜蒸发器，其特征在于，该逆流式降膜蒸发器包括：

布膜蒸汽段；

加热段，其设置在所述布膜蒸汽段的下方，所述加热段包括竖向的多个加热管，所述加热段与所述布膜蒸汽段之间设有上管板，所述加热管的上管口处设有如权利要求1~7中任意一项所述的布膜器，所述布膜器穿过所述上管板延伸至所述布膜蒸汽段；以及

浓缩液段，其设置在所述加热段的下方，所述加热段与所述浓缩液段之间设有下管板。

9.根据权利要求8所述的逆流式降膜蒸发器，其特征在于，所述布膜蒸汽段的顶部设有二次蒸汽出口，侧壁设有循环液进口，所述循环液进口与料液进口相连通；所述加热段的侧壁上部设有加热蒸汽入口，下部设有冷凝水出口；所述浓缩液段的底部设有排液口，侧壁设有循环液出口，所述循环液出口通过循环泵连通至所述循环液进口。

10.根据权利要求9所述的逆流式降膜蒸发器，其特征在于，所述布膜蒸汽段外侧围设有环状分液管，所述环状分液管的外侧与所述循环液进口相连通，内侧沿周向均匀设有多个循环液分进口，所述多个循环液分进口与所述布膜蒸汽段相连通。

11.根据权利要求10所述的逆流式降膜蒸发器，其特征在于，所述布膜蒸汽段内设有环状分液槽，所述环状分液槽设置在所述多个循环液分进口的下方，所述环状分液槽的底面设有多个滴液孔。

12.根据权利要求11所述的逆流式降膜蒸发器，其特征在于，所述环状分液槽的内侧设有溢流堰。

13.根据权利要求11所述的逆流式降膜蒸发器，其特征在于，所述布膜蒸汽段的上部设有除雾沫层，所述除雾沫层与所述上管板之间设有雾化喷淋层，所述雾化喷淋层与所述料液进口相连通。

14.根据权利要求13所述的逆流式降膜蒸发器，其特征在于，所述除雾沫层为丝网除沫器、折流板除沫器和/或旋流板除沫器。

15.根据权利要求13所述的逆流式降膜蒸发器，其特征在于，所述布膜蒸汽段的直径大于所述加热段的直径，所述布膜蒸汽段与所述加热段之间设有过渡段，所述环状分液槽的内径大于或等于所述加热段的直径。

16.根据权利要求15所述的逆流式降膜蒸发器，其特征在于，所述过渡段为球形、椭圆形、蝶形或锥形。