CN210145525U - 逆流式降膜蒸发器及其液体分布器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种逆流式降膜蒸发器及其液体分布器，该液体分布器包括：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；涡轮叶片，其同轴设置在喉道内；消泡桨叶，其同轴设置在扩散段内；联动轴，其设置在文丘里管的中心轴线上，联动轴将涡轮叶片与消泡桨叶同轴联动连接；以及轴承组件，其支撑联动轴。本实用新型的液体分布器采用文丘里管结构，并且设置涡轮叶片和机械式消泡桨叶，利用逆流式降膜蒸发器的二次蒸汽上升动能驱动涡轮叶片带动消泡桨叶，消泡除沫效果好，省去外部驱动。

Description

逆流式降膜蒸发器及其液体分布器

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液体分布器。

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。近些年公开的一种逆流式降膜蒸发器，其二次水蒸汽和液膜沿着换热管内表面逆向流动。这种逆流式蒸发器与常规竖管顺流蒸发器（蒸汽与液膜一起向下流动）相比，改善了换热管结垢状况，提高蒸发器传热性能。然而，对于易起泡的物料，进行蒸发操作过程中，产生的泡沫不仅会造成蒸发物料的流失、对下游设备产生危害和影响冷凝液的质量；还会使蒸发传热过程处于极不稳定的状态，不利于蒸发器的正常运行。

中国专利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。然而，丝网除沫器设置在蒸发器的上部，其除泡沫的效果并不理想，并且丝网除沫器同样面临堵塞或腐蚀等问题。

因此，亟需一种逆流式降膜蒸发器及其液体分布器，能够减少蒸发操作产生的气泡的影响，从而提高蒸发器的运行稳定性。

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逆流式降膜蒸发器及其液体分布器，从而改善现有技术中逆流式降膜蒸发器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液体分布器，其用于逆流式降膜蒸发器，该液体分布器包括：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；涡轮叶片，其同轴设置在喉道内；消泡桨叶，其同轴设置在扩散段内；联动轴，其设置在文丘里管的中心轴线上，联动轴将涡轮叶片与消泡桨叶同轴联动连接；以及轴承组件，其支撑联动轴。

进一步，上述技术方案中，消泡桨叶为一层或多层，消泡桨叶的外端与扩散段的内壁之间的距离为0.5~3mm，消泡桨叶为梳型桨叶或刷型桨叶。

进一步，上述技术方案中，当消泡桨叶为多层时，消泡桨叶的直径由下向上逐渐增加，当消泡桨叶为梳型桨叶时，梳型桨叶的梳齿的宽度为1.0~6.0mm，梳齿的间隙为1.0~6.0mm。

进一步，上述技术方案中，文丘里管的收缩段的收缩角为30°~170°，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1/3~2/3倍，喉道的长度为喉道的直径的1~5倍，文丘里管的扩散段的扩散角为25°~70°。

进一步，上述技术方案中，文丘里管的收缩段的广口端与加热管的内壁之间的距离为0.5~10mm。

进一步，上述技术方案中，该液体分布器还包括：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，涡轮叶片为单层或多层，涡轮叶片为直板叶片、螺旋叶片或人字型叶片。

进一步，上述技术方案中，轴承组件与文丘里管的内壁固定连接，轴承组件为一个或多个，轴承组件采用滑动轴承、滚动轴承或者磁悬浮轴承。

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液体分布器，液体分布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，上管板上的液面与液体分布器的下端的高度差对加热管内的二次蒸汽形成液封。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

1. 液体分布器采用文丘里管结构，并且设置涡轮叶片和机械式消泡桨叶，利用逆流式降膜蒸发器的二次蒸汽上升动能驱动涡轮叶片带动消泡桨叶，消泡除沫效果好，省去外部驱动；液体分布器构成导流式液体布膜结构，通过文丘里管的收缩段外壁对加热管内壁布膜，使得布膜更加均匀稳定。

2. 消泡桨叶采用梳型或刷型，还可以设置多层消泡桨叶，在转动过程中，桨叶上的间隙更增加了气泡表面的剪切力，气泡加速破裂，消泡能力提高。

3. 多层消泡桨叶的直径随着扩散段的内径增大而增大，泡沫在扩散段上升时气流速度逐渐减小，消泡桨叶的边缘线速度不断增加，有利于消泡。通过机械传动使消泡桨叶转动，可以获得更加稳定的消泡效果。

4. 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，布膜更加均匀。

5. 逆流式降膜蒸发器的液体分布器的下端与上管板上的液面的高度差对管内二次蒸汽形成液封，调节该高度差使管内二次蒸汽达到一定压力，驱动涡轮叶片高速转动。

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液体分布器的结构示意图。

图3是根据本实用新型的一个或多个实施方式的液体分布器的局部示意图，其中消泡桨叶采用梳型桨叶。

图4是根据本实用新型的一个或多个实施方式的液体分布器的俯视示意图，其中隐去了涡轮叶片和消泡桨叶。

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-液体分布器，210-文丘里管，211-扩散段，212-喉道，213-收缩段，214-涡轮叶片，215-消泡桨叶，216-联动轴，217-轴承组件，218-翼片，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的上管口处设有液体分布器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所示，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，液体分布器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。液体分布器21的喉道212内设有涡轮叶片214，扩散段211内设有消泡桨叶215，涡轮叶片214与消泡桨叶215通过联动轴216同轴联动连接，联动轴216由轴承组件217支撑在文丘里管210的中心轴线上。优选而非限制性地，液体分布器21的外壁上均匀设有多个翼片218，这些翼片218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218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，结合图2和图3所示，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，消泡桨叶215为单层或多层，优选为2~4层，如图2所示的示例性实施方式中，消泡桨叶215为两层，本实用新型并不以此为限。消泡桨叶215为梳型桨叶或刷型桨叶，优选为梳型桨叶，如图3所示，消泡桨叶215（梳型桨叶）的梳齿的宽度可以为1.0~6.0mm，梳齿之间的间隙可以为1.0~6.0mm。消泡桨叶215的外端与扩散段211的内壁之间的距离可以为0.5~3mm。当消泡桨叶215为多层时，各层消泡桨叶215的直径由下向上逐渐增加。应了解的是，图3中所示的消泡桨叶215的梳齿和间隙数量仅为说明的目的，本实用新型并不以此为限。

示例性地，在本实用新型的一个或多个实施方式中，涡轮叶片214可以为单层或多层，如图2所示的示例性实施方式中，涡轮叶片214为两层，本实用新型并不以此为限。涡轮叶片214可以为直板叶片、螺旋叶片或人字型叶片，优选为螺旋叶片，本实用新型并不以此为限。

示例性地，在本实用新型的一个或多个实施方式中，轴承组件217与喉道212的内壁可以固定连接，轴承组件217可以为一个或多个，轴承组件217可以采用滑动轴承、滚动轴承或者磁悬浮轴承，本实用新型并不以此为限。轴承组件215可以钎焊在喉道212的内壁上，或者采用弹性卡子固定在喉道212的内壁上。示例性地，每一层消泡桨叶215的中心设有轴孔（图中未示出），联动轴216可以由涡轮叶片214向上延伸穿过消泡桨叶215的轴孔，轴孔与联动轴216可以采用键配合或者过盈配合等方式连接。

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的广口端与加热管22的内壁之间的距离可以为0.5~10mm。收缩段213的收缩角α为30°~170°，优选为45°~150°。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1/3~2/3倍，喉道212的长度为喉道的直径的1~5倍，优选为2~3倍。文丘里管210的扩散段211的扩散角β为25°~70°，优选为30°~65°。示例性地，文丘里管210的壁厚为0.3~6mm。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。

优选而非限制性地，参考图2和图4所述，在本实用新型的一个或多个示例性实施方式中，翼片218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218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218位于加热管22外的高度为加热管22内径的1.0~5.0倍。翼片的厚度可以为0.3~3mm。翼片218的数量优选为3~4个，在图4所示的示例性实施方式中，翼片218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218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液体分布器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。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能够向液体分布器21喷淋料液。示例性地，雾化喷淋层13包括多个雾化喷嘴，每个喷嘴对应一个液体分布器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。

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工作过程，加热管22中的二次蒸汽向上流动至液体分布器21内，由于液封作用，一定压力的二次蒸汽只能向上从文丘里管210的上部流出。二次蒸汽在文丘里管210的收缩段213中速度不断增大，在喉道212中达到最大。喉道212处的涡轮叶片214被加速的二次蒸汽驱动高速旋转，从而使扩散段211内的消泡桨叶215联动转动，从而实现消泡功能。

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 (12)

1.一种液体分布器，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；

涡轮叶片，其同轴设置在所述喉道内；

消泡桨叶，其同轴设置在所述扩散段内；

联动轴，其设置在所述文丘里管的中心轴线上，所述联动轴将所述涡轮叶片与所述消泡桨叶同轴联动连接；以及

轴承组件，其支撑所述联动轴。

2.根据权利要求1所述的液体分布器，其特征在于，所述消泡桨叶为一层或多层，所述消泡桨叶的外端与所述扩散段的内壁之间的距离为0.5~3mm，所述消泡桨叶为梳型桨叶或刷型桨叶。

3.根据权利要求2所述的液体分布器，其特征在于，当所述消泡桨叶为多层时，所述消泡桨叶的直径由下向上逐渐增加，当所述消泡桨叶为梳型桨叶时，所述梳型桨叶的梳齿的宽度为1.0~6.0mm，所述梳齿的间隙为1.0~6.0mm。

4.根据权利要求1所述的液体分布器，其特征在于，所述文丘里管的收缩段的收缩角为30°~170°，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1/3~2/3倍，所述喉道的长度为所述喉道的直径的1~5倍，所述文丘里管的扩散段的扩散角为25°~70°。

5.根据权利要求1所述的液体分布器，其特征在于，所述文丘里管的收缩段的广口端与所述加热管的内壁之间的距离为0.5~10mm。

6.根据权利要求1所述的液体分布器，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。

7.根据权利要求6所述的液体分布器，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。

8.根据权利要求7所述的液体分布器，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。

9.根据权利要求1所述的液体分布器，其特征在于，所述涡轮叶片为单层或多层，所述涡轮叶片为直板叶片、螺旋叶片或人字型叶片。

10.根据权利要求1所述的液体分布器，其特征在于，所述轴承组件与所述文丘里管的内壁固定连接，所述轴承组件为一个或多个，所述轴承组件采用滑动轴承、滚动轴承或者磁悬浮轴承。

11.一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1~10中任意一项所述的液体分布器，所述液体分布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。

12.根据权利要求11所述的逆流式降膜蒸发器，其特征在于，所述上管板上的液面与所述液体分布器的下端的高度差对所述加热管内的二次蒸汽形成液封。

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