WO2013120403A1

WO2013120403A1 - 真空转动成膜降压蒸发系统

Info

Publication number: WO2013120403A1
Application number: PCT/CN2013/070405
Authority: WO
Inventors: 傅利江; 傅心怡
Original assignee: Fu Lijiang; Fu Xinyi
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2013-01-14
Publication date: 2013-08-22
Also published as: CN102580333A; CN102580333B

Abstract

真空转动成膜降压蒸发系统，包括真空容器（1），该真空容器（1）内设有上端开口的圆环形蒸发槽（3），该蒸发槽（3）的侧表面构成蒸发面（31），真空容器（1）设有对蒸发面（31）进行加热的加热装置（8），蒸发槽（3）内设有可沿蒸发槽（3）的轴向转动的真空液膜形成结构（4），真空液膜形成结构（4）包括按照真空液膜形成结构（4）的转动方向从前向后依次设置的叶片（41）、浓缩液吸附管（43）和组合成膜器（42），组合成膜器（42）包括若干沿上下方向分布水平方向延伸的成膜杆（422）和将料液输送给成膜杆（422）的配液管（421）。

Description

真空转动成膜降压蒸发系统技术领域

[0001] 本发明涉及将液相物质转换为气相物质的设备，尤其涉及一种通过转动作用来降低压力和形成液膜以达到对蒸发条件的主动控制从而实现使料液瞬时浓縮到位的蒸发系统。背景技术

[0002] 对海水进行淡化或对溶液进行浓縮的方法有两种：一种为渗透法，另一种为蒸馏法。蒸馏法时需要用到蒸发设备。

[0003] 现有的蒸发设备的工作原理为对被处理的物质的液态混合物（以下统称为料液）进行加热，通过改变温度、表面积等方法来提高液料的蒸发速度。

[0004] 在中国专利授权公告号为 201978517U、授权公告日为 2011年 9月 21 日、名称为 "一种卤水浓縮蒸发系统用蒸发室"的专利文献中公开了一种单级式的蒸发系统。该专利中的蒸发系统的结构为：包括真空容器、加热腔和使料液在真空容器和加热腔之间循环的循环泵。使用时在真空容器上部设置气体凝结装置，将料液装在真空容器内，循环泵使料液在真空容器与加热腔之间进行循环，料液在加热腔中被加热，热的料液回到真空容器内时产生蒸发现象形成气体，气体在气体凝结装置的作用下重新变成液体。

[0005] 在中国专利申请号为 2003101071932、公开日为 2005年 6月 8日、名称为 "喷淋热交换式海水淡化机"的专利文献中公开了另一种单级式蒸发设备。该专利中的蒸发设备包括蒸发室和位于蒸发室内的冷媒冷凝器，使用过程中海水喷淋到冷媒冷凝器上，冷凝冷凝器内的冷媒冷凝时释放出热量对海水进行加热使海水产生蒸发。蒸汽流到冷凝室内冷凝为水。

[0006] 以上单级式的蒸发设备因一直需要外部热源对料液进行加热，而气体冷凝时所释放出的热量得不到再利用，因此存在能量利用率低（能效低）、蒸发效率低的问题。

[0007] 为了提高蒸发效率和能效，设计出多效（多级）蒸发系统，即将多过热交换器串联连接在一起，第一级热交换器通过外部热源进行加热，使得交换器内的料液蒸发，蒸发所产生的蒸汽再作为下一个换热器的热源，蒸汽对下一级换热器内的料液进行加热时使得自身温度下降，既有利于蒸汽的冷凝，同时起到热能再利用的作用，从而降低了能耗和提高了蒸发效率。考虑到料液蒸发而形成的蒸汽温度会依次下降，温度达不到大气压下料液的蒸发温度，因此对各级换热器依次进行减压（抽真空）来使料液的气化温度同上一级流入的蒸汽的温度相匹配。由于受抽真空难度的制约，多效蒸发系统的级数不能太多。为克服上述不足，在中国专利号为 2005800335343、名称为 "在具有水平板型热交换器室的多效蒸发系统中通过再热蒸汽来蒸馏或蒸发盐水或某种流体的方法和设备"的专利文献在公开了一种级数不属限制的蒸发系统。该系统是在料液蒸发而形成的蒸汽进入下一级热交换器之前，对该具有高于室温的蒸汽进行加热到能使料液在常压下气化的温度，从而不需要对换热器进行抽真空，从而使得级数可以按照需要任意设计。

[0008] 现有的蒸发系统、无论是单级还是多级的结构形式，料液都是被动地在加热区域等待蒸发或者多次进入换热器逐步进行蒸发，蒸发室内的气压也只是被动地通过外部的抽真空设备来降低。因此现有的蒸发系统存在蒸发效率较低的不足。

发明内容

[0009] 本发明提供了一种通过主动控制料液蒸发的形成条件以使料液能够瞬时完成蒸发的真空转动成膜降压蒸发系统，克服了料液以被动的方式进行地蒸发的过程中蒸发效率较低的问题。

[0010] 以上技术问题是通过下列技术方案解决的：一种真空转动成膜降压蒸发系统，包括真空容器，所述真空容器内设有上端开口的圆环形蒸发槽，所述蒸发槽的侧表面构成蒸发面，所述真空容器设有对所述蒸发面进行加热的加热装置，所述蒸发槽内设有可沿蒸发槽的周向转动的真空液膜形成结构，所述真空液膜形成结构包括按照真空液膜形成结构的转动方向从前向后依次设置的叶片、浓縮液吸附管和组合成膜器，所述组合成膜器包括若干沿上下方向分布水平方向延伸的成膜杆和将料液输送给成膜杆的配液管。使用时，通过加热装置给蒸发面供热，使蒸发面的温度保持在料液蒸发所需要的温度；真空液膜形成结构沿着蒸发槽转动的过程中，叶片一方面将蒸发面进行清除、使得蒸发表面不结垢、保证后续料液有清洁的蒸发表面、便于液膜的粘附和热量的传递，同时叶片驱动蒸发槽内的蒸汽上升，使得蒸汽即时离开蒸发面并在叶片的后方（以转动方向定向）形成一个比真空容器内的真空度更高的负压带；位于叶片后方的浓縮液吸附管将残留在蒸发面上的浓縮液即时吸附走，不会在蒸发槽尤其是蒸发面上聚集浓縮液，进一步保证蒸发面的清洁；料液从组合成膜器中的成膜杆中流出时，由于离心力的作用，料液在成膜杆的表面上形成液膜并蒸发掉部分，没有蒸发完的液膜被输送到位于负压带处的蒸发面时，液膜的厚度较薄，液膜一接触蒸发面即被瞬时蒸发掉。此时残留在蒸发面上的即为浓縮液，浓縮液被随后到达的浓縮液吸附管及时吸附走。

[0011] 作为优选，所述叶片沿叶片转动方向向后倾斜。叶片沿着蒸发槽转动的过程中，叶片能够对蒸汽起到导向作用，使蒸汽更加快速地离开蒸发槽，叶片后方的真空区域的压力更低，起到进一步提高蒸发效率的作用。 [0012] 作为优选，所述成膜杆垂直于所述蒸发室的侧壁。转移到蒸发面上的液膜厚更加均匀，对料液的蒸发效果更佳。

[0013] 作为优选，所述配液管内设有定量输送料液到所述成膜杆上的定量配液器，所述成膜杆为圆柱杆或圆锥杆。通过定量配液器主动控制料液的流量，使得蒸发时的可控性更好，料液传递到蒸发面上的过程中，不会产生溅出现象，蒸汽中不会含有液滴，蒸汽的纯净度好；配液杆实际为圆锥杆时，能进一步降低传递到蒸发面上的液膜的厚度。

[0014] 作为优选，所述浓縮液吸附管位于所述蒸发室的外侧，所述浓縮液吸附管朝向所述蒸发面的一侧上设有若干个沿上下方向分布的进液口。对蒸发面上的浓縮液的及时清理效果更好，浓縮液不会在蒸发面上产生流淌和集聚，能保持蒸发槽及其内各个部件的清洁，蒸汽的纯净度好。

[0015] 本发明还包括位于真空容器内的真空源，所述真空容器内设有沿真空容器周向延伸的环形浓縮液储存槽，所述浓縮液吸附管的上端同真空源的进口连接在一起，所述真空源的出口端连接有将浓縮液输送到浓縮液储存槽内的浓縮液排放管。设置真空源驱动吸附管对浓縮液进行吸附，吸附效果好；设置浓縮液储存槽，使得位于真空容器中处于运动状态的浓縮液吸附管排出浓縮液时方便。

[0016] 本发明包括驱动所述真空液膜形成结构转动的配液转盘和马达，所述配液转盘设置有进液管和将进液管与配液管连通的液流通道，所述进液管同所述配液转盘同轴。使用时，进液管同料液供给管或料桶对接，启动马达，马达驱动配液转盘转动，配液转盘带动真空液膜形成结构在蒸发槽内沿着蒸发槽的周向移动；料液依次经进液管、液流通道后进入配液管。便于将料液输出到转动的组合成膜器上。

[0017] 作为优选，所述蒸发槽内设有加热器。加热器能起到加快蒸发槽内的蒸汽离开蒸发槽的作用，有利于蒸发的连续进行。

[0018] 作为优选，所述加热器位于所述蒸发槽的底壁或内侧壁上。因为蒸发槽的内侧壁离蒸发面较远，该处温度较低，因此选择底壁或内侧壁部位对蒸汽进行加热，驱赶蒸汽离开蒸发槽的效果更好。

[0019] 作为优选，所述加热装置包括环绕在所述蒸发槽外部的加热腔和若干个设置在加热腔内的朝向蒸发槽外侧壁的喷头。使用时，使热液或热蒸汽（以下统称为热源介质）经喷头碰到蒸发槽的外侧壁的外表面上，实现对蒸发面的加热。对蒸发面进行加热时的效果好。

[0020] 本发明具有下述优点，通过设置组合成膜器和蒸发面，使料液以液膜的形式在蒸发面上蒸发，变料液的被动蒸发为主动蒸发，设置叶片，叶片转动的过程中形成真空区域，而液膜相应地在蒸发面的对应于真空区域的部位上进行蒸发时，能够在更短的时间内蒸发完，从而实现了瞬时蒸发，使得进入蒸发区域的料液能一次达到要求的浓縮状态，故蒸发效率高，以液膜蒸发时，不易产生沸腾现象，蒸汽中不会还有液滴，蒸汽的纯净度高；由于真空液膜形成结构是在蒸发槽内不停地转动的，故在叶片和浓縮液吸附管的作用下，蒸发面能随时保持不结垢，蒸发面传热给液膜时的传热效果好，热量利用率高。

附图说明

[0021] 图 1为本发明实施例一的示意图。

[0022] 图 2为图 1的 A— A截面示意图。

[0023] 图 3为图 1中的浓縮液吸附管的 B向的放大示意图。

[0024] 图 4为本发明实施例二的示意图。

[0025] 图中：真空容器 1，抽气阀门 11，浓縮液储存槽 12，浓縮液排放阀门 121，料液桶 2，料液进口阀门 21，蒸发槽 3，蒸发面 31，真空液膜形成结构 4，叶片 41，组合成膜器 42，配液管 421，成膜杆 422，定量配液器 423，浓縮液吸管 43，进液口 431，真空源 44，浓縮液排放管 441，配液转盘 5，进液管 51，马达 6，加热器 7，加热装置 8，加热腔 81，热源介质出口阀门 811，喷头 82，热源介质进入支管 821, 热源介质干管 83。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

[0027] 实施例一：

参见图 1，一种真空转动成膜降压蒸发系统，包括真空容器 1。真空容器 1为不锈钢制作而成。真空容器 1的顶壁设有抽气阀门 11。真空容器 1的上部预留有安装蒸汽凝结系统的空间。

[0028] 真空容器 1的侧壁中间部位设有浓縮液储存槽 12。浓縮液储存槽 12沿真空容器 1的周向延伸。浓縮液储存槽 12上设有浓縮液排放阀门 121。

[0029] 真空容器 1的底壁上设有位于真空容器 1内部的圆柱形料液桶 2。

[0030] 料液桶 2的底部设有料液进口阀门 21。料液桶 2内设置有马达 6。料液桶 2的上方设有配液转盘 5。马达 6用于驱动配液转盘 5转动。配液转盘 5设有伸入到料液桶 2内的进液管 51。

[0031] 料液桶 2和真空容器 1之间形成上端开口的圆环形蒸发槽 3。蒸发槽 3同配液转盘 5 同轴线。蒸发槽 3的外侧壁的内表面即外侧面构成蒸发面 31。

[0032] 蒸发槽 3内设有真空液膜形成结构 4。真空液膜形成结构 4包括叶片 41、浓縮液吸管 43和组合成膜器 42。叶片 41固定在组合成膜器 42上。叶片 41的上端同料液桶 2平齐。组合成膜器 42包括配液管 421和若干沿上下方向分布的连接在配液管 421上的成膜杆 422。成膜杆 422沿水平方向延伸。配液管 421沿竖直方向延伸。配液管 421的上端固定在配液转盘 5上。配液管 421和进液管 51通过设置在配液转盘 5内的液流通道连通在一起。配液转盘 5上设置有真空源 44。浓縮液吸管 43沿上下方向延伸。浓縮液吸管 43的上端即出口端同真空源 44的进口端对接在一起，真空源 44的出口上对接有浓縮液排放管 441。

[0033] 蒸发槽 3的底壁上设有加热器 7。加热器 7为沿蒸发槽 3的周向延伸的环形结构。

[0034] 真空容器 1外部设有加热装置 8。加热装置 8包括环绕在蒸发槽 3外部的加热腔 81 和若干个设置在加热腔 81 内的朝向蒸发槽外侧壁的喷头 82。加热腔 81的底壁上设有热源介质出口阀门 811。喷头 82为四棱锥状结构。喷头 82上设有热源介质进入支管 821。热源介质进入支管 821穿出加热腔 81。喷头 82沿竖直方向分为六排。

[0035] 参见图 2，真空液膜形成结够 4有四个。四个真空液膜形成结够 4对称分布在蒸发槽 3内。均匀设置使得无需配重，即能保证转动时的平稳性。叶片 41、浓縮液吸附管 43和组合成膜器 42按照使用时的转动方向 C从前向后依次设置。叶片 41沿转动方向 C向后倾斜。叶片 41的宽度同蒸发槽 3的宽度相等。成膜杆 422为圆锥杆，当然用圆柱杆也可以，成膜杆 422垂直于蒸发室 3的侧壁。配液管 421内设有定量配液器 423。定量配液器 423为现有产品。定量配液器 423用于将配液管 421内的料液定量输送给成膜杆 422的表面上。浓縮液吸附管 43位于蒸发室 3的外侧上。每一排中的喷嘴 82沿加热腔 81的周向均匀分布。

[0036] 本实施例中为所有的成膜杆 422通过同一根配液管 421配液，当然可以设计多根配液管，每一根配液管对成膜杆中的部分杆进行配液。为了降低配液杆的重量，使转动时轻松方便，可以将成膜杆设计为中空结构。

[0037] 参见图 3，浓縮液吸附管 43的朝向蒸发室的外侧壁的侧面上设有若干个沿上下方向分布的进液口 431。

[0038] 使用时，参见图 1，开启料液进口阀门 21，料液从料液进口阀门 21进入到料液桶 2 内。热源介质依次流经热源介质进入支管 821与喷头 82后被喷头 82喷洒到蒸发槽 3的外侧壁上、起到对蒸发面 31加热的作用，加热腔 81内聚聚的完成供热的热源介质经热源介质出口阀门 811排出。外部真空设备通过抽气阀门 11对真空容器 1进行抽真空，使真空容器 1 内部保持在真空状态，（抽真空是为了使料液在较低温度下能够蒸发，使蒸发面 31维持在料液的蒸发温度时方便），蒸汽冷凝系统安装在真空容器 1上部的预留空间内。马达 6驱动配液转盘 5转动，配液转盘 5驱动真空液膜形成结构 4按照图 2中的转动方向 C进行转动。料液桶 2内的料液经进液管 51后流到配液管 421内，再经定量配液器 423定量输送到成膜杆 422上，由于转动的离心作用，料液以液膜的形式散开在成膜杆 422上并以膜状输送到蒸发面 31上，料液首先在成膜杆 422的表面产生蒸发，没有蒸发玩的液膜到的蒸发面 31上时更薄并在蒸发面 31上吸收热量而最后瞬时蒸发掉。在液膜在蒸发面上蒸发后所剩下的浓縮液在真空源 44的作用下，依次经进液口 431、浓縮液排放管 441后流到浓縮液储存槽 12内。浓縮液储存槽 12内的浓縮液经浓縮液排放阀 121排出。叶片 41转动时能够起到如下作用：将蒸发槽 3内的蒸汽向上驱赶、加速蒸汽离开蒸发槽 3; 对蒸发面 31进行清洁，有利于热量的传递；在叶片的后方形成压力更低的真空区域，能縮短经成膜杆 422输送到蒸发面 31 上的液膜的蒸发时间，克服了加速凝结时压力越高越好而蒸发时压力越低越好的矛盾，使得蒸发与凝结能够在同一个真空容器内同时高效地进行。使用中，检测浓縮液的浓度是否符合要求，如果浓度太低（表示蒸发效果没有达到要求，则可以提高配液转盘 5的转速，来降低成膜杆 422输送到蒸发面 31上的液膜的厚度以改善。蒸发时叶片后方负压区的压力值的大小可以通过改变转速和控制叶片 41同蒸发槽 3之间的间隙大小来实现。

[0039] 实施例二，参见图 4，同实施例一的不同之处为：蒸发槽 3有两个，对应地加热装置 8也有两个。两个蒸发槽 3同轴。对应地在两个蒸发槽 3内都按照实施例一所述的方式设置有真空液膜形成结构 4。两个加热腔 81中的所有喷头 82上的热源介质进入支管 821都通过热源介质干管 83引出。料液桶 2设置在真空容器 1的底壁外表面上。马达 6固定在真空容器 1的上方。加热器 7位于蒸发槽 3的内侧壁上。

Claims

权利要求

1. 一种真空转动成膜降压蒸发系统，包括真空容器，其特征在于，所述真空容器内设有上端开口的圆环形蒸发槽，所述蒸发槽的侧表面构成蒸发面，所述真空容器设有对所述蒸发面进行加热的加热装置，所述蒸发槽内设有可沿蒸发槽的周向转动的真空液膜形成结构，所述真空液膜形成结构包括按照真空液膜形成结构的转动方向从前向后依次设置的叶片、浓縮液吸附管和组合成膜器，所述组合成膜器包括若干沿上下方向分布水平方向延伸的成膜杆和将料液输送给成膜杆的配液管。

2. 根据权利要求 1 所述的真空转动成膜降压蒸发系统，其特征在于，所述叶片沿叶片转动方向向后倾斜。

3. 根据权利要求 1或 2所述的真空转动成膜降压蒸发系统，其特征在于，所述成膜杆垂直于所述蒸发室的侧壁。

4. 根据权利要求 3 所述的真空转动成膜降压蒸发系统，其特征在于，所述配液管内设有定量输送料液到所述成膜杆上的定量配液器，所述成膜杆为圆柱杆或圆锥杆。

5. 根据权利要求 1或 2所述的真空转动成膜降压蒸发系统，其特征在于，所述浓縮液吸附管位于所述蒸发室的外侧，所述浓縮液吸附管朝向所述蒸发面的一侧上设有若干个沿上下方向分布的进液口。

6. 根据权利要求 5 所述的真空转动成膜降压蒸发系统，其特征在于，还包括位于真空容器内的真空源，所述真空容器内设有沿真空容器周向延伸的环形浓縮液储存槽，所述浓縮液吸附管的上端同真空源的进口连接在一起，所述真空源的出口端连接有将浓縮液输送到浓縮液储存槽内的浓縮液排放管。

7. 根据权利要求 1或 2所述的真空转动成膜降压蒸发系统，其特征在于，包括驱动所述真空液膜形成结构转动的配液转盘和马达，所述配液转盘设置有进液管和将进液管与配液管连通的液流通道，所述进液管同所述配液转盘同轴。

8. 根据权利要求 1或 2所述的真空转动成膜降压蒸发系统，其特征在于，所述蒸发槽内设有加热器。

9. 根据权利要求 8 所述的真空转动成膜降压蒸发系统，其特征在于，所述加热器位于所述蒸发槽的底壁或内侧壁上。

10. 根据权利要求 1或 2所述的真空转动成膜降压蒸发系统，其特征在于，所述加热装置包括环绕在所述蒸发槽外部的加热腔和若干个设置在加热腔内的朝向蒸发槽外侧壁的喷头。