CN106621435A - 一种环形喷雾蒸发装置 - Google Patents

Abstract

一种环形喷雾蒸发装置，至少包括蒸发室：所述蒸发室包括：壳体、环喷雾化器、内插填料筒、U型加热环、汽液分配盘。所述壳体上部有易挥发相出口，下部有难挥发相出口；所述壳体中安装有环喷雾化器、U型加热环和汽液分配盘；所述环喷雾化器经过原料液进料管、预热器、过滤器与原料液加压泵连接；U型加热环与热媒连接；所述壳体中安装的内插填料筒顶端安装有汽液分配盘；所述汽液分配盘由回流液导管、回流分布器和通气管组成；本发明的蒸发装置不但能够充分有效的利用热能，连续操作，而且简化设备、节约空间、减少投入。

Description

一种环形喷雾蒸发装置

技术领域

本发明涉及蒸发、浓缩、蒸馏、精馏设备技术领域，特别涉及一种环形喷雾蒸发装置。

背景技术

所谓的蒸发，是将要分离的混合液体加热至沸腾，利用管道引出生成的蒸汽，再使它冷凝，结果得到冷凝液和与最初混合液体浓度不同的液体，最终达到液体和溶解在液体中的物质分离的目的。

蒸发是蒸馏、精馏的基础过程。

传统蒸发的主要设备有：浓缩蒸发器(升膜、降膜、转膜蒸发器)、蒸发塔、再沸器、冷凝器、回流输送设备等。主要产生沸腾的设备为再沸器，主要蒸发分离的空间在蒸发塔或蒸发器；液体混合物进入蒸发塔后，易挥发相向塔顶逐渐浓缩，离开塔顶后在冷凝器冷凝。

具有精馏要求的蒸发操作是，被冷凝的液体一部分作为易挥发相成品，另一部分被送入蒸馏塔上部(上部被称为精馏塔，下部被称为提馏塔)作为回流液，保证精馏操作连续稳定地进行。难挥发相向塔底逐渐浓缩，一部分作为难挥发相或称为残液排出，另一部分则经再沸器加热蒸发送回蒸发塔中，为蒸发操作提供足够的连续上升的蒸气气流，最终还是回到再沸器里。

典型的蒸发设备有一效、二效----多效浓缩蒸发器；

典型的蒸馏和精馏设备有孔板塔、填料塔等，其理论和设备都已成熟，广泛应用于石油、制药、化工、轻工、食品、冶金等行业。

目前比较流行的蒸发节能技术有多效浓缩蒸发器的二次蒸汽，由蒸汽压缩机压缩提压提温，代替从蒸汽锅炉来的元蒸汽，即所谓的MVR技术。此项技术虽然节约元蒸汽，但是，需要蒸汽压缩机。设备投入增加是小问题，二次蒸汽往往是可燃气体，容易在压缩机转子震动或摆动中有机械摩擦产生火花引起事故，即安全性差。

现有技术中的蒸发设备所实现的蒸发(精馏)过程在蒸发与处理回流时不但需要消耗大量的能源，而且排放的残液往往达不到国家环保要求。

发明内容

为克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种环形喷雾蒸发装置。超越了现有以再沸器为主要加热元件将原料进行汽化、以孔板或填料为主要传质传热蒸发精馏方式，而采用喷雾蒸发装置，以最大面积、最快速度最简化设备实现液体沸腾和传质传热，达到了最大限度节约能源又使残液排放达标。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：该种包括壳体(1)，其特征在于：在壳体(1)内安装有环喷雾化器(2)、内插填料筒(3)、U型加热环(4)、汽液分配盘(5)，所述壳体(1)中心固定设有内插填料筒(3)，在壳体(1)的上部固定设有环喷雾化器(2)，在环喷雾化器(2)的下方壳体(1)内固定设有若干U型加热环(4)，壳体(1)上部有低沸点汽相出口(16)，下部有高沸点汽相出口(15)；低沸点出口(16)经气相管道(42)与冷凝器(28)连接；环喷雾化器(2)经原料液进料管(47)、预热器(35)、过滤器(34)与原料加压泵(46)连接。

进一步地，所述环喷雾化器(2)的环形喷嘴管座(17)上安装至少一个喷嘴(18)，由连接环形喷嘴管座(17)的原料液进料管(47)和支架(51)把环喷雾化器(2)固定在壳体上方。

进一步地，所述内插填料筒(3)包括内插筒体(10)和填料(19)，在内插筒体(10)内装有填料(19)，内插筒体(10)下端有填料支篦(14)支撑填料(19)，并有固连于内插筒体(10)的法兰(22)，通过螺栓与积液分汽盘(13)装配固定。

进一步地，所述积液分汽盘(13)的外边缘通过螺栓与固连于壳体(1)的大法兰(23)装配固定。

进一步地，所述U型加热环(4)由数匝内圈加热管(6)、数匝外圈加热管(7)和涡旋型下加热管(8)组成一个环绕内插筒体(10)轴心的U型加热装置，内圈加热管(6)、外圈加热管(7)和涡旋型下加热管(8)均设有加热圈进口和加热圈出口。

进一步地，所述各个加热圈进口并联后连接于热媒进口(49)，各加热圈出口并联后连接于热媒出口(50)。

进一步地，所述U型加热环(4)通过积液分汽盘(13)的筋板(54)支撑于壳体(1)内。

进一步地，所述汽液分配盘(5)包括一空心盘型的回流分布器(11)，所述回流分布器(11)上开有数个通孔固连通气管(48)，在回流分布器(11)的底面开有数个回流分布器分液口(26)，汽液分配盘(5)上面固连回流液接口管(27)，回流液接口管(27)与回流液导管(12)连接，回流分布器(11)外圆上固连着分布器架(21)支撑在内插筒体(10)上端。

综上，本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明环喷蒸发器除具有“集中喷射蒸发室”的“蒸发迅速”、“蒸发伴随交换”、“工作连续”、“节能”、“安全性好”五个优势外。还具有以下三个良好的效果：

1、内插填料筒填料规整：因为蒸发室的四周环形空间回流液处理填料网圈的空间受加热盘管进出管交叉占用，环形填料不便于规整使用；

2、加热盘管与热媒进出管连接方便。不与填料发生空间争夺。也有利于填料处理回流均匀；

3、产能扩大。集中喷头喷射受喷射距离限制，喷头不宜过多，产能受限。环形喷射雾化蒸发器可比集中喷射雾化蒸馏床扩大产能数十倍。

附图说明

图1-1、本发明的蒸发装置---环喷蒸发器外形结构示意图；

图1-2、图1-1中A-A的剖视图；

图2-1、本发明的具体实施例之一---无塔环喷蒸发器***图；

图2-2、本发明的具体实施例之一---无塔环喷蒸发器主机示意图；

图3-1、本发明的具体实施例之二---有塔环喷雾蒸发器***图；

图3-2、本发明的具体实施例之二---有塔环喷蒸发器主机示意图；

图4、本发明蒸发装置里的环喷雾化器示意图；

图5、本发明蒸发装置里的内插填料筒示意图；

图6、本发明蒸发装置里的U型加热环示意图；

图7-1、本发明蒸发装置里的汽液分配盘外部结构示意图；

图7-2、图7-1中A-A的剖视图；

图7-3、图7-1的俯视图；

图7-4、本发明蒸发装置里的汽液分配盘立体结构示意图；

图8-1、本发明蒸发装置里的透气通液盘外部结构示意图；

图8-2、图8-1的俯视图；

图8-3、本发明蒸发装置里的透气通液盘立体结构示意图；

图9、本发明残液处理器示意图；

图10、本发明积液分汽盘示意图；

图11、本发明二室脖结构示意图；

图12、本发明具体实施例之三---蒸发室串联有塔蒸发***图。

图中：

1壳体、2环喷雾化器、3内插填料筒、4U型加热环、5汽液分配盘、6内加热圈、7外加热圈、8下加热圈、9残液处理器、10内插筒体、11回流分布器、12回流液导管、13积液分汽盘、14填料支篦、15难挥发相出口、16易挥发相出口、17环形喷嘴管座、18喷嘴、19填料、20人孔、21分布器架、22填料筒法兰、23大法兰、24小法兰、25难挥发相汽口、26分布器分液口、27回流液接口管、28冷凝器、29冷却器、30填料塔、31残液排出口、32残液器外壳、33残液器加热管、34过滤器、35预热器、36透气底盘、37透气帽、38回液管、39原料液储罐、40成品储罐、41回流入口、42气相管道、43流量计、44阀门、45液相管道、46原料加压泵、47原料液进料管、48通气管、49热媒进口、50热媒出口、51支架52气通液盘、53回流洒水圈、54筋板、55二室脖。

具体实施方式

以下结合附图1-图12对本发明的特征和原理进行详细说明，所举实施例仅用于解释本发明，并非以此限定本发明的保护范围。

该发明包括壳体1，在壳体1内安装有环喷雾化器2、内插填料筒3、U型加热环4、汽液分配盘5，所述壳体1中心固定设有内插填料筒3，在壳体1的上部固定设有环喷雾化器2，在环喷雾化器2的下方壳体1内固定设有若干U型加热环4，壳体1上部有低沸点汽相出口16，下部有高沸点汽相出口15；低沸点出口16经气相管道42与冷凝器28连接；环喷雾化器2经原料液进料管47、预热器35、过滤器34与原料加压泵46连接。

其中环喷雾化器2包括有环形喷嘴管座17，环形喷嘴管座17上安装至少一个喷嘴18，由连接环形喷嘴管座17的原料液进料管47和支架51把环喷雾化器2固定在壳体上方。

内插填料筒3包括内插筒体10和填料19，在内插筒体10内装有填料19，内插筒体10下端有填料支篦14支撑填料19，并有固连于内插筒体10的法兰22，通过螺栓与积液分汽盘13装配固定。

积液分汽盘13的外边缘通过螺栓与固连于壳体1的大法兰23装配固定。

U型加热环4由数匝内圈加热管6、数匝外圈加热管7和涡旋型下加热管8组成一个环绕内插筒体10轴心的U型加热装置，内圈加热管6、外圈加热管7和涡旋型下加热管8均设有加热圈进口和加热圈出口。U型加热环4通过积液分汽盘13的筋板54支撑于壳体1内。各个加热圈进口并联后连接于热媒进口49，各加热圈出口并联后连接于热媒出口50。

汽液分配盘5包括一空心盘型的回流分布器11，所述回流分布器11上开有数个通孔固连通气管48，在回流分布器11的底面开有数个回流分布器分液口26，汽液分配盘5上面固连回流液接口管27，回流液接口管27与回流液导管12连接，回流分布器11外圆上固连着分布器架21支撑在内插筒体10上端。

具体实施方式如下：

具体实施例之一

无塔环喷蒸发***

参考图1、图2、图5、图6和图7。在这个实施例中，本发明的这种蒸发装置──无塔环喷蒸发器***，至少包括，壳体1内安装有环喷雾化器2、内插填料筒3、U型加热环4、汽液分配盘5。所述壳体上部有易挥发相出口16，下部有难挥发相出口15；易挥发相出口16经气相管道42与冷凝器28连接；环喷雾化器2经原料液进料管47、预热器35、过滤器34与原料加压泵46连接。内插填料筒3上端的回流液导管12连接冷凝器下来的部分回流液。

上面所述的环喷雾化器2其实施过程是：在一个环形喷嘴管座17上安装一个或数个喷嘴18，由连接环形喷嘴管座17的原料液进料管47和固连在壳体1上的支架51把环喷雾化器2固定在壳体上方。

上面所述的内插填料筒3、其实施过程是：在内插筒体10内装有数块填料19，内插筒体10下端有填料支篦14支撑填料19，并有固连于内插筒体10的法兰22，通过螺栓与积液分配盘13装配固定。积液分配盘13的外边缘通过螺栓与固连于壳体1的大法兰23装配固定。

上面所述的U型加热环4其实施步骤是：由数匝内圈加热管6、数匝外圈加热管7和数层涡旋型下加热管8组成一个环绕内插筒体10轴心的U型加热环。各加热圈进口并联后连接于(分气缸)热媒进口49各加热圈出口并联后连接于热媒出口50，有积液分汽盘13的筋板54将U型加热环4支撑于壳体1内。

上面所述的汽液分配器5、其实施步骤是，在一个空心盘型的回流分布器11上，开有数个通孔固连通气管48，在回流分布器11的底面开有数个分布器分液口26，回流分布器11上面固连回流液接口管27与回流液导管12连接。回流分布器11外圆上固连着分布器架21水平支撑在内插筒体10的上端，将汽液分配器5固定在内插填料筒3的顶部。

具体实施例之二

有塔环喷雾化蒸发***

结合图1、图3、图4----图9，在实施例之一中有描述的关于蒸发室的部分不再重述。本实施例是在无塔环喷蒸发室之上增加了填料塔30，之下增加了残液处理器9，在环喷蒸发室与填料塔之间安装有透气通液盘52。在填料塔30的顶端安装有回流洒水圈53。

上面所述的透气通液盘52，在透气底盘36上开数个通孔，固定安装有透气帽37和回液管38，回液管38与回流液导管12连接。透气底盘36被固连在填料塔30底端的小法兰24和固连于壳体1顶端的小法兰24夹在中间，螺栓连接固定。

上面所述的残液处理器9：在残液器外壳32里安装有残液器加热管33，其进口连接热媒进口49；出口连接热媒出口50，通过螺栓将固连在残液器外壳32顶端的大法兰23和固连于壳体底端的大法兰23以及夹在二者之间的积液分汽盘13连接固定。

如此安装之后，易挥发相出口16移到填料塔30的顶端，其回流入口41外连接成品冷凝液回流管45；内连接回流洒水圈53.

难挥发相出口15移到残液处理器9的下端残液排出口31。

具体实施例之三

蒸发室串联使用或并联使用

串联使用实施例

在实施例之二基础上增加一个蒸发室、增加一套预热器、过滤器、残液加压泵。处理难挥发相量大的残液，从残液里回收易挥发相。

具体实施步骤就是在有塔环喷雾化蒸发***里，在蒸发室和残液处理器之间，加入环喷蒸发室。见图12.

在上面的蒸发室的积液分汽盘13下部焊接二室脖55，见图11.二室脖55的法兰24与下面的蒸发室的顶端法兰24连接。

本发明环喷蒸发器具有“集中喷射蒸发室”的“蒸发迅速”、“蒸发伴随交换”、“工作连续”、“节能”、“安全性好”五个优势，现简要描述如下：

1、蒸发迅速：本发明所述的蒸发装置中，设置了一个环形喷射雾化蒸发室。在这个蒸发室里，被蒸发的混合液体经泵加压和喷嘴作用被雾化成无数细小液珠从上往下充满蒸发室空间，混合小液珠在不断扩撒中被加热环同时加热并迅速蒸发，这种蒸发具有闪蒸的特点。

2、蒸发伴随交换：被加热蒸发的气相混合液体被分散在蒸发室里，与被雾化的液相混合液微粒两者的分散方向是相对的。这就为两者的传质传热创造了最大接触面积和最快速传递的空间条件。混合液微粒里的易挥发相得到热量汽化上行，难挥发相微粒释放热量被冷凝下行。促使混合液中的易挥发相和难挥发相迅速分离。这是在蒸发室里湍流冲撞中心空间完成的传质传热。是伴随蒸发同时发生的质、热传递。这就为本发明的蒸发装置效率高、投资少、节约空间创造了硬件条件。

3、连续性---同时连续进料、连续出成品、连续排废液：本发明所述的蒸发装置，原料连续进入，成品连续输出，废液连续排放，温度、压力、流量、含量等物性参数可以实现全自动程序监控。而传统蒸发装置，包括加热釜再沸器，孔板蒸发塔或填料蒸发塔，这些装置是断续进料，断续出成品，直到加热釜再沸器装满了残液无法继续蒸发了只好排放。而排放的废液里含有3-5％的溶剂(因为剩下的含易挥发相3-5％的残液，在再沸器里蒸发出来需要大量蒸汽加热大量的难挥发相，与利用蒸汽成本成本相差比较大，往往被舍弃)，由于生产不连续，成品易挥发组分含量不稳定，废液排放超标，既造成损失浪费严重又污染环境。

这种生产过程中的连续性，是本发明蒸发设备先进性的一个突出特征。正式这种蒸发装置---喷雾蒸发器具有的连续性，为生产可控性，自动化控制创造了条件。

4、节能

原因有三：

被蒸发的混合溶液被雾化到微小的颗粒，给易挥发相蒸发逃逸减少了阻力；而传统的加热釜加热沸腾，易挥发相要克服溶液分子的引力，为了便于汽体脱离液体及上升的动力需要提供热能

压力转化为蒸发力，节省了热量(即焓的转换)。雾化的条件是混合液必须达到一定压力进入雾化器才能充分雾化，压力和雾化器使混合液体分散成无数的微粒。使易挥发相与热媒接触面积剧增的同时，易挥发相微粒本身将泵给予的能量(主要形式是动能)转换成了蒸发逃逸的力量。所以节约了大量热源。而压力泵的电耗相对蒸汽消耗要小的多。这一点比旋转式超重力床的大电机要节能。超重力旋转床就利用高速离心产生气液分离的方式进行的。这里不进行多述。

相对扩撒：雾化的微粒自上而下扩撒，被加热装置加热蒸发的微粒自下而上扩散，这种相对扩撒相当于无数的微小孔板或是填料一样，为传质传热提供了充分的能量场、温度场、浓度场。

5、安全性：本发明的蒸发装置比折流式或填料式旋转超重力床有以下进步：

原料液的混合液体被高速雾化形成湍流射流，其射速远比离心速度高，这些粒珠与反向混合蒸汽间实现了动量传递、热量传递和浓度扩撒的多种传递形式的传质转热，效率之高，远不是离心力所比的。离心转子的转速和直径，都是受到材质和加工精度、安装精度制约的；

相比之下：

一是省去了离心转子。节省了电力消耗、钢材消耗和机械加工及维修量。

二是制造成本较低。

三是安全性好。由于旋转超重力床有转子的转动，有可能出现的碰壁、挂帮，造成火花引起易挥发相***。

除上述五点之外，环形喷射雾化蒸发器比集中喷射雾化蒸发室还有三个优势：

1、内插填料筒填料规整：因为蒸发室的四周环形空间回流液处理填料网圈的空间受加热盘管进出管交叉占用，环形填料不便于规整使用。

2、加热盘管与热媒进出管连接方便。不与填料发生空间争夺。也有利于填料处理回流均匀。

3、产能扩大。集中喷头喷射受喷射距离限制，喷头不宜过多，产能受限。环形喷射雾化蒸发器可比集中喷射雾化蒸馏床扩大产能数十倍。

该设计案与常用蒸发装置的区别与优点还在于：

1、雾化器不同，该雾化器为环状喷雾，产能增加了十几倍；

2、加热装置不同，间接加热，三种圈组成的U型环；

3、蒸发室里的填料位置和形状不同，填料位于圆柱状壳体的中心；

4、回流液分配装置不同，通过汽液分配盘分配，把回流液洒在中心圆柱体填料上。

上述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩入本发明权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种环形喷雾蒸发装置，包括壳体(1)，其特征在于：在壳体(1)内安装有环喷雾化器(2)、内插填料筒(3)、U型加热环(4)、汽液分配盘(5)，所述壳体(1)中心固定设有内插填料筒(3)，在壳体(1)的上部固定设有环喷雾化器(2)，在环喷雾化器(2)的下方壳体(1)内固定设有若干U型加热环(4)，壳体(1)上部有低沸点汽相出口(16)，下部有高沸点汽相出口(15)；低沸点出口(16)经气相管道(42)与冷凝器(28)连接；环喷雾化器(2)经原料液进料管(47)、预热器(35)、过滤器(34)与原料加压泵(46)连接。

2.根据权利1所述的一种环形喷雾蒸发装置，其特征在于：所述环喷雾化器(2)的环形喷嘴管座(17)上安装至少一个喷嘴(18)，由连接环形喷嘴管座(17)的原料液进料管(47)和支架(51)把环喷雾化器(2)固定在壳体上方。

3.根据权利1所述的一种环形喷雾蒸发装置，其特征在于：所述内插填料筒(3)包括内插筒体(10)和填料(19)，在内插筒体(10)内装有填料(19)，内插筒体(10)下端有填料支篦(14)支撑填料(19)，并有固连于内插筒体(10)的法兰(22)，通过螺栓与积液分汽盘(13)装配固定。

4.根据权利3所述的一种环形喷雾蒸发装置，其特征在于：所述积液分汽盘(13)的外边缘通过螺栓与固连于壳体(1)的大法兰(23)装配固定。

5.根据权利1所述的一种环形喷雾蒸发装置，其特征在于：所述U型加热环(4)由数匝内圈加热管(6)、数匝外圈加热管(7)和涡旋型下加热管(8)组成一个环绕内插筒体(10)轴心的U型加热装置，内圈加热管(6)、外圈加热管(7)和涡旋型下加热管(8)均设有加热圈进口和加热圈出口。

6.根据权利5所述的一种环形喷雾蒸发装置，其特征在于：所述各个加热圈进口并联后连接于热媒进口(49)，各加热圈出口并联后连接于热媒出口(50)。

7.根据权利5所述的一种环形喷雾蒸发装置，其特征在于：所述U型加热环(4)通过积液分汽盘(13)的筋板(54)支撑于壳体(1)内。

8.根据权利3或6所述的一种环形喷雾蒸发装置，其特征在于：所述汽液分配盘(5)包括一空心盘型的回流分布器(11)，所述回流分布器(11)上开有数个通孔固连通气管(48)，在回流分布器(11)的底面开有数个回流分布器分液口(26)，汽液分配盘(5)上面固连回流液接口管(27)，回流液接口管(27)与回流液导管(12)连接，回流分布器(11)外圆上固连着分布器架(21)支撑在内插筒体(10)上端。