CN108387115A - 一种超重力换热器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超重力换热器及其使用方法，所述超重力换热器由驱动轴、外壳、液体分布器、出液管、桶型填料层、进液管、进气管、出气管组成，液体分布器外表面均布有分散微孔；采用气液逆流接触换热，可以较好地实现气体、液体之间快速而均匀的微观混合，增大了传热面积；填料的高遠旋转增强了流体湍动程度，使传热边界层中滞留内层的厚度减小，提高了对流传热系数，从而强化了换热效果，传热效果比传统的填料塔提高1‑2个数量级。

Description

一种超重力换热器及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种强化气液传质、传热的过程设备与技术，特别是一种超重力换热器及其使用方法。

背景技术

超重力场中的热交换是冷、热流体直接接触混合的热交换。该换热方式属于直接接触式换热，把完成这种直接接触式换热的超重力装置称为超重力换热器。

在超重力换热器中，由于超重力的作用，填料对液体的高剪切作用把液体分散成具有一定线速度的极薄薄膜和细小的液滴；填料层高速旋转、弯曲狭窄，且充满着极薄液膜和细小的液滴；气体通过填料层中的空隙，气体和液体都与填料形成了急速的碰撞接触，使得液膜厚度减小，提高了传热系数，强化了传热过程；超重力接触换热机理，主要是通过增强流体湍流程度，减小传热过程中传热边界层中滞留内层的厚度，提高了对流传热系数，减少了对流传热的热阻，实现了介质在设备中的快速换热，强化传热效果。

由于逆流接触时能实现的平均温度差最大，因此逆流形式是超重力换热器采用的主要形式。以液体和气体为冷、热介质，其在超重力换热器中的热交换过程为：气体通过超重力换热器的进气口进入，在压力作用下，自转鼓周边进入填料层，经过填料进入外腔，从出气口排出；液体作为冷流体，经液体分布器分布后进入填料层，流体被强大的超重力强制沿径向做雾化分散。这样被高速旋转填料分散成的极微小液滴。雾滴在填料层与热流体充分的接触，完成气液两相间的传质传热过程。液相流体经壳体内壁汇集到装置的底部的排液口排出。气流则由装置上部排出，在填料层内，既发生气相、液相的热量传递，也发生液体的气化与冷凝，既传质过程。

发明内容

本发明旨在提供一种超重力换热器及其使用方法，实现气体、液体之间快速而均匀的微观混合，使得换热面更新加快，增大了传热面积；填料的高遠旋转增强了流体湍动程度,使传热边界层中滞留内层的厚度减小，提高了对流传热系数，即减小了对流传热的热阻，从而强化了换热效果；同时提供该超重力换热器的使用方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种超重力换热器，由驱动电机、驱动轴、外壳、液体分布器、出液管、桶型填料层、进液管、进气管、出气管组成；进气管和进液管上均设有温度显示变送器、压力显示变送器、流量计与相应控制阀门；出气管上设有温度显示变送器与压力显示变送器；出液管上设有温度显示变送器；液体分布器外表面均布有分散微孔。

一种超重力换热器的使用方法：

(1)设定温度、压力和流量的气体经进气管进入换热器外壳内，然后气体穿过高速旋转的桶型填料层的外表面至内表面的过程中与液体分布器喷洒出来的液体在填料层缝隙表面混合换热，穿过桶型填料层内表面后经出气管流出；

(2)设定温度、压力和流量的液体经进液管进入液体分布器，然后经液体分布器上的分散微孔喷洒到高速旋转的桶型填料层的内表面，在高速旋转的桶型填料层离心力作用下由桶型填料层内表面至外表面的过程中与气体在填料层缝隙表面混合换热，穿过桶型填料层外表面后在换热器下部汇集后经出液管流出。

一种超重力换热器的使用方法，采用以下操作步骤和操作参数：

(1)气体与液体的温度、压力和流量的确定：根据具体的工况条件确定气体与液体的温度，然后根据气体与液体的温度确定气体与液体的压力，再结合能量守恒定律进而确定气体与液体的流量；

(2)超重力旋转填料层总传热传质面积确定：超重力旋转填料层总传热传质面积等于填料面积与液滴表面积之和，可以通过填料体积、填料层空隙率和比表面积测定和计算；

(3)转速确定：根据气体、液体物料的性质与压力，转速为500～2900rpm；

(4)启动电机：带动旋转填料层按照设定的转速转动；

(5)气体、液体进料：开启气体进料阀实现气体进料，以阀门开度和流量计控制气体进料量和进料压力；开启液体进料阀，实现液体进料，以阀门开度和流量计控制液体进料量和进料压力；

(6)对进气温度、压力和流量进行测量，对进液温度、压力和流量进行测量，根据气体与液体物料的物性参数、温度、压力和流量以及实际的传热换热面积，通过能量衡算计算气体与液体的温度、压力和流量，采用流量计与相应控制阀门对气体与液体的温度、压力和流量进行控制和调节；

(7)稳定运行。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种超重力换热器及其使用方法，可以较好地实现气体、液体之间快速而均匀的微观混合，使得换热面更新加快，增大了传热面积；填料的高遠旋转增强了流体湍动程度,使传热边界层中滞留内层的厚度减小，提高了对流传热系数，即减小了对流传热的热阻，从而强化了换热效果，传热效果比传统的填料塔提高1-2个数量级。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的一种超重力换热器结构示意图；

图1中：1.驱动电机，2.驱动轴，3.外壳，4.液体分布器，5.出液管，6.桶型填料层，7.进液管，8.进气管，9.出气管；

进气管8和进液管7上分别设有温度显示变送器、压力显示变送器、流量计与相应控制阀门；

出气管9上设有温度显示变送器与压力显示变送器；

出液管5上设有温度显示变送器，液体分布器4外表面均布有分散微孔。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

一种超重力换热器，如图1所示，由驱动轴2、外壳3、液体分布器4、出液管5、桶型填料层6、进液管7、进气管8、出气管9组成；进气管8和进液管7上分别设有温度显示变送器、压力显示变送器、流量计与相应控制阀门；出气管9上设有温度显示变送器与压力显示变送器；出液管5上设有温度显示变送器；液体分布器4外表面均布有分散微孔。

一种超重力换热器，采用图1所示的换热工艺流程：

(1)设定温度、压力和流量的气体经进气管8进入换热器外壳3内，然后气体穿过高速旋转的桶型填料层6的外表面至内表面的过程中与液体分布器4喷洒出来的液体在桶型填料层6的缝隙表面混合换热，穿过桶型填料层6内表面后经出气管9流出；

(2)设定温度、压力和流量的液体经进液管7进入液体分布器4，然后经液体分布器4上的分散微孔喷洒到高速旋转的桶型填料层6的内表面，在高速旋转的桶型填料层6离心力作用下由桶型填料层6内表面至外表面的过程中与气体在填料层缝隙表面接触换热，穿过桶型填料层6外表面后在换热器下部汇集后经出液管5流出。

一种超重力换热器及其使用方法，以水和空气为冷热介质，采用以下操作步骤和操作参数：

(1)空气与水的温度、压力和流量的确定：空气进口温度110～120℃体，进口流量12m³/min，水为冷却水15～35℃，空气压力0.2MPa，水压力0.2～0.3MPa，要略大于空气压力0.2MPa满足喷洒的需要，根据工艺需要，空气出口温度50～60℃，水出口温度50～60℃，结合能量守恒定律，可以确定进液管7水的流量；

(2)超重力旋转填料层总传热传质面积确定：超重力旋转填料层尺寸Φ600×150×1200mm，填料层空隙率85～95％，比表面积500～700m²/m³，总传热传质面积为170～238m²；

(3)转速确定：根据空气和水性质与压力，转速一般为500～1200rpm；

(4)启动电机：带动旋转填料层按照设定的800rpm转速转动；

(5)进料：开启空气进料阀实现空气进料，以空气阀门开度和空气流量计控制空气12m³/min进料量和0.2MPa进料压力；开启水进料阀，实现水进料，以水阀门开度和水流量计控制水进料量和0.2～0.3MPa进料压力，并经液体分布器4外表面均布有分散微孔喷洒到高速旋转的桶型填料层6的内表面；

(6)对空气进料温度、压力和流量进行测量，对水进料温度、压力和流量进行测量，根据空气与水物料的物性参数、温度、压力和流量以及实际的传热换热面积，通过能量衡算计算气体与液体的温度、压力和流量，采用流量计与相应控制阀门对空气与水的温度、压力和流量进行控制和调节；

(7)稳定运行。

本实施例可实现传热单元高度为0.8～32.3mm，传热面积大幅增加，高遠旋转增强了流体湍动程度,使传热边界层中滞留内层的厚度减小，提高了对流传热系数，传热效果比传统的填料塔提高1-2个数量级。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种超重力换热器，其特征是，所述超重力换热器，由驱动轴、外壳、液体分布器、出液管、桶型填料层、进液管、进气管、出气管组成；进气管和进液管上分别设有温度显示变送器、压力显示变送器、流量计与相应控制阀门；出气管上设有温度显示变送器与压力显示变送器；出液管上设有温度显示变送器，液体分布器外表面均布有分散微孔。

2.如权利要求1所述的一种超重力换热器的使用方法，其特征是，

(1)设定温度、压力和流量的气体经进气管进入换热器外壳内，然后气体穿过高速旋转的桶型填料层的外表面至内表面的过程中与液体分布器喷洒出来的液体在填料层缝隙表面混合换热，穿过桶型填料层内表面后经出气管流出；

(2)设定温度、压力和流量的液体经进液管进入液体分布器，然后经液体分布器上的分散微孔喷洒到高速旋转的桶型填料层的内表面，在高速旋转的桶型填料层离心力作用下由桶型填料层内表面至外表面的过程中与气体在填料层缝隙表面混合换热，穿过桶型填料层外表面后在换热器下部汇集后经出液管流出。

3.如权利要求2所述的使用方法，其特征是，

(1)气体与液体的温度、压力和流量的确定：根据具体的工况条件确定气体与液体的温度，然后根据气体与液体的温度确定气体与液体的压力，再结合能量守恒定律进而确定气体与液体的流量；

(2)超重力旋转填料层总传热传质面积确定：超重力旋转填料层总传热传质面积可以通过填料层体积、空隙率和比表面积测定和计算；

(3)转速确定：根据气体、液体物料的性质与压力，转速为500～2900rpm；

(4)启动电机：带动旋转填料层按照设定的转速转动；

(5)气体、液体进料：开启气体进料阀实现气体进料，以阀门开度和气体流量计控制气体进料量和进料压力；开启液体进料阀实现液体进料，以阀门开度和液体流量计控制液体进料量和进料压力；

(6)对进气温度、压力和流量进行测量，对进液温度、压力和流量进行测量，根据气体与液体物料的物性参数、温度、压力和流量以及实际的传热换热面积，通过能量衡算计算气体与液体的温度、压力和流量，采用流量计与相应控制阀门对气体与液体的温度、压力和流量进行控制和调节；

(7)稳定运行。