CN207515567U - 一种高效降膜式蒸发设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型高效降膜式蒸发设备，包括管箱和与之连接的筒体，所述换热设备筒体立式布置，所述管箱通过上端法兰与筒体连接，所述筒体下端设有下端法兰；换热管设于筒体内，贯穿于所述法兰；所述管箱里设置有布液盘，管箱上端设有管程进口,管程进口设有防涡流装置；所述换热管下端位置为管程物料出口，所述布膜器安装在换热管上端口部分；而筒体上端设置壳程进口，所述筒体下端设有壳程出口。所述管程进口位于所述壳程进口上方；所述管程出口位于所述壳程出口下方。本实用新型同时改善了管程相变传热与壳程冷凝传热，使得本实用新型的高效降膜式蒸发设备总传热系数可达到光管的约1.73倍，可适应换热设备更大的负荷操作要求，有效改善出口物料质量。

Description

一种高效降膜式蒸发设备

技术领域

本实用新型属于换热器范畴，特别涉及一种采用新型布膜器，换热管为纵槽管的新型高效降膜式蒸发设备，适用于管外冷凝传热，管内为有相变的液体降膜换热场合。

背景技术

降膜蒸发作为一种高效的传热传质技术，相较于其他类型的传热方式，竖管降膜蒸发传热具有传热系数高、传热温差损失小、易实现多效操作、可处理热敏性物料、结构简单、安装方便等优点，而广泛应用于化工、炼油、能源、航天、海水淡化及制冷等领域。其中，管口布膜器保证管内全部润湿成膜对于传热效果至关重要，开发高效的管口布膜装置能显著提高管程传热效率。同时，由于采用光管为传热元件的降膜式蒸发设备传热效率低，使用纵槽管代替光管用于降膜式蒸发可有效提高其管外冷凝传热效果，以上措施可起到节能降耗作用，产生巨大的经济效益与社会效益。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种高效的降膜式换热设备。

本实用新型的技术方案是，一种高效降膜式换热设备，包括管箱1和与之连接的筒体4，所述换热设备筒体4立式布置，所述管箱1通过上端法兰与筒体4连接，所述筒体4下端设有下端法兰；换热管11设于筒体4内，贯穿于所述法兰；

所述管箱1里设置有布液盘2，管箱1上端设有管程进口8，管程进口8设有防涡流装置8-1；所述换热管11下端位置为管程物料出口7，所述布膜器9安装在换热管11上端口部分；而筒体上端设置壳程进口10，所述筒体下端设有壳程出口5；所述管程进口8位于所述壳程进口10上方；所述管程出口7位于所述壳程出口5下方。

分液盘可以对管箱上端的管程进口的冷物料进行均布；布膜器进行管内物料布膜；管程物料出口物料为汽液混合相。

蒸汽从筒体上端壳程进口10进入壳程于换热管11表面进行冷凝换热，冷凝液沿换热管11在重力作用下从筒体下端壳程出口5排出。

优选的是，所述换热设备为立式降膜换热器，换热器内径800mm，换热管长为1900mm，有效长度为1800mm。优选的是，换热设备为多管束立式降膜再沸器。

所述换热器立式布置，管内形成液体降膜，管外开槽进行冷凝换热。

其中，所述布液盘有两部分，上端为布液盘小圆筒12，下端为布液盘大圆筒13，两者通过螺柱15连接。

布液盘小圆筒12底部设有布液孔14。

液体在进入到布膜器前先落到布液盘小圆筒，再由小圆筒布液孔14落到大圆筒内。

在液体流量稳定后，布液盘小圆筒、大圆筒内均会形成一稳定的液位，因大圆筒稳定液位的存在，液体在通过布膜器)后流动均匀、稳定。

其中，所述上端法兰间设有堆焊密封层；所述下端法兰间设有堆焊密封层。

为了保证各部分之间的密封性能，法兰3之间均安装密封圈6，换热管与法兰3通过密封圈6进行密封、定位。

其中，所述布膜器上设有均匀分布的开口。进一步地，所述开口的形状为椭圆形，圆形，矩形中的一种。

更优选的是，布膜器的管壁上的开口呈椭圆形。

布膜器***管口部分外径31.70mm，椭圆形开口布膜器总流通面积为166.6mm²。

进一步地，所述开口数目为3-6个。

其中，所述布液盘上方进液口套有过滤网布。

为了防止冷流体中的大颗粒物对布膜器产生堵塞，需要在布液盘上方进液口套上过滤网布。

其中，所述换热管管型为U型，换热管基体外表面开有纵槽。槽深0.5-2mm。所述换热管纵槽横截面为U型。

所述纵槽管管长1800mm，管子外径38mm，管子内径32mm。

降膜式蒸发设备管箱(1)上安置一种高效管口布膜器(9)，该新型布膜器(9)开有六个相同大小椭圆形开口(16)(图3)，其总流通面积为166.6mm2，新设计的布膜器(9)厚度薄，沿圆周的开口长度大，使得液体在流经布膜器所受的阻力小，很容易在管内呈均匀的膜状流动，很好的达到全部润湿管内表面的效果，可有效强化管内降膜式换热；同时，在换热管基体外表面加工有纵向开槽，纵槽管将管外冷凝液膜划分成波峰区与波谷区，液膜表面各部位因曲率不同，表面张力也不相同，这种表面张力的差异使得波峰区液膜极薄，可显著提高管外冷凝传热效果，波谷区汇聚的冷凝液也可在重力作用下及时排除，也可改善壳程换热。

本实用新型在换热管基体的外表面加工了U型纵槽，管程内冷却物料经布膜器的分布作用成膜状向下流动，饱和蒸汽在壳程的U型槽表面冷凝释放出潜热被管内冷却介质吸收带走。纵槽液膜表面各部位因曲率不同，表面张力也不相同，这种表面张力的差异使得波峰区液膜极薄，波谷区液膜增厚。因此波峰区用于进行冷凝强化传热，波谷区用于汇聚波峰区流下的冷凝液，冷凝液于重力作用下及时排走。因表面张力作用，波峰区液膜减薄，强化了纵槽管外部冷凝传热效果。本实用新型使得降膜式蒸发设备管外冷凝传热系数约为光管的2.07倍，总传热系数约为光管的1.73倍，强化换热效果显著。

本实用新型的有益效果：

(1)新型椭圆形开口管口布膜器，因其布膜器开口为扁长的椭圆形，液体通过时阻力小，且铺展范围更大，相比于矩形，椭圆形开口更圆滑，更有利于液体流过。基于相同流通面积条件下，较矩形开口与圆形开口管口布膜器，能在较小单管流量下完成管内均匀布膜。如对于19.4％NaSCN溶液，椭圆形、矩形和圆形开口布膜器管内最小成膜流量分别为：165L/h、185L/h和190L/h。可见椭圆形开口布膜器具有较优的布膜能力，有利于改善管内降膜式传热效率，提高出口物料质量。

(2)换热管基体外表面开有纵槽，U形纵槽将管外冷凝分为波峰区与波谷区，利用表面张力减薄液膜厚度，可显著提高换热管管外冷凝传热效果，纵向开槽管表面冷凝传热系数可达光管的约2.07倍。

(3)本发明的新型高效降膜式蒸发设备总传热系数可达到光管的约1.73倍，传热温差相同时，换热管热通量是光管的1.75倍以上，且达到相同热流密度时所需的温差也明显降低，最大的仅为光管的51％。由此可显著降低换热设备的运行成本和制造成本。

附图说明

图1为本实用新型所述新型高效降膜式蒸发设备结构示意图。

图2a是本实用新型管程进口防涡流装置示意图。

图2b是防涡流装置横截面示意图。

图3为本发明的液体分布盘结构示意图。

图4为本实用新型所述管口布膜器开口数为六个的横截面图。

图5为本实用新型所述纵槽管结构示意图。

图6为图5的局部放大图。

图7为本实用新型所述纵槽管与光管冷凝传热系数与热通量关系对比图。

图8为本实用新型所述纵槽管与光管总传热系数与热通量的关系对比图。

图中：1—管箱，2—布液盘，3—上端法兰，3-1—下端法兰，4—筒体，5—壳程出口，6—堆焊密封层，7—管程物料出口，8—管程进口，8-1防涡流装置，9—布膜器，10—壳程进口，11—换热管，12—布液盘小圆筒，13—布液盘大圆筒，14—布液孔，15—螺柱，16—布膜器开口。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施例作进一步详细描述。

如图1所示，高效降膜式换热设备，所述换热设备包括：管箱1、带有换热管的筒体4、管箱1通过法兰与筒体4连接，换热设备筒体4立式布置，上下两端通过上端法兰3和下端法兰3-1连接，法兰间安装堆焊密封层6，换热管11与法兰通过堆焊密封层6进行密封、定位。管箱1里放置有分液盘2，对管箱1上端管程进口8冷物料进行均布。管程进口8连接有防涡流装置8-1，防涡流装置的结构示意图见图2a和图2b。换热管进口位置连接有布膜器9，进行管内物料布膜，所述换热管11下端位置为管程物料出口7，所述布膜器上端设于所述布液盘2中；而筒体上端设置壳程进口10，所述筒体下端设有壳程出口5。蒸汽从筒体上端壳程进口10进入壳程于换热管11表面进行冷凝换热，冷凝液沿换热管11在重力作用下从筒体下端壳程出口5排出。

上述新型高效降膜式换热设备为立式降膜换热器，换热器内径800mm，采用纵槽换热管，换热管长为1900mm，有效长度为1800mm。

如图3，管箱1里放置有液体分布盘，布液盘有两部分，上端为布液盘小圆筒12，下端为布液盘大圆筒13，液体在进入到布膜器9前先落到布液盘小圆筒12，再由小圆筒落到大圆筒内13。

新型高效降膜式换热设备采用纵槽管管长1800mm，管子外径38mm，管子内径32mm。

在一个优选的实施方案中，新型高效降膜式换热设备采用布膜器9开口形式为椭圆形，横截面见图4。布膜器***管口部分外径31.70mm，椭圆形开口布膜器总流通面积为166.6mm2。

在一个优选的实施方案中，换热管以普通光管为基管，采用滚压成型工艺制作而成，制成U型结构纵槽。换热管的结构见图5和图6。

在降膜流动设计计算时，为了防止换热管壁出现“干壁”现象而恶化传热性能，需要对其进行冷膜实验。选择椭圆形开口、矩形开口和圆形开口三种形式的布膜器，为了保证三种布膜器在相同工作条件下，三种类型布膜器均开六个开口，流通面积保证一致，实验以16.5％、19.4％、23.3％、29.0％、37.6％和50.1％六种不同浓度的硫氰酸钠溶液作为介质进行冷膜成膜测试。三种结构管口布膜器成膜流量见表1。

表1不同开口形式布膜器最小成膜流量

上述测试表明椭圆形开口布膜器的最小成膜流量最小，矩形开口布膜器次之，圆形开口布膜器最小成膜流量最大。对于同样的流通面积，椭圆形开口较圆形、矩形开口更扁长，同时四周也没有矩形开口那么锋利，过渡性好，因此椭圆形开口布膜器有更好的布膜效果。

于布膜器上方要放置布液盘，来保证流过布膜器时液体稳定流动，减少液体飞溅，保证液膜稳定高效流动。

本发明的新型高效降膜式蒸发设备选用的布液盘有两部分，上端为布液盘小圆筒，下端为布液盘大圆筒。

液体在进入到布膜器前先落到布液盘小圆筒，再由小圆筒落到大圆筒内，在液体流量稳定后，布液盘小圆筒、大圆筒内均会形成一稳定的液位，布膜器安装在布液盘大圆筒正中间位置，因大圆筒稳定液位的存在，液体在通过布膜器后流动均匀、稳定。

所述新型高效降膜式蒸发设备，对各部分通过法兰进行连接。

其中为了保证各部分之间的密封性能，法兰之间均安装堆焊密封层6。换热管与压板通过O型密封圈进行密封、定位。

最后，对比纵槽管与光管于降膜式传热设备中传热效果。

图7与8分别为不同热通量时，纵槽管和光管的冷凝传热系数与总传热系数变化情况。在相同质量流量情况下，纵槽管临界热负荷高于光管，管外冷凝传热系数明显高于光管。如图5所示：在质量流量为0.698kg/(m·s)时，光管最小热通量和最大管外冷凝传热系数分别为13.97kW/m²和10853W/(m²·s)，而纵槽管为17.75kW/m²和16985.6W/(m²·s)。由于纵槽管槽峰处表面张力作用，使冷凝液更容易从换热管表面排走，冷凝液膜变薄，热阻小，因此强化效果好。

热通量为20～40kW/m²时，纵槽管总传热系数和冷凝传热系数与光管做对比，如图6所示：在热通量为31.5kW/m²时，纵槽管总传热系数和冷凝传热系数分别为3203W/(m²·s)和14205W/(m²·s)，而光管的值为1858W/(m²·s)和7012W/(m²·s)，纵槽管的总传热系数是光管的约1.73倍，冷凝传热系数是光管的约2.07倍。可知，纵槽管的冷凝传热系数比光管平均提高约107％，总传热系数平均提高约73％。本发明所述新型高效降膜式蒸发设备强化传热效果显著。

Claims (9)

1.一种高效降膜式蒸发设备，包括管箱(1)和与之连接的筒体(4)，其特征在于：所述蒸发设备筒体(4)立式布置，所述管箱(1)通过上端法兰与筒体(4)连接，所述筒体(4)下端设有下端法兰；换热管(11)设于筒体(4)内，贯穿于所述法兰；

所述管箱(1)里设置有布液盘(2)，管箱(1)上端设有管程进口(8)，管程进口(8)设有防涡流装置(8-1)；所述换热管(11)下端位置为管程物料出口(7)，布膜器(9)安装在换热管(11)上端口部分；而筒体上端设置壳程进口(10)，所述筒体下端设有壳程出口(5)；所述管程进口(8)位于所述壳程进口(10)上方；所述管程物料出口(7)位于所述壳程出口(5)下方。

2.如权利要求1所述的高效降膜式蒸发设备，其特征在于，所述布液盘有两部分，上端为布液盘小圆筒(12)，下端为布液盘大圆筒(13)，两者通过螺柱(15)连接。

3.如权利要求2所述的高效降膜式蒸发设备，其特征在于，所述布液盘小圆筒(12)底部设有布液孔(14)。

4.如权利要求1所述的高效降膜式蒸发设备，其特征在于，所述上端法兰间设有堆焊密封层；所述下端法兰间设有堆焊密封层。

5.如权利要求1所述的高效降膜式蒸发设备，其特征在于，所述布膜器上设有均匀分布的开口。

6.如权利要求5所述的高效降膜式蒸发设备，其特征在于，所述开口的形状为椭圆形，圆形，矩形中的一种。

7.如权利要求6所述的高效降膜式蒸发设备，其特征在于，所述开口数目为3-6个。

8.如权利要求1所述的高效降膜式蒸发设备，其特征在于，所述布液盘上方进液口套有过滤网布。

9.如权利要求1所述的高效降膜式蒸发设备，其特征在于，所述换热管管型为U型；所述换热管基体外表面开有纵槽。