一種管內自動清洗防垢降膜式蒸發裝置的製作方法

2023-05-06 17:34:31

專利名稱：一種管內自動清洗防垢降膜式蒸發裝置的製作方法
技術領域：
本發明的ー種管內自動清洗防垢降膜式蒸發裝置，涉及列管降膜蒸發裝置的管內自動清洗防垢和傳熱強化。它主要適用於加熱管內容易生長汙垢的降膜蒸發裝置、尤其適合於沸點上升影響顯著、又易垢的溶液的列管降膜式熱泵蒸發裝置。
背景技術：
現有的列管降膜式蒸發裝置適用於蒸發母液為熱敏性物料，尤其適合於加熱管內不生長汙垢的降膜式熱泵蒸發裝置。但是，若熱泵蒸發的物料是沸點上升影響顯著、又容易生長汙垢的溶液，則汙垢嚴重影響其節能效率，會使熱泵蒸發裝置與傳統的多效蒸發裝置相比的節能優勢不顯著。國內外均已有蒸發裝置在線機械清洗技術研究，應用最多的是刮板式蒸發裝置。 但是，筒體內壁須精密鏜削並拋光處理，造價高，單臺蒸發裝置的傳熱面積小；刮板與蒸發裝置簡體內壁的徑向間隙O. 5 I. 5mm,就意味著仍然可以有O. 5 I. 5mm的殘留汙垢熱阻；刮板的能耗水平(O. 75KW/m2左右)太高。雖然有蒸發器在線除垢的其它新技術，例如ZL2283826y (機械除垢蒸發裝置，1998. 06. 10)和CN02111949. X( —種自動清洗式降膜蒸發裝置，2002年)，前者報導的是列管式蒸發裝置的管外汙垢在線往復運動機械清洗，而不是通常所說的母液在管內的列管降膜式蒸發裝置；後者報導的是板式蒸發裝置的汙垢在線機械清洗。蒸發裝置管內汙垢流態化清洗技術，早的如專利EP262725和中國專利ZL91106682.9等等，較新的文獻(例如，劉明言，中藥更年安浸取液汽液固三相流自然循環蒸發濃縮，化工學報，2003，54 (7) :1029-1131)報導的技術，都具有自動清洗管內汙垢和高效傳熱強化的雙重功能。但是，這些技術都只適用於液體充滿立式列管橫截面、並且向上流動的蒸發裝置，而不能應用於列管內降膜流動的蒸發裝置。

發明內容
本發明提出ー種管內自動清洗防垢降膜式蒸發裝置，不僅可以解決現有技術不適用於列管內降膜流動蒸發裝置的汙垢清洗問題，而且具有結構簡單、操作簡便，運行可靠的優勢。因此，能夠應用於列管式降膜蒸發裝置的自動清洗和傳熱強化，尤其適合於蒸發濃縮過程中管內壁要生長較難清洗的汙垢(諸如結晶鹽垢、硬垢)的熱泵蒸發裝置。本發明的技術方案為ー種管內自動清洗防垢降膜式蒸發裝置，主要部件有上管箱、流化球、噴淋頭、均布成膜螺旋、加熱管、液膜螺旋、下管箱、循環泵。每根加熱管內設置ー根液膜螺旋，上端懸掛，下端自由。液膜螺旋的作用在於對下降流動的液膜和流化球導向，形成液膜的螺旋流和流化球螺旋運動，使之具有較大的周向分速度和一定的離心力，可以減少飛濺的液沫和流化球從加熱管中心線區域穿過；還能夠使流化球自然地趨向管內壁，對管內壁產生清洗硬垢需要的徑向接觸壓力，以此強化對難清洗汙垢(例如結晶鹽硬垢)的清洗能力；並且，液膜螺旋在降膜液流的衝刷和流化球的衝擊作用下，產生徑向的振擺和軸向的上下振動，對管內壁汙垢產生一定的擦洗除垢作用，又能使流化球穿越液膜螺旋與管內壁之間的間隙，避免液膜螺旋與管內壁之間、及其下方近鄰區域形成清洗死角，提高流化球清洗的均勻度。液膜螺旋的鋼絲直徑範圍為O. 8 3. Omm ;液膜螺旋的外徑與加熱管內壁之間的直徑間隙大於流化球直徑的兩倍；液膜螺旋的螺旋角在10° 30°的範圍比較好，具體取值與管內的流量大小有一致性的關係。噴淋母液中添加的流化球，只在蒸發裝置內循環清洗用，體積濃度為O. 3% 3. 0%，流化球形狀須為滾動性良好的球形顆粒，以滿足對液膜滾動攪拌為主、對管內壁滑動擦洗為輔的清洗運動學要求。流化球材質要求對蒸發母液是惰性，可以是玻璃球、金屬球、塑料球、膠球和瓷球，依據液體的腐蝕性、溫度、汙垢的軟硬等選擇。一般採用耐磨性好的瓷球。流化球直徑在4. Omm以下。在加熱管入口部位安裝的均布成膜螺旋，其主要功能第一是均布進入各加熱管的液體，第二是有助於在管內壁形成均勻的螺旋流液膜。均布成膜螺旋為2 4頭的螺旋片 結構，螺旋片可以不連續，但是各頭螺旋在橫截面的投影疊加的結果必須為連續，螺旋角在30° 60°範圍，螺旋片的徑向高度必需大於流化球的直徑，均布成膜螺旋的長度為60 200mm。螺旋片的作用一是對進入加熱管的液體導向形成螺旋流，ニ是徑向定位，保證其同心度。中心管是均布成膜螺旋的骨架，支承筋的作用是均布成膜螺旋在加熱管ロ的軸向定位，中心管內孔的直徑便於液膜螺旋和蒸汽螺旋安裝固定即可。均布成膜螺旋的液體均布功能，ー是靠上下管箱氣相壓力平衡的連通管，ニ是設計使得設計流量條件下液體通過均布成膜螺旋與加熱管之間的螺旋流道的阻力，能夠滯流形成管板上均布必需的積液層，以此確保各加熱管的進出ロ之間都有相等的靜壓推動カ。各加熱管內完全相同的結構，勢必具有相等的流動阻カ係數。因此，均布成膜螺旋可以使得各加熱管內的液膜流量高度均布。噴淋頭的主要作用是使進入各加熱管的流化球數量基本均布。噴淋頭結構為圓錐喇叭，圓錐角在45° 65°的範圍。噴淋頭可以是單層圓錐喇叭結構，也可以是2 4層的圓錐喇叭結構，層數多少與該噴淋管的(直徑或)流量大小有一致性的關係。噴淋頭的中心區安裝有圓錐螺旋。噴淋頭的個數為I 13個，由蒸發裝置加熱室的直徑D大小決定；噴淋頭的噴淋高度H取決於單個噴淋頭承擔均布區域的大小和噴淋管內的流速大小。加熱管內也可以安裝蒸汽螺旋，蒸汽螺旋的長度可以接近於整個加熱管，也可以只是加熱管的下半部。其功能是使管內的二次蒸汽形成螺旋流，目的是使飛濺脫離管內壁的液沫和流化球在離心カ的作用下返回液膜，並且藉助二次蒸汽螺旋流與液膜之間的界面摩擦力，増大降膜流動的周向分速度，強化液膜的對流傳熱，増大流化球的離心力，強化流化球的汙垢清洗能力。蒸汽螺旋的材質是鋼絲或塑包鋼絲，直徑2. 5 6. Omm0蒸汽螺旋的螺距為加熱管內徑的(I. 20 1.80)倍，蒸汽螺旋的外徑為加熱管內徑的O. 60倍以下。蒸汽螺旋的上端固定在均布成膜螺旋上，下端固定在加熱管下ロ的固定架上，並且有一定的預緊力。下管箱為多功能結構。上部為集液結構，中部為除沫器，下部為循環槽。下管箱的ー種結構是上部為集液的斜折導流板，斜折導流板的下方是液沫分離室，下部的循環槽濃縮型蒸發器採用深度不大的結構，結晶型蒸發器採用深度大的結構，以滿足結晶生長和粗細晶體區分的需要。斜折導流板的斜板部分的斜角為15° 30°，斜板直徑方向的寬度為下管箱直徑的O. 7 O. 9倍。斜折導流板的作用之ー是二次蒸汽的液沫分離作用，使下管箱的二次蒸汽逐漸加速形成較高速度，在急彎區達到液沫慣性分離的作用；接著穿越斜折導流板ロ的水簾幕時，二次蒸汽中的液沫被水簾幕洗滌作用；最後ニ次蒸汽在斜折導流板下方的大空間緩慢流過，繼續分離其液沫後，由二次蒸汽管排出。對ニ次蒸汽除沫要求高的蒸發裝置，在液沫分離室內還設置除沫器和噴淋衝洗管。斜折導流板的作用之ニ是使流化球和循環母液流到下管箱的右側壁進入循環槽。流化球通過底部的出ロ管、文丘裡參與再循環。循環母液在有足夠深度的循環槽內緩慢流過，既能有一定的時間長大晶體，又能有比較充分的時間、藉助粗細晶體不同的沉降速度得以大致分離，含粗晶較多的粗晶區漿液經過底部左側的排漿閥去分離エ序。含微晶和細晶的上層母液經過循環槽，在左側近液面的細晶區出口管，通過循環泵再去噴淋頭，繼續進行降膜蒸發。管內的液膜流量(或流速)通過循環泵出口閥調節，流化球的含量(或體積濃度)藉助旁路閥控制。下管箱的另ー種結構是上部為接液盤，中部為蝸道離心除沫器，下部的循環槽濃縮型蒸發器採用深度不大的結構，結晶型蒸發器採用深度大的結構，以滿足結晶生長和粗細晶體區分的需要。未蒸發的母液和流化球經過中心流道下流，到循環槽的收球室進行慣性分離。流化球經過循環槽底部出口管、文丘裡參與再循環；母液藉助拐彎處的慣性分離，粗晶沉積到底部，經過粗晶區排漿閥去分離エ序；母液經過大截面的循環槽緩慢流過足夠深度的空間長大晶體。循環槽近液面的左側的細晶區出口管，通過循環泵再去噴淋頭，繼續進行降膜蒸發。


圖I是本發明的ー種管內自動清洗防垢降膜式蒸發裝置的示意總圖。圖2是本發明另ー種下管箱的管內自動清洗防垢降膜式蒸發裝置總圖。圖3a、圖3b是本發明的蒸發裝置的加熱管的兩種組裝結構方案圖。
具體實施例方式下面結合附圖I、圖2、圖3a、圖3b，對本發明作進ー步詳細的描述。圖中的I加熱管2加熱室3液膜螺旋4均布成膜螺旋5上管箱6噴淋管7噴淋頭8連通管9下管箱10水簾幕11斜折導流板12流化球13文丘裡14
旁路閥15排漿閥16出口閥17循環泵18粗晶區19循環槽20細晶區21液沫分離室22 二次蒸汽管23除沫器24衝洗管25接液盤26蝸道離心除沫器27中心流道28收球室29蒸汽螺旋30支承筋31中心管內孔32中心管33螺旋片34固定架ー種管內自動清洗防垢降膜式蒸發裝置，主要部件有上管箱5、流化球12、噴淋頭
7、均布成膜螺旋4、加熱管I、液膜螺旋3、下管箱9、循環泵17。每根加熱管I內設置ー根液膜螺旋3，上端懸掛，下端自由。液膜螺旋3的作用在於對下降流動的液膜和流化球12導向，形成液膜的螺旋流和流化球12螺旋運動，使之具有較大的周向分速度和一定的離心力，可以減少飛濺的液沫和流化球12從加熱管I中心線區域穿過；還能夠使流化球12自然地趨向管內壁，對管內壁產生清洗硬垢需要的徑向接觸壓力，以此強化對難清洗汙垢(例如結晶鹽硬垢)的清洗能力；並且，液膜螺旋3在降膜液流的衝刷和流化球12的衝擊作用下，產生徑向的振擺和軸向的上下振動，對管內壁汙垢產生一定的擦洗除垢作用，又能使流化球12穿越液膜螺旋與管內壁之間的間隙，避免液膜螺旋3與管內壁之間、及其下方近鄰區域形成清洗死角，提高流化球12清洗的均勻度。液膜螺旋3的鋼絲直徑範圍為O. 8 3. Omm ;液膜螺旋3的外徑與加熱管I內壁之間的直徑間隙大於流化球12直徑的兩倍；液膜螺旋3的螺旋角在10° 30°的範圍比較好，具體取值與管內的流量大小有一致性的關係。噴淋母液中添加的流化球12，只在蒸發裝置內循環清洗用，體積濃度為O. 3%
3.0%，流化球12的形狀須為滾動性良好的球形顆粒，以滿足對液膜滾動攪拌為主、對管內壁滑動擦洗為輔的清洗運動學要求。流化球12的材質要求對蒸發母液是惰性，可以是玻璃球、金屬球、塑料球、膠球和瓷球，依據液體的腐蝕性、溫度、汙垢的軟硬等選擇。一般採用耐磨性好的瓷球。流化球12的直徑在4. Omm以下。在加熱管I入口部位安裝的均布成膜螺旋4，其主要功能第一是均布進入各加熱管I的液體，第二是有助於在管內壁形成均勻的液膜螺旋流。均布成膜螺旋4為2 4頭 的螺旋片33結構，螺旋片33可以不連續，但是各頭螺旋片33在橫截面的投影疊加的結果必須為連續，螺旋角在30° 60°範圍，螺旋片33的徑向高度必需大於流化球12的直徑，均布成膜螺旋4的長度為60 200mm。螺旋片33的作用一是對進入加熱管I的液體導向形成螺旋流，ニ是徑向定位，保證其同心度。中心管32是均布成膜螺旋4的骨架，支承筋30的作用是均布成膜螺旋4在加熱管I ロ的軸向定位，中心管內孔31的直徑便於液膜螺旋3和蒸汽螺旋29安裝固定即可。均布成膜螺旋4的液體均布功能，ー是靠上下管箱氣相壓力平衡的連通管8，ニ是設計使得設計流量條件下液體通過均布成膜螺旋4與加熱管I之間的螺旋流道的阻力，能夠滯流形成管板上均布必需的積液層，以此確保各加熱管I的進出ロ之間都有相等的靜壓推動力。各加熱管I內完全相同的結構，勢必具有相等的流動阻カ係數。因此，均布成膜螺旋4可以使得各加熱管I內的液膜流量高度均布。噴淋頭7的主要作用是使進入各加熱管I的流化球12數量基本均布。噴淋頭7的結構為圓錐喇叭，圓錐角在45° 65°的範圍。噴淋頭7可以是單層圓錐喇叭結構，也可以是2 4層的圓錐喇叭結構，層數多少與該噴淋管6的(直徑或)流量大小有一致性的關係。噴淋頭7的中心區安裝有圓錐螺旋。噴淋頭7的個數為I 13個，由蒸發裝置加熱室2的直徑D大小決定；噴淋頭7的噴淋高度H取決於單個噴淋頭7承擔均布區域的大小和噴淋管6內的流速大小。加熱管I內也可以安裝蒸汽螺旋29，蒸汽螺旋29的長度可以接近於整個加熱管1，也可以只是加熱管I的下半部。其功能是使管內的二次蒸汽形成螺旋流，目的是使飛濺脫離管內壁的液沫和流化球12在離心カ的作用下返回液膜，並且藉助二次蒸汽螺旋流與液膜之間的界面摩擦力，増大降膜流動的周向分速度，強化液膜的對流傳熱，増大流化球12的離心力，強化流化球12的汙垢清洗能力。蒸汽螺旋29的材質是鋼絲或塑包鋼絲，直徑
2.5 6. 0mm。蒸汽螺旋29的螺距為加熱管I內徑的(I. 20 I. 80)倍，蒸汽螺旋29的外徑為加熱管I內徑的O. 60倍以下。蒸汽螺旋29的上端固定在均布成膜螺旋4上，下端固定在加熱管I下ロ的固定架34上，並且有一定的預緊力。下管箱9為多功能結構。上部為集液結構，中部為液沫分離機構，下部為循環槽19。下管箱9的ー種結構是上部為集液的斜折導流板11，斜折導流板11的下方是液沫分離室21。下部的循環槽19 :濃縮型蒸發器採用深度不大的結構，結晶型蒸發器採用深度大的結構，以滿足結晶生長和粗細晶體區分的需要。斜折導流板11的斜板部分的斜角為15° 30°，斜板直徑方向的寬度為下管箱直徑的O. 7 O. 9倍。斜折導流板11的作用之ー是二次蒸汽的液沫分離作用，使下管箱9的二次蒸汽逐漸加速形成較高速度，在急彎區達到液沫慣性分離的作用；接著穿越斜折導流板11 ロ的水簾幕10時，二次蒸汽中的液沫被水簾幕10洗滌作用；最後二次蒸汽在斜折導流板11下方的大空間緩慢流過，繼續分離液沫後，由二次蒸汽管22排出。對二次蒸汽除沫要求高的蒸發裝置，在液沫分離室21內還設置除沫器23和噴淋衝洗管24。斜折導流板11的作用之ニ是使流化球12和循環母液流到下管箱的右側壁進入循環槽19。流化球12通過底部的出口管、文丘裡13參與再循環。循環母液在有足夠深度的循環槽19內緩慢流過，既能有一定的時間長大晶體，又能有比較充分的時間、藉助粗細晶體不同的沉降速度得以大致分離，含粗晶較多的粗晶區18漿液經過底部左側的排漿閥15去分離エ序。含微晶和細晶的上層母液經過循環槽19，在左側近液面的細晶區20出口管，通過循環泵17再去噴淋頭7，繼續進行降膜蒸發。管內的液膜流量(或流速)通過循環泵17出口閥16調節，流化球12的含量(或體積濃度)藉助旁路閥14控制。下管箱9的另ー種結構是上部為接液盤25，中部為蝸道離心除沫器26，下部為循環槽19 :濃縮型蒸發器採用深度不大的結構，結晶型蒸發器採用深度大的結構，以滿足結晶生長和粗細晶體區分的需要。未蒸發的母液和流化球12經過中心流道27，下流到循環槽19的收球室28進行慣性分離。流化球12經過循環槽19底部出ロ管、文丘裡13參與再循環；母液藉助拐彎處的慣性分離，粗晶沉積到底部，經過粗晶區18排漿閥去分離エ序；母 液經過大截面的循環槽緩慢流過足夠深度的空間長大晶體，循環槽近液面的左側的細晶區20出ロ管，通過循環泵17再去噴淋頭7，繼續進行降膜蒸發。
權利要求
1.一種管內自動清洗防垢降膜式蒸發裝置，主要部件有噴淋頭(7)、均布成膜螺旋(4)、加熱管(I)、液膜螺旋(3)、流化球12、上管箱5、下管箱9、循環泵17，其特徵為噴淋母液中添加的流化球12，只在蒸發裝置內循環清洗；體積濃度為O. 3% 3. 0%;直徑在4. Omm以下；流化球12是瓷球、或者玻璃球、金屬球、塑料球、膠球；每根加熱管I內設置一根液膜螺旋3，液膜螺旋3的鋼絲直徑範圍為O. 8 2. 5mm,液膜螺旋3的外徑與加熱管I內壁之間的直徑間隙大於流化球12直徑的兩倍，液膜螺旋3的螺旋角在10° 30°的範圍；均布成膜螺旋4安裝在加熱管I入口端，均布成膜螺旋4為2 4頭的螺旋片33結構，螺旋片33可以不連續，但是各頭螺旋片33在橫截面的投影疊加的結果必須為連續，螺旋角在30° 60°範圍，螺旋片33的徑向高度必需大於流化球的直徑，均布成膜螺旋4的軸向長度為65 200mm ;上管箱5與下管箱9之間藉助連通管8保持氣相壓力的平衡。
2.根據權利要求I的一種管內自動清洗防垢降膜式蒸發裝置，其特徵在於上管箱5內設置有使進入各加熱管I的流化球12數量基本均布的噴淋頭7 ;噴淋頭7的個數為I 13個，由蒸發裝置加熱室2的直徑D大小決定；噴淋頭7的噴淋高度H取決於單個噴淋頭7承擔均布區域的大小和噴淋管6內的流速大小。
3.根據權利要求I的一種管內自動清洗防垢降膜式蒸發裝置，其特徵在於每根加熱管(I)內除了液膜螺旋(3)外，還安裝有蒸汽螺旋(29)，兩端分別固定在均布成膜螺旋(4)和下管口固定架(34)上；蒸汽螺旋(29)的直徑2. 5 6. 0mm、螺距為加熱管(I)內徑的(I. 2 I. 80)倍、外徑為加熱管(29)內徑的O. 60倍以下。
4.根據權利要求I的一種管內自動清洗防垢降膜式蒸發裝置，其特徵在於下管箱(9)的一種結構是上部設置有斜折導流板(11)，斜折導流板(11)的下方是液沫分離室(21)，底部是循環槽(19);對二次蒸汽除沫要求高的蒸發裝置，在液沫分離室(21)內再設置除沫器(23)和噴淋衝洗管(24)。
5.根據權利要求I的一種管內自動清洗防垢降膜式蒸發裝置，其特徵在於下管箱(9)的另一種結構是上部為接液盤O 25，中部為蝸道離心除沫器(26)，下部是循環槽(19);未蒸發的母液和流化球(12)經過中心流道(27)到循環槽(19)的收球室(28)進行慣性分離。
6.根據權利要求I的一種管內自動清洗防垢降膜式蒸發裝置，其特徵在於流化球(12)經過循環槽(19)底部出口管、文丘裡(13)參與再循環；管內的液膜流量(或流速)通過循環泵(17)的出口閥(16)調節，流化球(12)的含量(或體積濃度)藉助旁路閥(14)控制。
7.根據權利要求I的一種管內自動清洗防垢降膜式蒸發裝置，其特徵在於對於濃縮型蒸發器，下管箱(9)的循環槽(19)採用深度不大的結構；對於結晶型蒸發器，下管箱的循環槽(19)採用深度大的結構，以滿足結晶生長和粗細晶體區分的需要，循環液經過上部細晶區(20)的出口管、循環泵(17)送去噴淋頭(7)進行循環降膜蒸發；底部粗晶區018的漿液經排漿閥(15)出去分離。
全文摘要
一種管內自動清洗防垢降膜式蒸發裝置。母液中加有少量的流態化清洗瓷球。均布成膜螺旋不僅使得各加熱管的液體實現自動均布，而且能夠促進在管內壁均勻成膜。安裝在加熱管內的液膜螺旋和蒸汽螺旋，能夠顯著地增大降膜液流和二次蒸汽流的周向分速度，強化了液膜的對流傳熱，降低了飛濺液沫直接下落的數量，又使流態化瓷球產生離心力，緊貼管內壁進行有效的清洗防垢。下管箱有二次蒸汽液沫分離結構，又有可以滿足結晶要求的循環槽，結構緊湊。流態化瓷球藉助文丘裡實現循環清洗，流化球的濃度通過旁路閥調節。因此，這種能避免加熱管內壁結垢的蒸發裝置，可以實現自動清洗高產節能，滿足長期連續生產的要求，對熱泵蒸發尤為適用。
文檔編號B01D1/30GK102641601SQ20111003877
公開日2012年8月22日 申請日期2011年2月16日 優先權日2011年2月16日
發明者俞天翔 申請人:俞天翔