专利名称：采用内插旋流片急扩加速流缩放管的糖液蒸发器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及强化传热的蒸发器，具体涉及采用内插旋流片急扩加速流缩放管的糖液蒸发器。在此处键入技术领域描述段落。
背景技术：
现有的蒸发器技术有多种，例如管壳式蒸发器，板式蒸发器，采用自然对流或强迫对流流动沸腾的蒸发器与采用降膜蒸发的蒸发器等，目前在制糖工业的糖液蒸发器绝大多数是采用传统的光滑管管壳式蒸发器，传热方式是采用自然对流或强迫对流流动沸腾蒸发的传热方式，这种蒸发器的优点是机械密封性好，承压能力高，管程与壳程冷热两侧流道之间的密封只有管束两端管子与管板之间的焊接或胀接密封，因此可以应用于高温与高压的换热场合，长期以来在制糖工业中一直沿用。但由于糖液的粘度较大，在光滑管蒸发器中的自然对流或强迫对流的流动沸腾蒸发传热操作雷诺数很低，处于层流或过渡流的流动状态，在管内中心区与近壁区的流体很难作相互置换，流体依靠自身分子扩散与导热的传递效率很低，导致流体中心区与近壁区的糖液浓度与粘度分布会差别很大，这不仅会造成流体近壁的流速缓慢，传热系数低下，还会导致近壁区糖液浓度过高而出现壁面严重的积垢现象。
发明内容为解决现有相关技术存在的缺陷和不足，本实用新型提供一种采用内插旋流片急扩加速流缩放管的糖液蒸发器。采用内插旋流片急扩加速流缩放管的糖液蒸发器，包括筒体5及筒体内部由上至下依次设置的上汽室10、上管板8、轴线与筒体轴线重合的中心降液管7、下管板3以及下封头2，中心降液管7两端分别与上管板8和下管板3连接，上汽室10内设置有气液分离器9，下封头2底部设置有管程糖液出口 1，下封头2底部的环套管道还设置有管程糖液入口 13，上汽室10顶部设置有管程二次蒸汽出口 11，上管板8与下管板3之间的筒体外部设置有壳程一次蒸汽入口 12及壳程冷凝水出口 4，所述壳程冷凝水出口 4紧贴下管板3上方， 还包括管体两端分别与上管板8和下管板3连接的内插旋流片急扩加速流缩放管6。所述内插旋流片急扩加速流缩放管6中旋流片沿轴向均勻间隔分置，旋流片的长度为管径的1倍 15倍，扭率为1 6，旋流片间距为管径的1倍 50倍。所述内插旋流片急扩加速流缩放管6的管段按管内流体运动方向按先急扩后渐缩的锥形曲面方向安装。所述内插旋流片急扩加速流缩放管6的管径尺寸为20mm 70mm。所述内插旋流片急扩加速流缩放管6的急扩锥形曲面长度为渐缩锥形曲面长度的2倍 15倍，周期性肋间距为肋深的5倍 15倍，肋深为管径的洲 10%。所述内插旋流片急扩加速流缩放管6的管段按管内流体运动方向按先急扩后渐缩的锥形曲面方向安装。[0010]所述内插旋流片急扩加速流缩放管6沿筒体环形区域呈三角形、方形或环形排列。进一步的，所述气液分离器9由多层方向相反的人字形条状金属板阻液层构成。人字形条状金属板阻液层的夹角为30° 120°，金属板宽度为20mm 200mm，板厚度为Imm 10mm，气液分离器9的长度为上汽室10的内侧径向距离。多层方向相反的人字形条状金属板阻液层使得蒸汽经反复折流逐层向上流动，可有效分离其携带的液滴，起到气液分离的作用。内插旋流片急扩加速流缩放管可以有效提高管内流体的传热系数，而且对在自然对流或强迫对流流动沸腾条件下传热的糖液而言，可对传热管近壁流体与中心区流体作有效的局部置换，使得流体中心区与近壁区的糖液浓度分布与粘度分布的不均勻性会显著减少，提高流体质量与热量的对流扩散能力，在提高传热效率的同时也可有效减轻近壁区糖液因浓度高而出现的壁面积垢现象。因此糖液蒸发器可显著提高传热管管内流体对流传热系数，有效改善流体中心区与近壁区糖液浓度分布与粘度分布不均的现象，提高流体质量与热量的对流扩散能力与减少壁面积垢。与现有技术相比，本实用新型具有如下优点(1)本实用新型的糖液蒸发器采用内插旋流片急扩加速流缩放管，利用其周期性非对称的急扩与渐缩曲面及内插旋流片对流体有近壁周期性置换与扰动的功能，改变流体在近壁区的流向与提高湍流度，可产生较强的传热场协同作用，在流体输送功耗相同的条件下，与光滑传热管相比可大幅提高流体的对流传热系数；(2)本实用新型在糖液蒸发器中采用内插旋流片急扩加速流缩放管替代光滑传热管，对在自然对流或强迫对流流动沸腾条件下传热的糖液而言，可对传热管近壁流体与中心区流体作有效的局部置换，使得流体中心区与近壁区糖液浓度分布与粘度分布的不均勻性会显著减少，提高流体质量与热量的对流扩散能力，减轻近壁区糖液因浓度高而出现的壁面积垢现象。
图1是本实用新型糖液蒸发器的正视示意图；图2是图1沿A-A线的剖视俯视示意图；图3是图1所示内插旋流片急扩加速流缩放管的正视图；图4是图1所示内插旋流片急扩加速流缩放管管内旋流片的正视图；图5是图1所示气液分离器中人字形条状金属板阻液层的正视图；图6是图1所示气液分离器的正视示意图；图7是图1所示气液分离器的俯视示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施例不限与此。本实用新型的糖液蒸发器结构如图1所示，包括筒体5及筒体内部由上至下依次设置的上汽室10、上管板8、轴线与筒体轴线重合的中心降液管7、下管板3以及下封头2，中心降液管7两端分别与上管板8和下管板3连接，该糖液蒸发器还包括管体两端分别与上管板8和下管板3连接的内插旋流片急扩加速流缩放管6，其管段是按管内流体运动方向按先急扩后渐缩的锥形曲面方向安装。上汽室10内设置有气液分离器9，下封头2底部设置有管程糖液出口 1，下封头2 的底部换套管道上还设置有管程糖液入口 13，上汽室10内部设置有气液分离器9 (其视图如图6和7所示)，顶部设置有管程二次蒸汽出口 11，上管板8与下管板3之间的筒体外部设置有壳程一次蒸汽入口 12，筒体5还设置有壳程冷凝水出口 4，所述壳程冷凝水出口 4紧贴下管板3上方。糖液蒸发器的剖视图如图2所示。本实施例糖液蒸发器结构如上所示。筒体5采用304不锈钢材料，直径为 Φ2000χ16πιπι，高度2000mm，筒体5内设置有1170根内插旋流片急扩加速流缩放管6 (其正视图如图3所示)。管体材质为304不锈钢材料，管长2000mm，管径D为Φ45χ3πιπι，其收缩段长度Ρ2与扩张段长度Pl比为8:1，周期性肋间距(Ρ1+Ρ》为肋深e的10倍，肋深e为管径D的8%，沿筒体正方形排列，管间距58mm，轴心区的降液管7管径为Φ250χ10πιπι，长度 2000mm。内插旋流片急扩加速流缩放管6与降液管7均与上下两端的管板连接，内插旋流片急扩加速流缩放管中旋流片(图1中未示出，旋流片的正视图如图4所示)沿轴向均勻间隔分置，旋流片的长度为管径的5倍，扭率为3，旋流片间距为管径的10倍。管板采用304不锈钢材料，厚度为60mm，与管板相连的上汽室10采用304不锈钢材料，Φ2000Χ16πιπι，高度1500mm。上汽室10内置的气液分离器9底部距离上管板表面 900mm，气液分离器9由5层方向相反的人字形条状304不锈钢板阻液层14 (如图5所示) 构成，人字形条状金属板阻液层14的夹角α为45°，板宽度w为50mm，板厚度为2mm，相邻人字形条状金属板阻液层的层间距离20mm。与下管板3连接的下封头2采用304不锈钢材料，Φ 2000x18mm,高度1000mm，蒸发器管程糖液出口 1尺寸Φ 180x10mm,连接在下封头2的底部，管程糖液入口 13尺寸Φ 200x10mm,连接在下封头2底部的环套管道上，管程二次蒸汽出口 11尺寸Φ 800x10mm与上汽室10的顶部连接，壳程一次蒸汽入口 12尺寸Φ 600x10mm， 与筒体在上下管板的中间位置连接，壳程冷凝水出口 4尺寸Φ 150x10mm，与筒体在紧贴下管板3的上方连接。上述糖液蒸发器的工作原理是糖液由管程糖液入口 13进入蒸发器的下封头2，在蒸发器糖液自然循环推动力的作用下沿内插旋流片急扩加速流缩放管6管内向上流动，在管内受热蒸发，产生的二次蒸汽经上汽室10和上汽室内置的气液分离器9使携带的液沫分离，由管程二次蒸汽出口 11 引出，糖液经蒸发浓缩后由中心降液管7回流，一部分由管程糖液出口 1引出，另一部分回流到下封头2重复循环蒸发，一次蒸汽由壳程一次蒸汽入口 12进入内插旋流片急扩加速流缩放管6管间，加热糖液后冷凝水由壳程冷凝水出口 4引出。采用与本实施例同等规模、同等材质及结构尺寸的光滑管糖液预热器进行糖液传热性能的比较，采用内插旋流片急扩加速流缩放管的糖液预热器可提高传热效率45%。
权利要求1.采用内插旋流片急扩加速流缩放管的糖液蒸发器，包括筒体(5)及筒体内部由上至下依次设置的上汽室(10)、上管板(8)、轴线与筒体轴线重合的中心降液管(7)、下管板(3) 以及下封头(2)，中心降液管(7)两端分别与上管板(8)和下管板(3)连接，上汽室(10)内设置有气液分离器(9)，下封头(2)底部设置有管程糖液出口(1)，下封头(2)底部的环套管道还设置有管程糖液入口( 13)，上汽室(10)顶部设置有管程二次蒸汽出口( 11 )，上管板 (8)与下管板(3)之间的筒体外部设置有壳程一次蒸汽入口(12)及壳程冷凝水出口(4)，所述壳程冷凝水出口(4)紧贴下管板(3)上方，其特征在于还包括管体两端分别与上管板(8) 和下管板(3 )连接的内插旋流片急扩加速流缩放管(6 )。
2.根据权利要求1所述的糖液蒸发器，其特征在于所述内插旋流片急扩加速流缩放管 (6)中的内插的旋流片沿轴向均勻间隔分置，旋流片的长度为管径的1倍 15倍，扭率为 1 6，旋流片间距为管径的1倍 50倍。
3.根据权利要求2所述的糖液蒸发器，其特征在于所述内插旋流片急扩加速流缩放管的管径尺寸为20mm 70mm。
4.根据权利要求3所述的糖液蒸发器，其特征在于所述内插旋流片急扩加速流缩放管(6)的急扩锥形曲面长度为渐缩锥形曲面长度的2倍 15倍，周期性肋间距为肋深的5 倍 15倍，肋深为管径的1 10%。
5.根据权利要求2至4之一所述的糖液蒸发器，其特征在于所述内插旋流片急扩加速流缩放管(6)的管段沿管内流体运动方向按先急扩后渐缩的锥形曲面方向安装。
6.根据权利要求5所述的糖液蒸发器，其特征在于所述内插旋流片急扩加速流缩放管 (6)沿筒体环形区域呈三角形、方形或环形排列。
7.根据权利要求6所述的糖液蒸发器，其特征在于所述气液分离器(9)由多层方向相反的人字形条状金属板阻液层(14)构成。
8.根据权利要求7所述的糖液蒸发器，其特征在于所述人字形条状金属板阻液层(14) 的夹角为30° 120°，金属板宽度为20mm 200mm，板厚度为Imm 10mm，气液分离器(9) 的长度为上汽室(10)的内侧径向距离。
专利摘要本实用新型采用的内插旋流片急扩加速流缩放管糖液蒸发器包括筒体及筒体内部依次设置的上汽室、上管板、内插旋流片急扩加速流缩放管及轴线与筒体轴线重合的中心降液管、下管板以及下封头。下封头底部设置有管程糖液出口和管程糖液入口，上汽室顶部设置有管程二次蒸汽出口，上管板与下管板之间的筒体设置有壳程一次蒸汽入口及壳程冷凝水出口。该糖液蒸发器利用缩放管周期性的缩放肋面与内插旋流片对管内主流与近壁流体作局部智能化反复的置换与扰动，使自然对流条件下流动沸腾蒸发的流道截面上糖液浓度与粘度分布更均匀，显著提高管内流体对流传热系数及对流扩散能力，改善流体中心区与近壁区糖液浓度分布与粘度分布不均的现象，减少糖液壁面积垢。
文档编号B01D1/30GK202237299SQ20112033244
公开日2012年5月30日 申请日期2011年9月6日 优先权日2011年9月6日
发明者张连山, 邓先和 申请人:华南理工大学