蒸发器系统的制作方法【专利摘要】本申请提供了机械蒸汽再压缩型的蒸发器系统，其具有壳体（1）和彼此平行地定位的蒸发器管（2）。与分配元件（4）流体连通的产品入口（3）被连接至蒸发器管（2），并且，次级通道（5）被形成于壳体（1）的内表面与蒸发器管（2）的外表面之间。水蒸气液体分离器（6）被定位在蒸发器管（2）和次级通道（5）的底侧处。压缩器（7）与水蒸气液体分离器（6）的水蒸气出口流体连通，并且，第二传输管（8）被连接至次级通道（5）的入口（9）。该多个蒸发器管中的每个蒸发器管（2）具有至少50mm的内径（de）。【专利说明】蒸发器系统【
技术领域：
】[0001]本发明涉及一种机械蒸汽再压缩型的蒸发器系统。更特别地，本发明涉及一种蒸发器系统，其包括:壳体和彼此平行地定位的多个蒸发器管；产品入口，与连接至所述多个蒸发器管的分配元件流体连通；次级通道，形成于所述壳体的内表面与所述多个蒸发器管的外表面之间；水蒸气液体分离器，定位于所述多个蒸发器管和所述次级通道的底侧；压缩器，与所述水蒸气液体分离器的水蒸气出口流体连通；以及第二传输管，连接至所述压缩器及次级通道的入口。【
背景技术：
】[0002]英国专利公开GB-A-1458492公开了一种用于使盐水脱盐的热压缩型的设备。设置了许多蒸发器管，管40的公称直径被规定为在50-100mm之间。此设备的重要特征是，其在低于大气压的压力下工作(以降低盐水的沸点)。[0003]美国专利公开US-A-3244601公开了一种使用波纹管42的有凹槽管状蒸馏设备。被公开的管道42的直径是2.5至6英寸。[0004]英国专利公开GB-A-967929公开了一种蒸发器系统，具有类似于MVR型系统的结构。第5页，第71-79行的一段讨论了图8的图表，并提到从I英寸开始以及更高(1.5，2和4英寸)的管径。此文献指出，在该系统中使用更高的蒸汽速度是有利的。此文献还公开了其中多个蒸发器系统被串联的实施方式。[0005]国际专利公开W02010/079148公开了一种用于在流体之间进行热交换的热虹吸管蒸发器，包括用于为第一流体形成流径的多个平行定位的空心管。[0006]欧洲专利公开EP-A-1767257公开了一种用于处理液体的装置，包括具有主蒸发器和压缩器装置的机械蒸汽再压缩(MVR)型的蒸发器。【
发明内容】[0007]本发明寻求提供一种改进的蒸发器系统，其具有比现在的蒸发器系统更高的效率。[0008]根据本发明，提供了一种根据以上前序阐述的蒸发器系统，其中，多个蒸发器管中的每个蒸发器管具有至少50_的内径。这将相当大地减小蒸发器系统中的压降，从而提高蒸发器系统的效率。[0009]在另一实施方式中，第二传输管具有至少900mm的内径，例如，1000mm。这将减小蒸发器系统的另一部分中的压降，再次使得效率增加。[0010]在又一实施方式中，两个相邻的蒸发器管之间的距离是蒸发器管的直径的至少1.4倍。再次，这将使得在蒸发器系统中产生更小的阻力，以及因此产生更低的压降。[0011]在又一实施方式中，壳体具有比多个平行定位的蒸发器管的组合直径更大的内径。结果，可提供给水蒸汽流更大的可用的体积，再次，使得在蒸发器系统中产生更低的压降，并使得效率增加。[0012]在又一实施方式中，在壳体中提供有多个水平定向的挡板，每个挡板在结构上支撑所述多个蒸发器管的至少部分。在又一实施方式中，在壳体的纵向方向上看，挡板被定位为部分地重叠，其结果是，产生出曲折的流径。在又一实施方式中，挡板在蒸发器管与壳体之间的区域中被设置有通道，进一步降低了压降。在又一实施方式中，挡板在相邻的蒸发器管之间的区域中被设置有次级通道，其结果是，水蒸汽流的阻力甚至可以被进一步减小。[0013]在一个实施方式中，挡板被设置成随着距入口的距离增加而彼此间的距离减小。结果，在蒸发器系统中形成更有效的蒸汽路径。[0014]在一个特定实施方式中，壳体具有与蒸发器管的长度基本上对应的高度，其中，入口部分被定位在壳体的顶部中。作为替代实施方式，壳体具有与蒸发器管的长度基本上对应的高度，其中，入口部分被定位在壳体的高度的1/3与2/3之间，例如，定位在壳体的高度的一半处。因而改进了蒸汽在壳体内的循环。[0015]在又一实施方式中，壳体在壳体的顶部和/或底部中包括排气管。这允许排出被限制在蒸发器系统中的空气，从而进一步提高蒸发器系统运行中的效率。[0016]在又一实施方式中，蒸发器管由节约型双相钢(leanduplexsteel)制成,其对应用在蒸发器系统中的长管提供足够的强度和硬度。[0017]在又一实施方式中，蒸发器系统进一步包括反馈通道，该反馈通道用于在壳体的底侧中收集第一流体，并将第一流体重新引入在分配元件中。使用多通技术可增加达到高浓缩度产品的蒸发器系统的效率。[0018]本发明进一步涉及根据任何一个本发明实施方式的至少两个蒸发器系统的组合，其中，该至少两个蒸发器系统以串联构造连接。[0019]在另一方面中，本发明涉及一种操作根据任何一个本发明实施方式的蒸发器系统的方法，其中，该多个蒸发器管内的水蒸气的水蒸气速度被限制为小于25m/s，例如，小于20m/sο这具有减小系统中的内部阻力(internaldrag)的效果,结果是效率被提高。[0020]在又一实施方式中,第二传输管内的水蒸气的水蒸气速度被限制为小于60m/s。这在系统中的内部阻力和内部损耗上也具有有利的效果，使得效率提高。【专利附图】【附图说明】[0021]下面将参考附图，使用许多示例性实施方式，更详细地讨论本发明，其中:[0022]图1示出了被用在本发明实施方式中的单个蒸发器管的横截面图；[0023]图2示出了其中本发明的多个实施方式被执行的蒸发器系统的横截面图；[0024]图3示出了本发明的蒸发器系统的另一实施方式的横截面图。【具体实施方式】[0025]蒸发器系统在许多应用中被广泛地使用，所述应用例如，乳清(奶酪制造的副产品)的干燥。机械蒸汽再压缩(MVR)型的蒸发器系统的引入已经通过使用机械压缩器有效地再利用热量，而提高了水提取过程的效率。[0026]这些年来，蒸发器系统在效率方面已得到改进，但是，目前的蒸发器系统的实现方式看起来功能仍未达最佳水平。令人惊讶地发现，在蒸发器系统的并不期望的部分中存在压力差(其是用于使待处理的流体和其他被用在蒸发器系统中的流体循环的驱动力)，或者，某些部分中的压力差比预期的高。[0027]在图1中，示出了在MVR型蒸发器系统(使用多个基本上彼此平行定位的蒸发器管2，进一步的结构细节见下面)中使用的蒸发器管2的简化横截面图。蒸发器管2提供了限制，将产品/水蒸气侧2a限制在蒸发器管2内，并将蒸汽侧2b限制在蒸发器管2外。待经受蒸发工艺的产品(进料20，例如，流体产品，例如，乳清或浓缩的乳清)进入系统，并用分配元件4(在所示实施方式中，另外设置有可选的水蒸气管4a)分配在多个蒸发器管2上。产品在蒸发器管2中像薄膜一样沿着蒸发器管2的内表面向下流动。蒸发器管材料在蒸汽侧2b被输入的水蒸气24从外表面加热。这导致流体的部分蒸发，并且由于压力差使得水蒸气向下流动。在蒸发器管2的底部处，在产品/水蒸气侧2a中，产品的处理过的部分(“浓缩物”21)可被收集(例如，使用底侧处的简单的出口结构)，并且被蒸发的成分(“水蒸气”22)还可以被提取(并在MVR系统中作为蒸汽被重新使用)。蒸汽侧中的部分蒸汽将冷凝在蒸发器管2的外表面上，并且也可在蒸汽侧部分2b的底部处被收集(“冷凝物”23)。[0028]此蒸发工艺的效率取决于许多因素。水蒸气在蒸发器管2中由于压力差而向下流动。水蒸气速度越高，压力差将越大(dp?v2)。根据众所周知的蒸汽表(steamtable),在饱和水蒸气中的压力差还与温度差直接相关。[0029]在代表性的现有MVR系统中，在蒸发器管的底部中蒸汽速度>25m/s，并且测得的压力差(在蒸发器管2的顶部(位置TpO)与底部(位置Tpl)之间，也见图2)是15毫巴(mbar)，其相当于1.5°C的温度差。因此，如果Tpl=60°C，那么Tp(l=61.5°C。如果蒸汽温度TS=65°C，那么蒸汽与产品之间的平均温度差仅是4.2°C，而不是5°C，这就导致15%的效率损失。[0030]根据本发明实施方式，在MVR型的蒸发器系统的此部分中提供了改进，但是在其他部分中也提供了改进，如参考图2所示的MVR型的蒸发器系统10的示意图将要被说明的。对本发明的蒸发器系统的至少一些创新改进的结果是，水蒸气速度被减小至小于25m/s，优选地，小于20m/s，更优选地在15-20m/s之间，优选地，10_15m/s。这使得在水蒸气管2中具有更小的温度差，在0.05和0.2°C之间。[0031]通常，MVR型蒸发器系统包括壳体1，所述壳体容纳多个基本上彼此平行地定位的蒸发器管2。待处理的产品(流体，例如乳清)通过产品入口3被引入，所述产品入口与连接至该多个蒸发器管2的分配元件4流体连通。结果，使用(例如打孔的或冲孔的板形状的)分配元件4，待处理的产品被分配在该多个蒸发器管2上方。[0032]次级通道5被形成在壳体I的内表面与该多个蒸发器管2的外表面之间，允许使用例如蒸汽来加热蒸发器管2。水蒸气液体分离器6被定位在所述多个蒸发器管2和次级通道5的底侧处，并且压缩器7与水蒸气液体分离器6的水蒸气出口流体连通。第二传输管8被连接至压缩器7和次级通道5的入口9。[0033]蒸汽入口11可以被分离地设置，以通过允许热蒸汽被引入壳体1，而允许蒸发处理的开始。蒸汽加热蒸发器管2，结果，水蒸气被形成并且在蒸发器管2中(B卩，在如图1中所示的产品/水蒸气侧2a中)向下流动。源自蒸发器管内部的蒸汽和浓缩物在壳体I的底侧处被收集，并被水蒸气液体分离器6分离。然后，水蒸气被用压缩器7压缩，S卩，能量被加到水蒸气上。使用第二传输管8和入口9(8卩，在图1所示的蒸汽侧2b处)，被压缩的(且由此再次加热的水蒸气)被重新引入壳体I中。[0034]为了提高蒸发器系统I的效率，已经在系统的部分中进行了许多技术改进。这些特征可分别地、与一些特征组合地、或者与所有特征组合地被执行。[0035]在已知的蒸发器系统中，被用作蒸发器管2的管具有标准尺寸，例如，38_(内径)。为了减小蒸发器系统I的产品/水蒸气侧2a中(即，该多个蒸发器管2的内部)的压降，在本发明的一个实施方式中，所述多个蒸发器管的每个蒸发器管2具有至少50mm的内径de(见图2)。例如,蒸发器管2的内径在50_95mm之间，更优选地,在55_95mm之间，或在65_95mm之间，例如，在65_80mm之间。在另一典型实施方式中，蒸发器管2的内径在80和95mm之间。为了给蒸发提供足够的接触面，这将增大该多个蒸发器管2(具有相同数量的管2，可能甚至需要更大数量的管2)的总直径dt。虽然使用更大直径的管道2会伴随整个蒸发器系统I更高的成本，但是在实际操作过程中，效率的增加和随之而来的蒸发器系统I能耗的降低将快速地抵消增加的成本。[0036]基于63°C下的20.000kg/hr的水蒸汽(=148.000m3/hr)和750个蒸发器管2，在这种蒸发器系统I具有可变内径de的蒸发器管2的代表性实施方式中，在以下蒸发器管2中产生相应的水蒸气速度是:[0037]【权利要求】1.一种机械蒸汽再压缩型的蒸发器系统，包括:壳体(1)和彼此平行地定位的多个蒸发器管(2)，产品入口(3)，所述产品入口与连接至所述多个蒸发器管(2)的分配元件(4)流体连通，次级通道(5)，所述次级通道形成于所述壳体(1)的内表面与所述多个蒸发器管(2)的外表面之间，水蒸气液体分离器(6)，所述水蒸气液体分离器定位在所述多个蒸发器管(2)和所述次级通道(5)的底侧，压缩器(7)，所述压缩器与所述水蒸气液体分离器(6)的水蒸气出口流体连通，以及第二传输管(8)，所述第二传输管连接至所述压缩器和所述次级通道(5)的入口(9)，其中，所述多个蒸发器管中的每个蒸发器管(2)具有至少50mm的内径(de)，其中，多个水平定向的挡板(15)被设置在所述壳体(1)中，并且，所述挡板(15)被设置为随着距所述入口(9)距离逐渐增加，彼此间的距离逐渐减小。2.根据权利要求1所述的蒸发器系统，其中，所述第二传输管(8)具有至少为900_的内径(ds)，例如，1000mm。3.根据权利要求1或2所述的蒸发器系统，其中，两个相邻蒸发器管(2)之间的距离是所述蒸发器管(2)的内径(de)的至少1.4倍。4.根据权利要求1或2所述的蒸发器系统，其中，所述壳体(1)的内径(dh)大于平行定位的所述多个蒸发器管(2)的组合直径(dt)。5.根据权利要求1至5中任一项所述的蒸发器系统，其中，所述多个水平定向的挡板(15)被设置在所述壳体(1)中，每个所述挡板在结构上支撑所述多个蒸发器管(2)的至少一部分。6.根据权利要求5所述的蒸发器系统，其中，所述挡板(15)被定位为，沿所述壳体(1)的纵向方向看，部分地重叠。7.根据权利要求5或6所述的蒸发器系统，其中，所述挡板(15)在所述蒸发器管(2)与所述壳体(1)之间的区域中设置有通道(16)。8.根据权利要求5、6或7所述的蒸发器系统，其中，所述挡板(15)在相邻蒸发器管(2)之间的区域中设置有次级通道。9.根据权利要求1至8中任一项所述的蒸发器系统，其中，所述壳体(1)设置有具有相应内径的至少一个截面，其中，所述至少一个截面的内径(dh)随着离所述入口(9)的距离的增加而减小。10.根据权利要求1至9中任一项所述的蒸发器系统，其中，所述壳体(1)具有与所述蒸发器管(2)的长度基本上对应的高度，其中，所述入口(9)被定位在所述壳体(1)的顶部中。11.根据权利要求1至9中任一项所述的蒸发器系统，其中，所述壳体(1)具有与所述蒸发器管(2)的长度基本上对应的高度，其中，所述入口(9)被定位在所述壳体(1)的高度的1/3与2/3之间。12.根据权利要求1至11中任一项所述的蒸发器系统，其中，所述壳体(1)在所述壳体(I)的顶部和/或底部中包括空气释放管(18)。13.根据权利要求1至12中任一项所述的蒸发器系统，其中，所述蒸发器管(2)由节约型双相钢制成。14.根据权利要求1至13中任一项所述的蒸发器系统，还包括反馈通道，所述反馈通道用于在所述壳体(1)的底侧中收集第一流体，并使所述第一流体重新引入于所述分配元件(4)中。15.根据权利要求1至14中任一项所述的至少两个蒸发器系统的组合，其中，所述至少两个蒸发器系统以串联结构连接。16.根据前述权利要求1至15中任一项所述的蒸发器系统的操作方法，其中，所述多个蒸发器管(2)内的水蒸气的水蒸气速度被限制为小于25m/s，例如，小于20m/s。17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第二传输管(8)内的水蒸气的水蒸气速度被限制为小于60m/s。【文档编号】F28D7/16GK103547346SQ201280023781【公开日】2014年1月29日申请日期:2012年5月14日优先权日:2011年5月13日【发明者】赫拉尔杜斯·阿德里安乌斯·约瑟夫斯·范吉尔斯,卡罗利耶纳·马尔让·施罗德-吉伊特,扬·科恩·阿克曼,马蒂杰恩·巴斯蒂安·福克斯申请人:菲仕兰产品有限公司