专利名称：蒸发浓缩装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及使溶液中的水分蒸发以进行浓缩的蒸发浓缩装置。更具体而言，本发明涉及将来自外部的加热蒸气或由溶液产生的蒸气的全部或一部分压缩以作为加热该溶液的热源的蒸发浓缩装置。
背景技术：
作为现有的蒸发浓缩装置，例如有使液体在重力的作用下以薄膜状沿传热管的内壁面流下，使该液体蒸发以进行浓缩的薄膜流下式蒸发浓缩装置。该薄膜流下式蒸发浓缩装置记载于实用新型公告公报、例如日本实公昭49-似658号公报中。作为其它现有的蒸发浓缩装置，有使液体流入到蒸发器内，并使热水在蒸发器的传热管内循环从而使液体加热蒸发以进行浓缩的浸管式蒸发浓缩装置。该浸管式蒸发浓缩装置记载在专利公告公报、例如日本特公昭33-6314号公报中。在前者的薄膜流下式蒸发浓缩装置中，向各传热管供给的处理液与其它传热管的处理液不混合，此外难以向各传热管均勻散布，因此在该装置中存在薄膜断开产生干涸的传热面或过浓缩，水垢附着以及无法获得与设计一致的热效率的问题。在后者的浸管式蒸发浓缩装置中，具有通过传热管表面的泡核沸腾传热。因此，在该装置中存在传热效率较低、水垢附着在传热管表面导致导热系数降低的问题。
发明内容
因此，本发明的主要目的在于，提供传热效率较高且水垢和污物的附着较少的蒸发浓缩装置。为了达成上述目的，本发明的蒸发浓缩装置在减压状态下加热溶液，使该溶液蒸发以进行浓缩，在该蒸发浓缩装置中，具备水平配置有多个传热管的密闭式的蒸发罐；和将贮留在所述蒸发罐下部的所述溶液从该蒸发罐的上部供给散布到所述传热管的外表面以使所述溶液循环的循环设备。加热蒸气被供给到所述传热管内，所述传热管的外径为15mm ^mm。所述多个传热管被分为多个传热管组，并在上下方向上，以越上方的传热管组管数依次减少或依次增多的方式配置。即，多个传热管被分为多个传热管组，并在上下方向上，以越往上方的传热管组管数依次减少的方式配置，或者多个传热管被分为多个传热管组，并在上下方向上，以越往上方的传热管组管数依次增多的方式配置。供给到传热管内的加热蒸气被构成为从管数最多的传热管组依次向管数少的传热管组流动。即，在多个传热管被分为多个传热管组并在上下方向上，以越往上方的传热管组管数依次减少的方式配置的情况下，加热蒸气被构成为从下方的管数最多的传热管组依次向管数少的传热管组流动。此外，在多个传热管被分为多个传热管组并在上下方向上，以越往上方的传热管组管数依次增多的方式配置的情况下，加热蒸气被构成为从上方的管数最多的传热管组依次向管数少的传热管组流动。通过所述循环设备对于所述传热管组的所述溶液的供给散布量为传热管组的每水平投影面积10m3/h/m2 60m3/h/m2。以上的蒸发浓缩装置具有，管数不同的多个传热管组在上下方向上配置，并使加热蒸气从管数最多的传热管组依次向管数变少的传热管组流动的结构，因此可以高速地保持加热蒸气的流速，并且可以在全部的传热管组中进行大致均勻的薄膜蒸发。此外，在上述蒸发浓缩装置中，传热管的外径为15mm ^mm,对于传热管组的溶液的供给散布量为传热管组的每水平投影面积10m3/h/m2 60m3/h/m2，因此传热管不仅被散布的溶液的膜完全覆盖，而且在传热管的下端部，成为相对于传热管的长度方向连续的膜状落下，可以与下方的传热管剧烈碰撞从而带来搅拌效果，因此能够进行均勻的薄膜蒸发，并且可以抑制水垢和污物的附着而提高传热效率。本发明优选的第一方式中，具备将加热蒸气送入所述传热管内的加热设备。虽然也可以从外部将加热蒸气供给到传热管内，但是通过上述第一方式，可以从加热设备将加热蒸气送入到传热管内。本发明的优选第二方式中，具备分别与所述多个所述传热管的两端连接的第一联管箱和第二联管箱，所述各联管箱具有将与上方的传热管组的传热管连接的空间和与下方的传热管组的传热管连接的空间隔开的隔板，和使在所述上方的传热管组的传热管内冷凝的冷凝液流下到由所述隔板隔开的下方的空间中的弯曲的密封管。根据上述第二方式，可以使在各传热管组的传热管内冷凝的冷凝液被两联管箱的各传热管组的空间分离，并通过密封管向下方的空间流下，因此在各传热管组的传热管内冷凝的冷凝液不会进入到下一传热管组的传热管中，由此可以抑制由于冷凝液而妨碍传热。本发明的另一优选的第三方式中，所述多个传热管的排列为四角间距排列(四角 C , ★配列)或三角间距排列(三角e、y ★配列)，邻接的传热管之间的间隔为5mm以上。根据上述第三方式，邻接的传热管之间的间隔为5mm以上，因此可以使被散布在传热管的外表面而蒸发的蒸气从溶液顺利地分离。本发明的进一步优选的第四方式中，所述多个传热管相对于水平面在长度方向的斜度为4/1000以内。根据上述第四方式，传热管以4/1000以内的斜度水平地保持，因此可以抑制散布的溶液在传热管的长度方向上变得不均勻。本发明的进一步优选的第五方式中，所述加热设备为将在所述蒸发罐内产生的蒸气压缩升温并送入到所述传热管内的热泵或蒸气喷射器。根据上述第五方式，在蒸发罐产生的蒸气通过热泵或蒸气喷射器高效地压缩升温并送入到传热管内作为加热源使用，因此能量转换效率较高，可以实现节能。本发明的优选第六方式中，所述加热蒸气从该蒸发浓缩装置的外部供给到所述传热管内。加热蒸气也可以为废蒸气。根据上述第六方式，可以不设置热泵等加热设备，而利用来自外部的加热蒸气作为热源。
图1为本发明的实施方式中的蒸发浓缩装置的概略结构图；图2为图1的蒸发浓缩装置的重要部分的分解透视图；图3为表示传热管的排列的示意图；图4的(a)为表示传热管中溶液的流动的剖视图；图4的(b)为表示传热管中溶液的流动的前视图；图5为本发明的另一实施方式中的蒸发浓缩装置的概略结构图；图6为图5的蒸发浓缩装置的重要部分的分解透视图；图7为本发明的又一实施方式中的蒸发浓缩装置的概略结构图；图8为表示传热管的排列的另一例子的示意图。
具体实施例方式实施方式1以下参照附图对本发明的实施方式中的蒸发浓缩装置进行详细说明。图1表示本发明的实施方式中的蒸发浓缩装置的概略结构图，图2表示其重要部分的分解透视图。该蒸发浓缩装置1具备水平管型的密闭式的蒸发罐2。应进行浓缩的溶液(原液) 由原液供给管路3(图1)被供给到蒸发罐2的下部。在该蒸发罐2的左右设置有一对联管箱4和联管箱5。多根传热管6水平架设在联管箱4和联管箱5之间。蒸发罐2下部的溶液通过循环泵9经由循环管路10被供给到设置在蒸发罐2内的上部的喷嘴等散布器11，并从该散布器11向各传热管6的外表面散布，之后，流下到蒸发罐2内的下部，如此进行循环。S卩，通过循环泵9、循环管路10和散布器11构成将存留在蒸发罐2中的溶液从蒸发罐2的上部供给散布到传热管6的外表面并使溶液循环的循环设备。在循环管路10的中途设有用于取出浓缩后的溶液的取出管路12。蒸发罐2的上部通过蒸气出口管路15连接有作为加热设备的热泵16。热泵16吸引来自蒸发罐2的水蒸气，并将其吸引的水蒸气压缩升温，通过蒸气管路31向入口侧的联管箱4供给。出口侧的联管箱5通过抽气管路13连接有真空泵14。通过该真空泵14将蒸发罐2内保持在大气压以下的减压状态。如以上所述，上述蒸发浓缩装置1通过真空泵14将蒸发罐2内减压，通过散布器 11将溶液散布到传热管6的外表面以使溶液蒸发，并将产生的蒸气通过热泵16压缩升温。 将该升温的蒸气通过入口侧的联管箱4如下所述供给到上述各传热管6内，以对散布在各传热管6的外表面的溶液进行加热，从而使溶液蒸发。如此，上述蒸发浓缩装置1通过利用热泵16将由溶液产生的蒸气压缩升温，作为用于使上述溶液蒸发的热源，因此蒸发浓缩装置1能量转换效率较高、可以实现节能。该实施方式中，水平架设在两联管箱4、5之间的各传热管6的两端插通并气密地固定在形成于划分各联管箱4、5的管板17、18上的安装孔中。另外，图2中仅示出了联管箱5侧的管板17。蒸发罐2以传热管6相对于水平面在长度方向的斜度为4/1000以内的水平度的方式设置。该实施方式中，各传热管6被分为多个传热管组，在该例子中为第一 第三的三
5个传热管组6a、6b、6c，从而被配置成上下三段。而且，在该实施方式中，各传热管6以越往上段的传热管组传热管6的根数依次减少的方式配置。即，下段的第一传热管组6a的传热管6的根数最多。中段的第二传热管组6b的传热管6的根数少于下段的第一传热管组6a。上段的第三传热管组6c的传热管6的根数少于中段的第二传热管组6b。第一 第三传热管组6a 6c的传热管6的根数的比率并不特别限定，可以为例如 3 2 1、6 3 1 或 4 2 1 的程度。如图1所示，两联管箱4、5中，一方的入口侧的联管箱4由隔板如划分形成为作为加热蒸气的入口的入口室如与折返室4b。另一方的出口侧的联管箱5由隔板5c划分形成折返室与出口室恥。下段的第一传热管组6a的各传热管6的一端在入口侧的联管箱4的入口室如开口，其另一端在出口侧的联管箱5的折返室fe开口。中段的第二传热管组6b的各传热管6的两端分别在两联管箱4、5的折返室4b、5a 开口。上段的第三传热管组6c的各传热管6的一端在入口侧的联管箱4的折返室4b开口，其另一端在出口侧的联管箱5的出口室恥开口。因此，导入到入口侧的联管箱4的入口室如中的加热蒸气，流经传热管6的根数最多的第一传热管组6a的传热管6并在出口侧的联管箱5的折返室fe折返，流经传热管 6的根数少于第一传热管组6a的第二传热管组6b的传热管6并在入口侧的联管箱4的折返室4b折返，流经传热管6的根数少于第二传热管组6b的第三传热管组6c的传热管6从而被引导到出口室恥。这种加热蒸气的折返成为所谓的三折流结构。加热蒸气例如在充分长的一根传热管内流动而产生来冷凝的情况下，在传热管的入口部处蒸气流速较大。然而，加热蒸气由于上述冷凝导致蒸气量逐渐减少蒸气流速变小， 并且相对于其冷凝液与非冷凝性气体的比率增加，驱除冷凝液与非冷凝性气体的加热蒸气的流速在终端处大致为零，导致传热性能变差。因此，相对于在传热管的入口附近的外表面产生剧烈的蒸发，在上述终端附近蒸发减少。 与此相对，在本实施方式中，第一 第三传热管组6a 6c以越往上段的传热管组的传热管6的根数依次减少的方式上下配置，并且使加热蒸气以从下段的传热管6的根数最多的第一传热管组6a开始经过上段的第二传热管组6b和第三传热管组6c的顺序流动， 由此可以在各传热管组6a 6c中高速地保持加热蒸气的流速，从而能够在全部的传热管组6a 6c中实现大致均勻的薄膜蒸发。如图1所示，在入口侧的联管箱4设置有在保持压差的同时使存积在折返室4b中的冷凝液流下到具有压力差的下方的入口室如中的U字状弯曲的弯曲密封管(>一 /〉 一义管)19。在出口侧的联管箱5设置有在保持压差的同时使存积在出口室恥中的冷凝液流下到具有压力差的下方的折返室如中的U字状弯曲的弯曲密封管20。存积在入口侧的联管箱4的入口室如中的冷凝液通过高流速的加热蒸气被移送到出口侧的联管箱5的折返室fe。该出口侧的联管箱5的折返室fe的下部与用于排出存积的冷凝液的排出管路7 连接，通过冷凝液泵8排出。如此，第一传热管组6a的传热管出口的冷凝水存积在出口侧的联管箱5的折返室 5a中，此外第二传热管组6b的传热管出口的冷凝液存积在入口侧的联管箱4的折返室4b 中，此外第三传热管组6c的传热管出口的冷凝液存积在出口侧的联管箱5的出口室恥中。 进一步地，折返室4b和出口室恥的冷凝液通过弯曲密封管19、20向下方流下。通过以上结构，第一传热管组6a、第二传热管组6b的传热管出口的冷凝液不会进入到接下来的第二传热管组6b、第三传热管组6c的传热管6中，由此可以有效地防止冷凝液阻碍传热。在本实施方式中，如图3所示，各传热管组6a 6c的各传热管6的排列为，圆形的传热管6的中心位于假想的正方形的顶点的四角间距排列。传热管6的外径为15mm 洸讓。传热管6的壁厚优选为0. 5mm 1. Omm左右。如此，由于传热管6的壁厚较薄，即使加热蒸气与被加热的溶液的温度差很小也可以使溶液薄膜蒸发。上下或左右邻接的传热管6之间的间隔Dl为5mm以上，该间隔Dl的上限例如为 12mm左右。传热管6之间的间隔Dl考虑应浓缩的溶液的粘性和水垢的产生容易度等来选择。通过如此设置成四角间距排列并且使传热管6之间的间隔Dl为5mm以上，能够使在传热管6的表面蒸发的蒸气从溶液顺利地分离，此外可以容易地将附着在传热管6上的水垢和污物从传热管组的外部除去。在本实施方式中，如上所述，传热管6的外径为15mm 沈讓，此外从散布器11散布的溶液的供给散布量为传热管组6a 6c的每水平投影单位面积10m3/h/m2 60m3/h/ m2。即，每Im2水平投影面积，1小时散布IOm3 60m3的溶液。该供给散布量在10m3/h/m2 60m3/h/m2内，根据浓缩的溶液进行选择，例如根据溶液的粘性和水垢的产生容易度等进行选择。通过设置成这样的供给散布量，在传热管6外表面上的溶液的流动，如图4的(a) 的剖视图和图4的(b)的前视图所示，传热管6不仅完全被溶液的液膜21覆盖，而且在传热管6的下端部，相对于传热管6的长度方向成为连续的膜状落下，从而可以剧烈碰撞下方的传热管6而带来搅拌效果。如此可以提高在传热管6的外表面的溶液的搅拌效果，由此不会发生例如局部过浓缩而产生水垢，从而可以均勻地加热。供给散布量若超过60m3/h/m2，则溶液的膜厚过厚，不仅会阻碍蒸发的蒸气从溶液分离，而且传热管组与液流还会成为一团而降低碰撞搅拌效果。相反地，供给散布量不到 10m3/h/m2时，无法在传热管6上均勻地形成溶液的膜。在上述结构的蒸发浓缩装置1中，通过真空泵14对蒸发罐2内进行减压，并且从原液供给管路3将应浓缩的溶液供给到蒸发罐2内。进一步地，驱动循环泵9，将蒸发罐2 内的溶液散布到蒸发罐2内的各传热管6的外表面。被散布的溶液流下到蒸发罐2内的下部，另一方面在各传热管6的外表面被加热而薄膜蒸发，产生的水蒸气从蒸气出口管路15吸引到热泵16经压缩升温后，导入到蒸发罐 2中的各传热管6内，被利用作为用于加热散布在该各传热管6的外表面的溶液的热源。此外，在传热管6内冷凝的冷凝液存积在出口侧的联管箱5的底部，经由排出管路7利用冷凝液泵8作为冷凝液取出。如上所述，本实施方式的蒸发浓缩装置1为，使加热蒸气以通过传热管6的根数最多的第一传热管组6a，接着通过传热管6的根数少于第一传热管组6a的第二传热管组6b， 进而通过传热管6的根数比第二传热管组6b更少的第三传热管组6c的顺序流动的三折流结构。由于为这种三折流结构，加热蒸气以高流速通过，冷凝液膜较薄，非冷凝气体的影响也较少，从而能够在全部的传热管组6a 6c中保持高流速以实现大致均勻的薄膜蒸发。此外，第一传热管组6a、第二传热管组6b的传热管出口的冷凝液不会进入到接下来的第二传热管组6b、第三传热管组6c的传热管6中，可以减少冷凝液造成的影响，因此传热性能提高。进一步地，使传热管6的外径为15mm ^mm,并且使从散布器11散布的溶液的供给散布量为传热管组6a 6c的每水平投影面积10m3/h/m2 60m3/h/m2，因此利用从上方的传热管6流下的溶液的流动来进行均勻的搅拌蒸发，利用自净效果水垢、污物的附着变少。本实施方式中，虽然为了压缩来自蒸发罐2的蒸气而使用了热泵16，但是如分别对应于上述图1和图2的图5和图6所示，也可以使用蒸气喷射器M来替代热泵16。艮口， 也可以将来自蒸发罐2的蒸气吸引到由来自未图示的锅炉的高压蒸气驱动的蒸气喷射器， 经压缩之后，供给到入口侧的联管箱4中。其它的结构与上述实施方式相同。另外，还可以直接使用来自外部的加热蒸气替代热泵或蒸气喷射器，在此情况下，还可以使用废蒸气作为加热蒸气。实施方式2图7为表示本发明的其它实施方式的蒸发浓缩装置Ia的结构的示意图，对于对应于上述图1的部分附以相同的附图标记。在该图7中，与图1不同地，在左侧表示入口侧的联管箱4，在右侧表示出口侧的联管箱5。本实施方式的蒸发浓缩装置Ia具备对来自蒸发罐2的蒸气进行冷凝的冷凝器22。冷凝器22在罐体25内具备多根传热管沈，且具备通向上述传热管沈内的冷却水入口 27和来自所述传热管沈内的冷却水出口 28。该罐体25通过管路四与蒸发罐2的出口侧的联管箱5的折返室fe连接，另一方面通过管路30与蒸发罐2的上部和出口侧的联管箱5的出口室恥连接。进一步地，罐体25与用于将该罐体25和蒸发罐2内保持在大气压以下的减压状态的真空泵14连接，并且与用于排出该罐体25内的冷凝液的冷凝液泵23连接。此外，将来自蒸发罐2的蒸气利用由从未图示的锅炉等供给的高压蒸气驱动的蒸气喷射器M吸引、压缩，之后将该蒸气供给到入口侧的联管箱4内。其它的结构与上述实施方式相同。在本实施方式的蒸发浓缩装置Ia中，与上述实施方式同样地，来自蒸发喷射器M 的加热蒸气流经三折流结构的第一 第三传热管组6a 6c，因此能够在全部的传热管组 6a 6c中保持高流速从而实现大致均勻的薄膜蒸发。此外，第一传热管组6a、第二传热管组6b的传热管出口的冷凝液不会进入到接下来的第二传热管组6b、第三传热管组6c的传热管6中，由此可以减小冷凝液造成的影响，因此传热性能提高。进一步地，使传热管6的外径为15mm ^mm,并且使从散布器11散布的溶液的供给散布量为传热管组6a 6c的每水平投影面积10m3/h/m2 60m3/h/m2，因此利用流下来的液体的流动进行均勻的搅拌蒸发，由此利用自净效果水垢、污物的附着较少。其它实施方式虽然在上述各实施方式中，将多个传热管分为多个传热管组，在上下方向上，以越往上方的传热管组管数依次减少的方式配置，从下方的传热管数最多的传热管组供给加热蒸气，然而，与此相反地，在本发明的其它实施方式中，也可以将多个传热管分为多个传热管组，在上下方向上，以越往上方的传热管组管数依次增多的方式配置，并从上方的管数最多的传热管组供给加热蒸气。传热管6的排列除了上述四角间距排列之外，例如，如图8所示，还可以为圆形的传热管6的中心位于假想的正三角形的顶点的三角间距排列。在此情况下，邻接的传热管6之间的间隔Dl与上述实施方式相同，为5mm以上。另外，不限于三角间距排列，还可以为菱形间距排列等。多根传热管6除了如上所述分为三个管组6a 6c成为三折流之外，还可以为二折流或四折以上的多折流。另外，还可以设置使从出口侧的联管箱5取出的冷凝液与供给到蒸发罐2的原液进行热交换以对原液进行预热的预热器。
权利要求
1.一种蒸发浓缩装置，在减压状态下加热溶液使该溶液蒸发以进行浓缩，在该蒸发浓缩装置中，具备水平配置有多个传热管的密闭式的蒸发罐；和将贮留在所述蒸发罐下部的所述溶液从该蒸发罐的上部供给散布到所述传热管的外表面以使所述溶液循环的循环设备，加热蒸气被供给到所述传热管内，所述传热管的外径为15mm ^mm,所述多个传热管被分为多个传热管组，并在上下方向上，以越往上方的传热管组管数依次减少或依次增多的方式配置，且供给到所述传热管内的所述加热蒸气被构成为从管数最多的传热管组依次向管数少的传热管组流动，通过所述循环设备对于所述传热管组的所述溶液的供给散布量为传热管组的每水平投影面积 10m3/h/m2 60m3/h/m2。
2.根据权利要求1所述的蒸发浓缩装置，具备将加热蒸气送入所述传热管内的加热设备。
3.根据权利要求1或2所述的蒸发浓缩装置，具备分别与所述多个所述传热管的两端连接的第一联管箱和第二联管箱，所述联管箱具有将与上方的传热管组的传热管连接的空间和与下方的传热管组的传热管连接的空间隔开的隔板，和使在所述上方的传热管组的传热管内冷凝的冷凝液流下到由所述隔板隔开的下方的空间中的弯曲的密封管。
4.根据权利要求3所述的蒸发浓缩装置，所述多个传热管的排列为四角间距排列或三角间距排列，邻接的传热管之间的间隔为5mm以上。
5.根据权利要求3所述的蒸发浓缩装置，所述多个传热管相对于水平面在长度方向的斜度为4/1000以内。
6.根据权利要求2所述的蒸发浓缩装置，所述加热设备为将在所述蒸发罐内产生的蒸气压缩升温并送入所述传热管内的热泵或蒸气喷射器。
7.根据权利要求1所述的蒸发浓缩装置，所述加热蒸气从该蒸发浓缩装置的外部供给到所述传热管内。
全文摘要
本发明提供一种蒸发浓缩装置，在密闭式的蒸发罐内，外径15mm～26mm的多个传热管被分为多个传热管组，并在上下方向上，以越往上方的传热管组管数依次减少或依次增多的方式配置，且加热蒸气被构成为从管数最多的传热管组依次向管数少的传热管组流动，对于所述传热管组的所述溶液的供给散布量为传热管组的每水平投影面积10m3/h/m2～60m3/h/m2。
文档编号B01D1/22GK102233193SQ20101016901
公开日2011年11月9日 申请日期2010年4月28日 优先权日2010年4月28日
发明者中村克平, 平野悟, 西村靖史 申请人:笹仓机械工程有限公司