竖管降膜蒸发器的制作方法

1.本发明涉及蒸发设备领域，特别涉及一种竖管降膜蒸发器。


背景技术：

2.竖管降膜蒸发器作为一种高效蒸发设备，以其特有的优点逐渐被广泛应用于海水淡化、污水处理、石油化工以及冶金、轻工、食品加工、医药等领域。在节能减排的趋势下，随着国民经济的发展在海水淡化、污水处理等方面竖管降膜蒸发器的处理量要求越来越大。目前单台蒸发器的处理量只能达到200~300吨/小时，这给竖管降膜蒸发器的设计、建设和运行带来极大挑战。
3.现有技术主要通过提高蒸发器的换热效率和蒸发器的大型化来提高蒸发器的处理量。首先，蒸发器的大型化面临气液二相流体分布的均匀性等蒸发器的设计问题。例如，对于传统大型竖管降膜蒸发器，最常见的问题是壁区分布点不足。这是因为尽管靠壁数厘米范围，宽度不大，但占容器截面积比例是可观的。因此，对于传统的圆形管板的大型降膜蒸发器无法实现完全的均匀程度。另外，由于液体从竖管降膜蒸发器顶部进口管碰撞挡板后有一个自轴心向周边方向的分速度，所以液体将在分布板上沿径向向周边聚集，使其边缘上的液面高度高于中心部分，这样会使管板边缘上的管子的受液量较大，造成液体分布的不均匀。其次，蒸发器的大型化面临非标制造、运输和可拆卸等难题。
4.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

5.本发明的目的之一在于，提供一种竖管降膜蒸发器，从而提高现有技术中的蒸发器的处理量。
6.本发明的另一目的在于，提供一种竖管降膜蒸发器，从而改善现有技术中大型蒸发器的制造、运输不便等问题。
7.为实现上述目的，本发明提供了一种竖管降膜蒸发器，其包括：多个蒸发单元，其相互可拆卸地连接形成矩形阵列，蒸发单元的外壳包括筒体及其两端的上封头和下封头，筒体为长方体，蒸发单元从上至下包括布膜段、加热段和分离段；第一连接组件，其将每一行蒸发单元的加热蒸汽连通；第二连接组件，其将每一行蒸发单元的冷凝水连通；以及第三连接组件，其将每一行蒸发单元的二次蒸汽连通，第三连接组件上下交错设置在每一行蒸发单元中，使得二次蒸汽在相邻的蒸发单元中逆向流动。
8.进一步，上述技术方案中，竖管降膜蒸发器还包括：进料总管，其分别与多个蒸发单元的进液管可拆卸地连接；加热蒸汽总管，其分别与每一行一端的蒸发单元的加热蒸汽入口可拆卸地连接；浓缩液总管，其分别与多个蒸发单元的浓缩液出口可拆卸地连接；冷凝水总管，其分别与每一行一端的蒸发单元的冷凝水出口可拆卸地连接；以及两个二次蒸汽总管，其分别与每一行蒸发单元的两端的二次蒸汽出口可拆卸地连接，两个二次蒸汽总管
上设有通断阀。
9.进一步，上述技术方案中，两个二次蒸汽总管上的通断阀周期性地交替通断。
10.进一步，上述技术方案中，蒸发单元的数量为4~50个；矩形阵列中每一行的蒸发单元的数量为偶数。
11.进一步，上述技术方案中，第一连接组件和第二连接组件为凹凸环组件；第三连接组件为环状组件。
12.进一步，上述技术方案中，凹凸环组件采用填料密封，环状组件采用垫片密封。
13.进一步，上述技术方案中，凹凸环组件采用密封圈密封。
14.进一步，上述技术方案中，竖管降膜蒸发器还包括：多个加强圈，其沿水平方向环绕在多个蒸发单元形成的矩形阵列外侧。
15.进一步，上述技术方案中，竖管降膜蒸发器还包括：多个拉杆，其穿设在相邻的两行和/或两列蒸发单元之间，拉杆的两端可拆卸地连接在加强圈上。
16.进一步，上述技术方案中，拉杆的两端通过紧固螺母连接在加强圈上。
17.进一步，上述技术方案中，加强圈的数量为三个；加强圈由型钢制成。
18.进一步，上述技术方案中，竖管降膜蒸发器还包括：加强块，其连接在相邻的两个蒸发单元的侧壁之间。
19.进一步，上述技术方案中，加强块为圆柱体或长方体，加强块的一端固定在蒸发单元的侧壁上。
20.进一步，上述技术方案中，蒸发单元的加热段包括上管板、多个蒸发管和下管板，多个蒸发管竖直排列在加热段中，上管板和下管板为长方形或正方形；蒸发单元的布膜段设有液体分布器，液体分布器位于上管板的上方。
21.进一步，上述技术方案中，液体分布器包括从上至下依次连通的进液管、主槽和多个分槽，主槽和分槽均为长条状，分槽与主槽垂直设置，主槽的底部或两侧设有多个第一布液孔，分槽的两侧设有呈直线排布的多个第二布液孔和挡液板。
22.与现有技术相比，本发明具有如下一个或多个有益效果：1. 将模块化的蒸发单元可拆卸地连接为矩形阵列，并且将矩形阵列内部的加热蒸汽、冷凝水和二次蒸汽形成特定的路径连通，实现了竖管降膜蒸发器的大型化，提高了蒸发器的处理量。
23.2. 通过第三连接组件的上下交错设置，使得相邻的蒸发单元的二次蒸汽交错顺流和逆流流动，即相邻的蒸发单元中二次蒸汽流向相反，二次蒸汽流通路径上的每一个蒸发单元所产生的二次蒸汽的流量进行了叠加，二次蒸汽流速增加使得蒸发单元的加热段的蒸发管内液膜湍动，达到强化传热和消泡除垢的目的。
24.3. 每一行蒸发单元的两端都设有二次蒸汽出口，并且分别连接二次蒸汽总管，通过通断阀控制，交替通断两端的二次蒸汽总管，使得每一行蒸发单元中的二次蒸汽流动路径周期性换向，矩形阵列的温度分布更加均匀，强化二次蒸汽通道中的扰动，利于加热段的蒸发管中消泡和除垢。
25.4. 每一行蒸发单元的数量为偶数个，以确保两端的二次蒸汽总管的高度相同，方便集成和连接其他设备。
26.5. 采用不同的连接组件设计，在实现方便安装、制造的同时，能够满足不同压力
需求，确保整个蒸发器的稳定运行。
27.6. 通过加强圈、加强块、拉杆等紧固连接结构设计，使得蒸发单元形成的矩形阵列更牢固、耐用，蒸发单元本身的承载能力更高。
28.7. 模块化可拆卸的结构使得本发明的竖管降膜蒸发器的制造和运输都更加方便，并且可以根据实际需要采用不同数量的蒸发单元形成矩形阵列，解决了非标制造等问题。
29.8. 蒸发单元的筒体采用长方体设计，容易加工和安装，并且形成矩形阵列后液体的整体分布均匀性较高。
30.9. 使用进料总管对模块化蒸发单元矩形阵列的每一个蒸发单元单独进料，每一个蒸发单元的液体分布器设计使得液体分布点密度、分布的几何均匀性和淋降点间流量的均匀性都大大提高。
31.上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。
附图说明
32.图1是根据本发明的一实施方式的竖管降膜蒸发器的结构示意图。
33.图2是根据本发明的一实施方式的竖管降膜蒸发器的俯视结构示意图。
34.图3是根据本发明的一实施方式的竖管降膜蒸发器的剖视结构示意图。
35.图4是根据本发明的一实施方式的某一行蒸发单元中二次蒸汽的流向示意图。
36.图5是根据本发明的一实施方式的某一行蒸发单元中二次蒸汽的另一流向示意图。
37.图6是根据本发明的一实施方式的第一连接组件的剖面示意图。
38.图7是根据本发明的一实施方式的第三连接组件的剖面示意图。
39.图8是根据本发明的一实施方式的蒸发单元的局部剖面示意图。
40.图9是根据本发明的一实施方式的蒸发单元的另一局部剖面示意图。
41.主要附图标记说明：10-蒸发单元，11-外壳，12-液体分布器，121-进液管，122-主槽，1221-第一布液孔，1222-溢流通道，123-分槽，1231-第二布液孔，124-挡液板，131-上管板，132-蒸发管，133-下管板，21-第一连接组件，211-密封圈，22-第二连接组件，23-第三连接组件，231-螺栓连接，31-进料总管，32-加热蒸汽总管，33-冷凝水总管，34-二次蒸汽总管，341、342-通断阀，35-浓缩液总管，41-加强圈，42-拉杆，421-紧固螺母，43-加强块，50-支架。
具体实施方式
42.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
43.除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。
44.在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向（旋转90度或其他取向）且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。
45.在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。
46.如图1至图3所示，根据本发明具体实施方式的竖管降膜蒸发器由多个蒸发单元10组成。每一个蒸发单元10的外壳11包括筒体及其两端的上封头和下封头，筒体为长方体，蒸发单元10从上至下包括布膜段、加热段和分离段。示例性地，筒体由四块平板组成，上封头和下封头为平板、锥体、圆弧形板或蝶形板，本发明并不以此为限。多个蒸发单元10相互可拆卸地连接形成n列m行的矩形阵列。如图1和图2所示的竖管降膜蒸发器为3行4列的蒸发单元矩形阵列，本发明并不以此为限。本领域技术人员可以根据实际需要选择矩形阵列的行数和列数，即选择蒸发单元10的数量，并且本发明中的行和列是相对的表述，可以互换。优选而非限制性地，蒸发单元10的数量为4~50个。在矩形阵列中，蒸发单元10上下端对齐，侧壁可以相靠相接，并且内部连通形成特定的流体通道。示例性地，矩形阵列的底部由支架50支撑。
47.进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，蒸发单元10之间由第一连接组件21、第二连接组件22和第三连接组件23形成流体通道。第一连接组件21将每一行蒸发单元10的加热蒸汽连通；第二连接组件22将每一行蒸发单元10的冷凝水连通；第三连接组件23将每一行蒸发单元10的二次蒸汽连通。第三连接组件23上下交错设置在每一行蒸发单元10中（请参见图3所示），使得二次蒸汽在相邻的蒸发单元10中逆向流动。每一行蒸发单元10中，相邻蒸发单元10的二次蒸汽顺流和逆流交错，每一行蒸发单元10所产生的二次蒸汽的流量进行了叠加，每一个蒸发单元10产生的二次蒸汽流量为q，二次蒸汽流经n个蒸发单元10后（示例性地，矩形阵列有n列，每一行有n个蒸发单元），其二次蒸汽流量为n*q，结果是蒸发单元10中的二次蒸汽叠加在一起使二次蒸汽流速增加造成蒸发管内液膜湍动，传热系数随液体雷诺数的增大而增大，达到强化传热的目的。
48.进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，竖管降膜蒸发器还包括：进料总管31分别与多个蒸发单元10的进液管121可拆卸地连接；加热蒸汽总管32分别与每一行一端的蒸发单元10的加热蒸汽入口可拆卸地连接，每一行独立通入加热蒸汽，使加热蒸汽分布均匀；浓缩液总管35分别与多个蒸发单元10的浓缩液出口可拆卸地连接；冷凝水总管33分别与每一行一端的蒸发单元10的冷凝水出口可拆卸地连接；以及两个二次蒸汽总管34，其分别与每一行蒸发单元10的两端的二次蒸汽出口可拆卸地连接，两个二次蒸汽总管34上设有通断阀341、342。
49.优选而非限制性地，结合图4和图5所示，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，两个二次蒸汽总管34上的通断阀341、342周期性地交替通断。通断阀341、342周期性地
交替通断，使得每一行蒸发单元10内的二次蒸汽流动路径周期性地更换方向，更加有利于矩形阵列的温度均匀分布。图4中通断阀341为关闭断开状态，通断阀342为打开连通状态，二次蒸汽由右端的蒸发单元10向左端的蒸发单元10流动，经过通断阀342排出二次蒸汽总管。图5中通断阀341为打开连通状态，通断阀342为关闭断开状态，二次蒸汽由左端的蒸发单元10向右端的蒸发单元10流动，经过通断阀341排出二次蒸汽总管。应了解的是，本发明并不以此为限，通断阀341、342的通断交替也可以是非周期性地根据需要来交替。为了方便连接，优选地，矩形阵列中每一行的蒸发单元10的数量为偶数，每一行两端的第三连接组件23都在蒸发单元10的下部（如图3所示）。
50.结合图6和图7所示，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，第一连接组件21为高压连接组件。第一连接组件21为凹凸环配对使用，使相邻的蒸发单元10的加热蒸汽出口和入口相连通，凹凸环之间可以采用填料密封，优选采用密封圈211密封，如o型橡胶密封圈。第一连接组件21可以焊接在蒸发单元10的外壳11的外侧壁上。第二连接组件22的结构和连接方式与第一连接组件21相同，在此不再赘述。第三连接组件23为低压连接组件，示例性地，第三连接组件23可以为环状组件，其截面为矩形，可以通过连接件连接，如，螺栓连接231，采用垫片密封（图中未示出）。第三连接组件23可以焊接在蒸发单元10的外壳11的外侧壁上。
51.进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，竖管降膜蒸发器还包括多个加强圈41，其沿水平方向环绕在多个蒸发单元10形成的矩形阵列外侧，对矩形阵列起到预紧束缚作用，同时还能够对蒸发单元10的外壳11的侧壁进行加强。示例性地，加强圈41可以由型钢制成，例如，方钢、角钢、h型钢等，本发明并不以此为限。示例性地，加强圈41的数量可以为三个，分别围绕在蒸发单元10形成的矩形阵列外侧的不同高度上。
52.进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，竖管降膜蒸发器还包括穿设在相邻的两行和/或两列蒸发单元10之间的多个拉杆42，拉杆42的两端可拆卸地连接在加强圈41上。例如，拉杆42的两端可以通过紧固螺母421连接在加强圈41上。
53.进一步地，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，竖管降膜蒸发器还包括多个加强块43，其连接在相邻的两个蒸发单元10的外壳11的侧壁之间，使得相邻两个蒸发单元10的侧壁形成加强结构，提高蒸发单元的承载能力。示例性地，加强块43可以为圆柱体或长方体，加强块43的一端可以固定在蒸发单元10的外壳11的外侧壁上。加强块43可以由橡胶、聚氨酯等非金属材料或碳钢、铸铁等金属材料制成。
54.优选而非限制性地，结合图3、图8和图9所示，在本发明的一个或多个示例性实施方式中，蒸发单元10的加热段包括上管板131、多个蒸发管132和下管板133，多个蒸发管132竖直排列在加热段中，上管板131和下管板133为长方形或正方形，其形状与蒸发单元10的外壳11相匹配。示例性地，蒸发管132通过焊接或涨接的方式与上管板131和下管板133密封连接。蒸发管132的上端设有导流装置。蒸发单元10的布膜段设有液体分布器12，液体分布器12位于上管板131的上方。示例性地，液体分布器12包括从上至下依次连通的进液管121、主槽122和多个分槽123，主槽122和分槽123均为长条状，分槽123与主槽122垂直设置，主槽122的底部或两侧设有多个第一布液孔1221，分槽123的两侧设有呈直线排布的多个第二布液孔1231和挡液板124。液体分布器12将循环进入布膜段的液体进行多级均匀分布后，由重力自然成膜，要求液膜需均匀、稳定，不能在蒸发管132内出现“干壁”现象。从多个分槽123
流出的液体呈膜状，线分布于上管板131上，液体在上管板131上形成液面，呈横向水平面状均匀移动、布料，这样液体分布点密度、分布的几何均匀性和淋降点间流量的均匀性都大大提高。
55.在本发明的一个或多个示例性实施方式中，分槽123的数量为三个，并且三个分槽123的长度相等，三个分槽123沿主槽122的长度方向均匀排布。应了解的是，主槽122也可以为多个。液体由进液管121先进入主槽122（一级槽），通过主槽122的第一布液孔1221分别流入三个分槽123（二级槽），这样液体在上管板131上可以形成六条等距的分槽液膜管板分布线。第一布液孔1221的孔径大于5mm，优选为10mm~30mm，第二布液孔1231的孔径大于10mm，优选为12mm~36mm。
56.在本发明的一个或多个示例性实施方式中，主槽122采用底孔式布液结构，本发明并不以此为限。主槽122还可以采用侧孔式布液结构，虽然结构复杂，但有利于液体中的固体颗粒和絮状物等脏物的沉降聚集到主槽122底部，避免了上述脏物进入蒸发管132影响传热。示例性地，分槽123采用侧孔挡板式布液结构，分槽4的两侧均设有呈直线排布的多个第二布液孔1231，分槽123中液体靠重力分布，液体从第二布液孔1231喷出后直接打在挡液板124上，使得分布点成线分布，主槽122和分槽123均设有溢流通道1222，溢流通道1222为靠槽上边缘的出口堰，出口堰可以为矩形堰、v型堰和圆底矩形堰，主槽122内可以设有防冲板。
57.本发明的竖管降膜蒸发器在使用过程中，待蒸发处理的物料通过进料总管31分别进入蒸发单元10的进液管121，将液体输入槽式的液体分布器12（即包括主槽122和分槽123的液体分布器）。由于槽式的液体分布器12由两级组成，主槽122采用底孔式或侧孔式布液，而分槽123采用侧孔挡板式布液结构，主槽122和分槽123开有溢流通道1222。槽式的液体分布器适用于大液量或物料较脏的场合，分槽123与上管板131的液体下落距离可以很小，液体通过挡液板124呈膜状流下，均匀地分布到上管板131上，使原先的点状分布变成线分布，从液体分布器12呈膜状下落的液体在上管板131上形成均匀排布的几条液线，这几条液线再以方形面状向两侧流动，这样方形面状液流在上管板131上分布无死角，相较于传统圆形管板，液体分布更加均匀。因此，槽式的液体分布器有良好的液体分布性能，具有高度低、操作弹性大和防堵性能好等优点。
58.待蒸发处理的物料进入蒸发管132后被加热蒸汽加热蒸发，二次蒸汽通过每个蒸发单元10的第三连接组件23汇集到两端二次蒸汽总管34周期轮流排出。浓缩液通过每个蒸发单元10的底部出料口汇集到浓缩液总管35排出。每个蒸发单元10的加热段通过第一连接组件21连通加热蒸汽，由加热蒸汽总管32进入，分配到对应一行的蒸发单元10。冷凝水通过加热段下部的第二连接组件22汇集，通过冷凝水总管33排出。
59.前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本发明的保护范围。