一種電場強(qiáng)化管式降膜蒸發(fā)裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種電場強(qiáng)化管式降膜蒸發(fā)裝置及其方法，裝置主要由高壓電源、電極板、電極線、絕緣裝置、液體分配器、不銹鋼管、殼體和氣液分離器組成。本發(fā)明中液體通過液體分配器進(jìn)入不銹鋼管內(nèi)形成降膜，吸收殼側(cè)蒸汽冷凝釋放的熱量后蒸發(fā)，同時(shí)電極線在管內(nèi)形成的高壓電場能夠進(jìn)一步強(qiáng)化蒸發(fā)過程，被蒸發(fā)的液體進(jìn)入氣液分離器進(jìn)行氣液分離，二次蒸汽和被濃縮的液體均可以進(jìn)一步利用。本發(fā)明利用高壓電場強(qiáng)化蒸發(fā)的效應(yīng)，在降膜蒸發(fā)器內(nèi)布置電極形成高壓電場，可以提高蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)，減小蒸發(fā)器的換熱面積，節(jié)省管材，降低能耗。
【專利說明】一種電場強(qiáng)化管式降膜蒸發(fā)裝置及其方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電場強(qiáng)化管式降膜蒸發(fā)裝置及其方法，屬于蒸發(fā)器的【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]蒸發(fā)就是用加熱的方法，將含有不揮發(fā)性溶質(zhì)的溶液加熱至沸騰狀況，使部分溶劑汽化并被移除，從而提高溶劑中溶質(zhì)濃度的單元操作。工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用蒸發(fā)操作有以下幾種場合:1.濃縮稀溶液直接制取產(chǎn)品或?qū)馊芤涸偬幚?如冷卻結(jié)晶)制取固體產(chǎn)品，例如電解燒堿液的濃縮，食糖水溶液的濃縮及各種果汁的濃縮等；2.同時(shí)濃縮溶液和回收溶齊U，例如有機(jī)磷農(nóng)藥苯溶液的濃縮脫苯，中藥生產(chǎn)中酒精浸出液的蒸發(fā)等；3.為了獲得純凈的溶劑，例如海水淡化等。形式上主要有滿液式蒸發(fā)器、干式蒸發(fā)器及降膜式蒸發(fā)器三種。降膜蒸發(fā)器是一種常用的蒸發(fā)設(shè)備，具有溫差小、滯留時(shí)間短、工作壽命長、結(jié)構(gòu)緊湊、效數(shù)不受限制等優(yōu)點(diǎn)，己廣泛地應(yīng)用于冶金、食品加工、海水淡化、化工、輕工、醫(yī)藥、污水處理等行業(yè)。
[0003]隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人類已面臨著日益嚴(yán)重的全球氣候變暖和能源枯竭的威脅。為了提高我國能源利用的效率，實(shí)現(xiàn)我國的可持續(xù)發(fā)展，國家提出“節(jié)能減排”政策，并大力實(shí)施。因此，如果將降膜蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)進(jìn)一步提高，將有效的節(jié)約蒸發(fā)過程所需要的能量，達(dá)到節(jié)能的目的。
[0004]日本學(xué)者淺川在1976年實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)電場能夠強(qiáng)化水分蒸發(fā)并且基本不耗能，被稱為淺川效應(yīng)。理論分析認(rèn)為，電場強(qiáng)化沸騰換熱可以從兩方面來解釋:一方面就是介電電泳力對汽泡的作用；另一方面就是汽液界面上的電荷與換熱面上電荷的拉伸作用。就促進(jìn)蒸發(fā)的效果而言，直流電場優(yōu)于交流電場，線電極優(yōu)于板電極。由于電場強(qiáng)化傳熱所需的電能耗相對于傳熱量很小，基本可以忽略，能夠有效的節(jié)能，因此具有很大的發(fā)展前景。
[0005]利用電場促進(jìn)蒸發(fā)并且基本不耗能這一特點(diǎn)，將傳統(tǒng)的管式降膜蒸發(fā)器內(nèi)布置電極，形成一種電場強(qiáng)化降膜式蒸發(fā)裝置，能夠提高蒸發(fā)器的換熱系數(shù)，減少蒸發(fā)器的換熱面積，節(jié)省管材，降低能耗。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有蒸發(fā)器傳系數(shù)不高，體積過大的不足，將高壓電場能夠強(qiáng)化蒸發(fā)過程這一現(xiàn)象應(yīng)用于傳統(tǒng)的管式降膜蒸發(fā)器，提供一種傳熱系數(shù)高、體積小、能耗低的電場強(qiáng)化降膜式蒸發(fā)裝置及其方法。
[0007]電場強(qiáng)化管式降膜蒸發(fā)裝置包括上熱絕緣基座、上電極板、電極線、布液器、蒸發(fā)器殼體、蒸汽進(jìn)口、冷卻水出口、不銹鋼管、液體出口、下絕緣基座、下電極板、高壓電源、絕緣子、緊固圈、導(dǎo)電桿、液體入口、兩相出口、聚四氟乙烯螺旋殼體、絕緣底座、支撐桿、氣液分離器、上管板、下管板、布液板、布液孔、接液板、銷釘孔、絕緣支撐體；
蒸發(fā)器殼體從上到下順次設(shè)有上絕緣基座、上電極板、布液器、上管板、不銹鋼管、下管板、下絕緣基座、下電極板，上電極板和下電極板分別內(nèi)嵌于上絕緣基座和下絕緣基座； 蒸發(fā)器殼體頂部設(shè)有絕緣底座，絕緣底座上端通過緊固圈與聚四氟乙烯螺旋殼體相連，聚四氟乙烯螺旋殼體上端設(shè)有絕緣子，高壓電源通過絕緣子、導(dǎo)電桿與上電極板相連，上電極板通過多根電極線，穿過布液器、上管板、不銹鋼管、下管板與下電極板相連；
蒸發(fā)器殼體上部側(cè)壁設(shè)有液體入口，蒸發(fā)器殼體中部側(cè)壁設(shè)有蒸汽進(jìn)口、冷卻水出口，蒸發(fā)器殼體下部側(cè)壁設(shè)有兩相出口、液體出口，兩相出口與氣液分離器相連；
布液器包括布液板、布液孔和接液板，接液板位于布液板的正上方，接液板的面積小于布液板，布液板上均勻設(shè)有若干布液孔，布液孔的位置與不銹鋼管的位置交錯(cuò)布置，接液板和布液板上的電極線穿孔均內(nèi)嵌有絕緣材料；
電極線通過絕緣支撐體固定在不銹鋼管內(nèi)。
[0008]所述的絕緣支撐體包括外絕緣圈、絕緣支撐桿和內(nèi)絕緣圈，內(nèi)絕緣圈通過絕緣支撐桿與外絕緣圈相連，絕緣支撐桿上設(shè)有漏液槽，內(nèi)絕緣圈上設(shè)有漏液孔。
[0009]所述的高壓電源為直流電源，電壓最大值為30kV。
[0010]電場強(qiáng)化管式降膜蒸發(fā)方法為:液體經(jīng)過液體入口、布液器布液后被均勻分配到不銹鋼管之中，形成降膜流動，同時(shí)蒸汽經(jīng)過蒸汽入口進(jìn)入蒸發(fā)器殼程，蒸汽在不銹鋼管外發(fā)生冷凝，釋放出潛熱，熱量通過不銹鋼管傳遞到管內(nèi)的液體降膜上，在此過程中，高壓電源通過上電極板和下電極板將高電壓施加在電極線上，不銹鋼管通過上管板和下管板接地，從而在電極線和不銹鋼管之間形成高壓電場，管內(nèi)的液體降膜吸收蒸汽冷凝釋放的潛熱發(fā)生蒸發(fā)，電極線和不銹鋼管之間的高壓電場進(jìn)一步促進(jìn)了液膜的蒸發(fā)過程。蒸汽冷凝后變成冷卻水，從冷卻水出口排出蒸發(fā)器外。被蒸發(fā)的液體降膜沿著不銹鋼管下落，經(jīng)過兩相出口進(jìn)入到氣液分離器中，在氣液分離器中發(fā)生氣液分離，二次蒸汽和濃縮液分別從氣液分離器的上下出口離開，被進(jìn)一步收集利用。部分濃縮液未進(jìn)入氣液分離器，而是直接落入蒸發(fā)器的下部空間，并從液體出口排出蒸發(fā)器。
[0011]所述的布液器布液的方法為:液體經(jīng)過液體入口進(jìn)入蒸發(fā)器，落到接液板上，接液板起緩沖作用，液體從接液板的外邊緣落下到布液板上，經(jīng)過布液板上的布液孔下落到上管板上，不銹鋼管與上管板連接處設(shè)有導(dǎo)向截面，液體通過導(dǎo)向界面進(jìn)入不銹鋼管內(nèi)形成降膜流動。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、本發(fā)明利用電場強(qiáng)化蒸發(fā)這一效應(yīng)，在傳統(tǒng)的降膜蒸發(fā)器內(nèi)設(shè)置了電極線，能夠提高蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)、減小蒸發(fā)器的體積、節(jié)省管材、降低能耗。
[0012]2、本發(fā)明供電裝置和電極線、電極板等帶電體均設(shè)置了絕緣裝置，將其與蒸發(fā)器殼體隔離開來，保證了設(shè)備使用的安全。
[0013]3、本發(fā)明方便在原來的降膜蒸發(fā)器基礎(chǔ)上直接改進(jìn)，降低了生產(chǎn)改造成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是電場強(qiáng)化管式降膜蒸發(fā)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的布液裝置局部放大圖；
圖3是本發(fā)明的布液裝置俯視圖；
圖4是本發(fā)明的上電極板及上絕緣裝置仰視圖；
圖5是本發(fā)明的電極線與不銹鋼管相對位置圖； 圖6是本發(fā)明的絕緣支撐體局部放大俯視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]如圖1、2、3、4、5、6所示，電場強(qiáng)化管式降膜蒸發(fā)裝置包括上絕緣基座1、上電極板
2、電極線3、布液器4、蒸發(fā)器殼體5、蒸汽進(jìn)口 6A、冷卻水出口 6B、不銹鋼管7、液體出口 8、下絕緣基座9、下電極板1、高壓電源11、絕緣子12、緊固圈13、導(dǎo)電桿14、液體入口 15A、兩相出口 15B、聚四氟乙烯螺旋殼體16、絕緣底座17、支撐桿18、氣液分離器19、上管板20A、下管板20B、布液板21、布液孔22、接液板23、銷釘孔24、絕緣支撐體25 ；
蒸發(fā)器殼體5從上到下順次設(shè)有上絕緣基座1、上電極板2、布液器4、上管板20A、不銹鋼管7、下管板20B、下絕緣基座9、下電極板10，上電極板2和下電極板10分別內(nèi)嵌于上絕緣基座I和下絕緣基座9 ；
蒸發(fā)器殼體頂部設(shè)有絕緣底座17，絕緣底座上端通過緊固圈13與聚四氟乙烯螺旋殼體16相連，聚四氟乙烯螺旋殼體上端設(shè)有絕緣子12，高壓電源11通過絕緣子、導(dǎo)電桿14與上電極板2相連，上電極板通過多根電極線3，穿過布液器4、上管板20A、不銹鋼管7、下管板20B與下電極板10相連；
蒸發(fā)器殼體上部側(cè)壁設(shè)有液體入口 15A,蒸發(fā)器殼體中部側(cè)壁設(shè)有蒸汽進(jìn)口 6A、冷卻水出口 6B，蒸發(fā)器殼體下部側(cè)壁設(shè)有兩相出口 15B、液體出口 8，兩相出口與氣液分離器19相連；
布液器4包括布液板21、布液孔22和接液板23，接液板23位于布液板21的正上方，接液板23的面積小于布液板21，布液板21上均勻設(shè)有若干布液孔22，布液孔22的位置與不銹鋼管7的位置交錯(cuò)布置,接液板23和布液板21上的電極線穿孔均內(nèi)嵌有絕緣材料；電極線3通過絕緣支撐體25固定在不銹鋼管7內(nèi)。
[0016]所述的絕緣支撐體25包括外絕緣圈26、絕緣支撐桿28和內(nèi)絕緣圈29,內(nèi)絕緣圈通過絕緣支撐桿與外絕緣圈相連，絕緣支撐桿28上設(shè)有漏液槽27，內(nèi)絕緣圈上設(shè)有漏液孔30。
[0017]所述的高壓電源11為直流電源，電壓最大值為30kV。
[0018]所述的電場強(qiáng)化管式降膜蒸發(fā)方法為:液體經(jīng)過液體入口 15A、布液器4布液后被均勻分配到不銹鋼管7之中，形成降膜流動，同時(shí)蒸汽經(jīng)過蒸汽入口 6A進(jìn)入蒸發(fā)器殼程，蒸汽在不銹鋼管7外發(fā)生冷凝，釋放出潛熱，熱量通過不銹鋼管7傳遞到管內(nèi)的液體降膜上，在此過程中，高壓電源11通過上電極板2和下電極板10將高電壓施加在電極線3上，不銹鋼管7通過上管板20A和下管板20B接地，從而在電極線3和不銹鋼管7之間形成高壓電場，管內(nèi)的液體降膜吸收蒸汽冷凝釋放的潛熱發(fā)生蒸發(fā)，電極線3和不銹鋼管7之間的高壓電場進(jìn)一步促進(jìn)了液膜的蒸發(fā)過程。蒸汽冷凝后變成冷卻水，從冷卻水出口 6B排出蒸發(fā)器夕卜。被蒸發(fā)的液體降膜沿著不銹鋼管7下落，經(jīng)過兩相出口 15B進(jìn)入到氣液分離器19中，在氣液分離器19中發(fā)生氣液分離，二次蒸汽和濃縮液分別從氣液分離器19的上下出口離開，被進(jìn)一步收集利用。部分濃縮液未進(jìn)入氣液分離器19，而是直接落入蒸發(fā)器的下部空間，并從液體出口 8排出蒸發(fā)器。
[0019]所述的布液器4布液的方法為:液體經(jīng)過液體入口 15A進(jìn)入蒸發(fā)器，落到接液板23上,接液板23起緩沖作用，液體從接液板23的外邊緣落下到布液板21上，經(jīng)過布液板上21的布液孔22下落到上管板20A上，不銹鋼管7與上管板20A連接處設(shè)有導(dǎo)向截面，液體通過導(dǎo)向界面進(jìn)入不銹鋼管7內(nèi)形成降膜流動。
[0020]以下結(jié)合具體實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行闡述，但不會以任何方式限制本發(fā)明。
[0021]本實(shí)例中高壓電源電壓為15_20kv，不銹鋼管內(nèi)徑為30mm，按【具體實(shí)施方式】里的裝置和方法，取得效果為單位時(shí)間內(nèi)的蒸發(fā)量是未施加電場的蒸發(fā)裝置的2.5-3.2倍，電場能耗僅為傳熱量的0.1%左右。
【權(quán)利要求】
1.一種電場強(qiáng)化管式降膜蒸發(fā)裝置，其特征在于包括上絕緣基座(I)、上電極板(2)、電極線(3)、布液器(4)、蒸發(fā)器殼體(5)、蒸汽進(jìn)口(6A)、冷卻水出口(6B)、不銹鋼管(7)、液體出口(8)、下絕緣基座(9)、下電極板(10)、高壓電源(11)、絕緣子(12)、緊固圈(13)、導(dǎo)電桿(14)、液體入口(15A)、兩相出口(15B)、聚四氟乙烯螺旋殼體(16)、絕緣底座(17)、支撐桿(18)、氣液分離器(19)、上管板(20A)、下管板(20B)、布液板(21)、布液孔(22)、接液板(23 )、銷釘孔(24 )、絕緣支撐體(25 ); 蒸發(fā)器殼體(5)從上到下順次設(shè)有上絕緣基座(I)、上電極板(2)、布液器(4)、上管板(20A)、不銹鋼管(7)、下管板(20B)、下絕緣基座(9)、下電極板(10)，上電極板(2)和下電極板(10)分別內(nèi)嵌于上絕緣基座(I)和下絕緣基座(9)； 蒸發(fā)器殼體頂部設(shè)有絕緣底座(17)，絕緣底座上端通過緊固圈(13)與聚四氟乙烯螺旋殼體(16)相連，聚四氟乙烯螺旋殼體上端設(shè)有絕緣子(12)，高壓電源(11)通過絕緣子、導(dǎo)電桿(14)與上電極板(2)相連，上電極板通過多根電極線(3)，穿過布液器(4)、上管板(20A)、不銹鋼管(7)、下管板(20B)與下電極板(10)相連； 蒸發(fā)器殼體上部側(cè)壁設(shè)有液體入口(15A)，蒸發(fā)器殼體中部側(cè)壁設(shè)有蒸汽進(jìn)口(6A)、冷卻水出口(6B)，蒸發(fā)器殼體下部側(cè)壁設(shè)有兩相出口( 15B)、液體出口(8)，兩相出口與氣液分離器(19)相連； 布液器(4 )包括布液板(21)、布液孔(22 )和接液板(23 )，接液板(23 )位于布液板(21)的正上方，接液板(23 )的面積小于布液板(21),布液板(21)上均勻設(shè)有若干布液孔(22 ),布液孔(22)的位置與不銹鋼管(7)的位置交錯(cuò)布置，接液板(23)和布液板(21)上的電極線穿孔均內(nèi)嵌有絕緣材料； 電極線(3)通過絕緣支撐體(25)固定在不銹鋼管(7)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電場強(qiáng)化管式降膜蒸發(fā)裝置，其特征在于，所述的絕緣支撐體(25)包括外絕緣圈(26)、絕緣支撐桿(28)和內(nèi)絕緣圈(29),內(nèi)絕緣圈通過絕緣支撐桿與外絕緣圈相連，絕緣支撐桿(28)上設(shè)有漏液槽(27)，內(nèi)絕緣圈上設(shè)有漏液孔(30)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電場強(qiáng)化管式降膜蒸發(fā)裝置，其特征在于，所述的高壓電源(11)為直流電源，電壓最大值為30kv。
4.一種使用如權(quán)利要求1所述裝置的電場強(qiáng)化管式降膜蒸發(fā)方法，其特征在于，液體經(jīng)過液體入口(15A)、布液器(4)布液后被均勻分配到不銹鋼管(7)之中，形成降膜流動，同時(shí)蒸汽經(jīng)過蒸汽入口(6A)進(jìn)入蒸發(fā)器殼程，蒸汽在不銹鋼管(7)外發(fā)生冷凝，釋放出潛熱，熱量通過不銹鋼管(7)傳遞到管內(nèi)的液體降膜上，在此過程中，高壓電源(11)通過上電極板(2)和下電極板(10)將高電壓施加在電極線(3)上，不銹鋼管(7)通過上管板(20A)和下管板(20B)接地，從而在電極線(3)和不銹鋼管(7)之間形成高壓電場，管內(nèi)的液體降膜吸收蒸汽冷凝釋放的潛熱發(fā)生蒸發(fā)，電極線(3)和不銹鋼管(7)之間的高壓電場進(jìn)一步促進(jìn)了液膜的蒸發(fā)過程，蒸汽冷凝后變成冷卻水，從冷卻水出口(6B)排出蒸發(fā)器外，被蒸發(fā)的液體降膜沿著不銹鋼管(7)下落，經(jīng)過兩相出口(15B)進(jìn)入到氣液分離器(19)中，在氣液分離器(19)中發(fā)生氣液分離，二次蒸汽和濃縮液分別從氣液分離器(19)的上下出口離開，被進(jìn)一步收集利用，部分濃縮液未進(jìn)入氣液分離器(19)，而是直接落入蒸發(fā)器的下部空間，并從液體出口(8)排出蒸發(fā)器。
5.如權(quán)利要求4所述的一種電場強(qiáng)化管式降膜蒸發(fā)方法，其特征在于，所述的布液器(4)布液的方法為:液體經(jīng)過液體入口(15A)進(jìn)入蒸發(fā)器，落到接液板(23)上，接液板(23)起緩沖作用，液體從接液板(23)的外邊緣落下到布液板(21)上，經(jīng)過布液板上(21)的布液孔(22)下落到上管板(20A)上，不銹鋼管(7)與上管板(20A)連接處設(shè)有導(dǎo)向截面，液體通過導(dǎo)向界面進(jìn)入不銹鋼管(7)內(nèi)形成降膜流動。
【文檔編號】B01D1/06GK104436719SQ201410721363
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日
【發(fā)明者】駱仲泱, 肖剛, 倪明江, 岑可法, 方夢祥, 李明春 申請人:浙江大學(xué)