一种电场强化板式降膜蒸发装置及其方法
【专利摘要】本发明公开一种电场强化板式降膜蒸发装置及其方法。装置主要由高压电源、电极线、绝缘装置、不锈钢板片、绝缘密封垫片、绝缘支撑隔板和壳体组成。本发明中板式蒸发器相邻不锈钢板片分别通过电极线接高压电源和接地，从而形成高压电场，液体通过小孔布液在蒸发侧形成降膜流动，蒸汽由板间的侧边进入板式蒸发器的冷凝侧冷凝释放潜热加热蒸发侧的液体，同时不锈钢板片间的高压电场能够进一步强化蒸发过程，被蒸发的液体在气液分离空间内发生气液分离，二次蒸汽和被浓缩的液体均可以进一步利用。本发明利用高压电场强化蒸发的效应，通过电极线的合理布置在板式降膜蒸发器的板片间形成高压电场，能提高传热系数，减小换热面积，节省板材，降低能耗。
【专利说明】一种电场强化板式降膜蒸发装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电场强化板式降膜蒸发装置及其方法，属于蒸发器的【技术领域】。
【背景技术】
[0002]蒸发就是用加热的方法，将含有不挥发性溶质的溶液加热至沸腾状况，使部分溶剂汽化并被移除，从而提高溶剂中溶质浓度的单元操作。工业生产中应用蒸发操作有以下几种场合:1.浓缩稀溶液直接制取产品或将浓溶液再处理(如冷却结晶)制取固体产品，例如电解烧碱液的浓缩，食糖水溶液的浓缩及各种果汁的浓缩等；2.同时浓缩溶液和回收溶齐U，例如有机磷农药苯溶液的浓缩脱苯，中药生产中酒精浸出液的蒸发等；3.为了获得纯净的溶剂，例如海水淡化等。形式上主要有满液式蒸发器、干式蒸发器及降膜式蒸发器三种。降膜蒸发器是一种常用的蒸发设备，具有温差小、滞留时间短、工作寿命长、结构紧凑、效数不受限制等优点，己广泛地应用于冶金、食品加工、海水淡化、化工、轻工、医药、污水处理等行业。
[0003]随着世界经济的飞速发展，人类已面临着日益严重的全球气候变暖和能源枯竭的威胁。为了提高我国能源利用的效率，实现我国的可持续发展，国家提出“节能减排”政策，并大力实施。因此，如果将降膜蒸发器的传热系数进一步提高，将有效的节约蒸发过程所需要的能量，达到节能的目的。
[0004]日本学者浅川在1976年实验中发现电场能够强化水分蒸发并且基本不耗能，被称为浅川效应。理论分析认为，电场强化沸腾换热可以从两方面来解释:一方面就是介电电泳力对汽泡的作用；另一方面就是汽液界面上的电荷与换热面上电荷的拉伸作用。就促进蒸发的效果而言，直流电场优于交流电场，线电极优于板电极。由于电场强化传热所需的电能耗相对于传热量很小，基本可以忽略，能够有效的节能，因此具有很大的发展前景。
[0005]利用电场促进蒸发并且基本不耗能这一特点，将传统的板式降膜蒸发器内布置电极，形成一种电场强化板式降膜蒸发装置，能够提高蒸发器的换热系数，减少蒸发器的换热面积，节省板材，降低能耗。
【发明内容】
[0006]本发明目的在于克服现有蒸发器传热系数不高，体积过大的不足，将高压电场能够强化蒸发过程这一现象应用于传统的板式降膜蒸发器，提供一种传热系数高、体积小、能耗低的电场强化板式降膜蒸发装置及其方法。
[0007]电场强化板式降膜蒸发装置包括壳体、液体进口、绝缘支撑隔板、板式降膜换热器、冷凝水出口、气液分离空间、浓缩液出口、二次蒸汽出口、不锈钢板片、进口蒸汽空间、挡板、蒸汽入口、高压电极线、接地电极线、绝缘底座、聚四氟乙烯螺旋壳体、高压电源、绝缘子、紧固圈、导电杆、上凸绝缘密封垫片、绝缘密封圈、进液孔绝缘密封垫片、下凸绝缘密封垫片、冷凝室、蒸发室；
壳体内设有板式降膜换热器，绝缘支撑隔板固定在壳体上，并围绕板式降膜换热器将其分隔成进口蒸汽空间、气液分离空间上、下两部分；
壳体上、下部侧壁设有液体进口、冷凝水出口以及蒸汽入口、二次蒸汽出口，液体进口、冷凝水出口与板式降膜换热器相连；壳体顶部设有绝缘底座，绝缘底座上端通过紧固圈与聚四氟乙烯螺旋壳体相连，聚四氟乙烯螺旋壳体上端设有绝缘子，高压电源通过绝缘子、导电杆、高压电极线与不锈钢板片相连，壳体底部设有浓缩液出口，壳体通过接地电极线接地；
在两不锈钢板片之间上部设有进液孔绝缘密封垫片，下部设有下凸绝缘密封垫片组成冷凝单元，在两不锈钢板片之间上部设有上凸绝缘密封垫片，下部设有两绝缘密封圈组成蒸发单元，下凸绝缘密封垫片的上端的位置、上凸绝缘密封垫片的下端的位置与绝缘支撑隔板的中间位置持平，板式降膜换热器由两侧的挡板以及冷凝单元、蒸发单元间隔重复叠加而成，其中，相邻的冷凝单元和蒸发单元共用一块不锈钢板片。
[0008]所述的不锈钢板片上设有条形进液口、K个布液小孔和两个冷凝水出口，布液小孔位于条形进液口的下方，直径2-4mm，K的取值范围是6_12 ；
所述的高压电源为直流电源，能够提供的电压最大值为30kV ；
所述的不锈钢板片每奇数片通过高压电极线与高压电源相连，每偶数片通过接地电极线接地；
电场强化板式降膜蒸发方法为:板式降膜换热器中相邻的不锈钢板片分别通过高压电极线与接地电极线接高压电源和接地，从而在不锈钢板片之间形成高压电场，液体从液体进口进入板式降膜换热器，经由布液小孔布液在蒸发室内形成降膜流动，同时蒸汽经过蒸汽入口进入进口蒸汽空间，而后从相邻的两块不锈钢板片、进液孔绝缘密封垫片以及绝缘支撑隔板形成的侧边开口进入冷凝室冷凝释放出潜热，热量通过不锈钢板片传递到蒸发室的液体降膜上，蒸发室内的液体降膜吸收蒸汽冷凝释放的潜热发生蒸发，同时不锈钢板片之间的高压电场进一步促进了液膜的蒸发过程，蒸汽冷凝后变成冷却水，从冷却水出口排出蒸发器外，被蒸发的液体从相邻的两块不锈钢板片、绝缘支撑隔板和两个绝缘密封圈形成的侧边和下部开口离开蒸发室进入气液分离空间，在气液分离空间中发生气液分离，二次蒸汽和浓缩液分别从二次蒸汽出口和浓缩液出口离开壳体，被进一步收集利用。
[0009]所述的布液小孔的布液方法为:液体从液体进口进入板式降膜换热器的条形进液口，在蒸发室一侧，上绝缘密封垫片将条形进液口围绕，使得液体无法直接下落，在冷凝室一侧由于进液孔绝缘密封垫片形成的空间大于条形进液口的空间，液体通过不锈钢板片上的布液小孔溢流入蒸发室，从而在不锈钢钢板片上形成降膜流动。
[0010]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
1、本发明利用电场强化蒸发这一效应，通过合理的布置，在板式降膜蒸发器的板片之间形成高压电场，能够提高蒸发器的传热系数、减小蒸发器的体积、节省板材、降低能耗。
[0011]2、本发明供电装置和电极线等带电体均设置了绝缘装置，并将壳体接地，保证了设备使用的安全。
[0012]3、本发明方便在原来的板式降膜蒸发器基础上直接改进，降低了生产改造成本。
[0013]4、本发明通过绝缘支撑隔板的设计使蒸汽从冷凝室侧边开口进入、二次蒸汽从蒸发室侧边开口离开，减少了板片开孔数量，增大了有效换热面积；布液小孔的设计使得保证了降膜的形成。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是电场强化板式降膜蒸发装置的结构示意图；
图2是图1的沿剖面线1-1的剖视图；
图3是图1的沿剖面线I1-1I的剖视图；
图4是图2、3的沿剖面线II1-1II的剖视图。
【具体实施方式】
[0015]如图1、2、3、4所示，电场强化板式降膜蒸发装置包括壳体1、液体进口 2、绝缘支撑隔板3、板式降膜换热器4、冷凝水出口 5、气液分离空间6、浓缩液出口 7、二次蒸汽出口 8、不锈钢板片9、进口蒸汽空间10、挡板11、蒸汽入口 12、高压电极线13A、接地电极线13B、绝缘底座14、聚四氟乙烯螺旋壳体15、高压电源16、绝缘子17、紧固圈18、导电杆19、上凸绝缘密封垫片21、绝缘密封圈22、进液孔绝缘密封垫片26、下凸绝缘密封垫片28、冷凝室29、蒸发室30 ；
壳体I内设有板式降膜换热器4，绝缘支撑隔板3固定在壳体I上，并围绕板式降膜换热器4将其分隔成进口蒸汽空间10、气液分离空间6上、下两部分；
壳体上、下部侧壁设有液体进口 2、冷凝水出口 5以及蒸汽入口 12、二次蒸汽出口 8，液体进口 2、冷凝水出口 5与板式降膜换热器4相连；壳体顶部设有绝缘底座14，绝缘底座上端通过紧固圈18与聚四氟乙烯螺旋壳体15相连，聚四氟乙烯螺旋壳体上端设有绝缘子17，高压电源16通过绝缘子、导电杆19、高压电极线13A与不锈钢板片9相连，壳体底部设有浓缩液出口 7，壳体通过接地电极线接地；
在两不锈钢板片之间上部设有进液孔绝缘密封垫片，下部设有下凸绝缘密封垫片组成冷凝单元，在两不锈钢板片之间上部设有上凸绝缘密封垫片，下部设有两绝缘密封圈组成蒸发单元，下凸绝缘密封垫片的上端的位置、上凸绝缘密封垫片的下端的位置与绝缘支撑隔板的中间位置持平，板式降膜换热器4由两侧的挡板11以及冷凝单元、蒸发单元间隔重复叠加而成，其中，相邻的冷凝单元和蒸发单元共用一块不锈钢板片。
[0016]所述的不锈钢板片9上设有条形进液口 20、K个布液小孔27和两个冷凝水出口23，布液小孔27位于条形进液口 20的下方，直径2-4_，K的取值范围是6_12 ；
所述的高压电源16为直流电源，能够提供的电压最大值为30kV ；
所述的不锈钢板片每奇数片通过高压电极线13A与高压电源16相连，每偶数片通过接地电极线13B接地；
所述的电场强化板式降膜蒸发方法为:板式降膜换热器4中相邻的不锈钢板片9分别通过高压电极线13A与接地电极线13B接高压电源16和接地，从而在不锈钢板片9之间形成高压电场，液体从液体进口 2进入板式降膜换热器4，经由布液小孔27布液在蒸发室30内形成降膜流动，同时蒸汽经过蒸汽入口 12进入进口蒸汽空间10，而后从相邻的两块不锈钢板片9、进液孔绝缘密封垫片26以及绝缘支撑隔板2形成的侧边开口进入冷凝室29冷凝释放出潜热，热量通过不锈钢板片9传递到蒸发室30的液体降膜上，蒸发室30内的液体降膜吸收蒸汽冷凝释放的潜热发生蒸发，同时不锈钢板片9之间的高压电场进一步促进了液膜的蒸发过程，蒸汽冷凝后变成冷却水，从冷却水出口排出蒸发器外，被蒸发的液体从相邻的两块不锈钢板片9、绝缘支撑隔板2和两个绝缘密封圈形成的侧边和下部开口离开蒸发室30进入气液分离空间6，在气液分离空间6中发生气液分离，二次蒸汽和浓缩液分别从二次蒸汽出口 8和浓缩液出口 7离开壳体I，被进一步收集利用。
[0017]所述的布液小孔的布液方法为:液体从液体进口 2进入板式降膜换热器4的条形进液口 20，在蒸发室30 —侧，上绝缘密封垫片21将条形进液口 20围绕，使得液体无法直接下落，在冷凝室29 —侧由于进液孔绝缘密封垫片26形成的空间大于条形进液口 20的空间，液体通过不锈钢板片9上的布液小孔27溢流入蒸发室30，从而在不锈钢钢板片9上形成降膜流动。
[0018]以下结合具体实例对本发明进行阐述，但不会以任何方式限制本发明。
[0019]本实例中高压电源电压为20_25kv，板间距为10mm，按【具体实施方式】里的装置和方法，取得效果为单位时间内的蒸发量是未施加电场的蒸发装置的2.8 -3.5倍，电场能耗仅为传热量的0.1%左右。
【权利要求】
1.一种电场强化板式降膜蒸发装置，其特征在于包括壳体〔0、液体进口(2^绝缘支撑隔板(3^板式降膜换热器“)、冷凝水出口(5^气液分离空间“)、浓缩液出口(了)、二次蒸汽出口(8).不锈钢板片(幻、进口蒸汽空间(川)、挡板〔10、蒸汽入口(口)、高压电极线(。…、接地电极线^^^^绝缘底座^^^聚四氟乙烯螺旋壳体^^^高压电源丨…^绝缘子(17^紧固圈(…)、导电杆(…)、上凸绝缘密封垫片〔20、绝缘密封圈(22^进液孔绝缘密封垫片(26 )、下凸绝缘密封垫片(28^冷凝室(29^^^^(30): 壳体(1)内设有板式降膜换热器(4),绝缘支撑隔板(3)固定在壳体(1)上，并围绕板式降膜换热器(4)将其分隔成进口蒸汽空间(川)、气液分离空间(6)上、下两部分； 壳体上、下部侧壁设有液体进口(2^冷凝水出口(5)以及蒸汽入口(12)、二次蒸汽出0(8),液体进口( 2 )、冷凝水出口( 5 )与板式降膜换热器(4 )相连； 壳体顶部设有绝缘底座(14),绝缘底座上端通过紧固圈(18)与聚四氟乙烯螺旋壳体(15)相连，聚四氟乙烯螺旋壳体上端设有绝缘子(17),高压电源(16)通过绝缘子、导电杆(19?、高压电极线(13八)与不锈钢板片(9)相连，壳体底部设有浓缩液出口(7),壳体通过接地电极线接地； 在两不锈钢板片之间上部设有进液孔绝缘密封垫片，下部设有下凸绝缘密封垫片组成冷凝单元，在两不锈钢板片之间上部设有上凸绝缘密封垫片，下部设有两绝缘密封圈组成蒸发单元，下凸绝缘密封垫片的上端的位置、上凸绝缘密封垫片的下端的位置与绝缘支撑隔板的中间位置持平，板式降膜换热器(4)由两侧的挡板(11)以及冷凝单元、蒸发单元间隔重复叠加而成，其中，相邻的冷凝单元和蒸发单元共用一块不锈钢板片。
2.根据权利要求1所述的一种电场强化板式降膜蒸发装置，其特征在于，所述的不锈钢板片(9)上设有条形进液口(20^ 1(个布液小孔(27)和两个冷凝水出口(23),布液小孔(27)位于条形进液口(20)的下方，直径2-?^ 1(的取值范围是6-12。
3.根据权利要求1所述的一种电场强化板式降膜蒸发装置，其特征在于，所述的高压电源(16)为直流电源，能够提供的电压最大值为30”。
4.根据权利要求1所述的一种电场强化板式降膜蒸发装置，其特征在于，所述的不锈钢板片每奇数片通过高压电极线(13八)与高压电源(16)相连，每偶数片通过接地电极线(138)接地。
5.一种使用如权利要求1所述装置的电场强化板式降膜蒸发方法，其特征在于，板式降膜换热器(4)中相邻的不锈钢板片(9)分别通过高压电极线(13八)与接地电极线(138)接高压电源(16)和接地，从而在不锈钢板片(9)之间形成高压电场，液体从液体进口(2)进入板式降膜换热器(4),经由布液小孔(27)布液在蒸发室(30)内形成降膜流动，同时蒸汽经过蒸汽入口( 12)进入进口蒸汽空间(10),而后从相邻的两块不锈钢板片(幻、进液孔绝缘密封垫片(26)以及绝缘支撑隔板(2)形成的侧边开口进入冷凝室(29)冷凝释放出潜热，热量通过不锈钢板片(9)传递到蒸发室(30)的液体降膜上，蒸发室(30)内的液体降膜吸收蒸汽冷凝释放的潜热发生蒸发，同时不锈钢板片(9)之间的高压电场进一步促进了液膜的蒸发过程，蒸汽冷凝后变成冷却水，从冷却水出口排出蒸发器外，被蒸发的液体从相邻的两块不锈钢板片(幻、绝缘支撑隔板(2)和两个绝缘密封圈形成的侧边和下部开口离开蒸发室(30 )进入气液分离空间(6),在气液分离空间(6 )中发生气液分离，二次蒸汽和浓缩液分别从二次蒸汽出口(8)和浓缩液出口(7)离开壳体(1),被进一步收集利用。
6.如权利要求5所述的一种电场强化板式降膜蒸发方法,其特征在于,所述的布液小孔(27)的布液方法为:液体从液体进口(2)进入板式降膜换热器(4)的条形进液口(20)，在蒸发室(30)—侧，上绝缘密封垫片(21)将条形进液口(20)围绕，使得液体无法直接下落，在冷凝室(29) —侧由于进液孔绝缘密封垫片(26)形成的空间大于条形进液口(20)的空间，液体通过不锈钢板片(9)上的布液小孔(27)溢流入蒸发室(30)，从而在不锈钢钢板片(9)上形成降膜流动。
【文档编号】B01D1/22GK104399265SQ201410721431
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月3日 优先权日:2014年12月3日
【发明者】骆仲泱, 李明春, 肖刚, 倪明江, 岑可法, 方梦祥 申请人:浙江大学