大型管外降膜蒸发器多层淋降式分布器的设计

第1期 33

大型管外降膜蒸发器多层淋降式分布器的设计

郭雪华喻健良

(大连理工大学,大连116012)

摘要本文针对管外降膜蒸发的特点,考虑工业化生产的实际需要,提出了一种切实可行的大型竖直降膜蒸发器布液装置的结构方案,并对关键的结构参数进行了分析,提出了设计、计算依据。

关键词管外降膜蒸发器分布器分配环

结晶设备的合理选型是以装置的正确评价为基础的。评价结晶装置的性能优劣,涉及到进料组成,产品纯度及操作周期及单台产量等因素。一般采用晶体纯度,分离程度和时空效率来衡量,笔者认为影响时空效率的主导因素是单位体积的换热面积。

能用于P-NCB结晶的连续操作设备为复合式悬浮结晶塔(器)。如澳大利亚联合碳化公司的Brodie 结晶器,日本的KCP结晶器和TSK-CCCC结晶器,美国的Phillips结晶塔等,其共同点在于利用晶体与母液的逆流接触,进行多级的传热传质,适合大规模生产,其不足在于装置内有运动部件,结构复杂,放大难度高。在国内尚待开发应用。

参考文献

1王化淳等, 化工学报,1998,49(4),495~499

2史世庄, 化学工程,1994,22(2),52~58

3陈德彬, 湖南化工,1996,26(1),43~48

1前言

降膜蒸发设备具有物料停留时间短、滞料量小、压降小、传热系数大等优点,因此被广泛应用于化工、医药、食品、海水淡化等工业生产中。要使料液能均匀地在管外成膜,必须要采用布液装置!!!分布器。分布器结构之优劣对于成膜效果、液膜稳定性、降液密度的控制都有直接影响,从而直接关系到蒸发器的生产能力。国内外对降膜蒸发器的布液装置进行了长期的研究与实践[1~3],但对管外降膜的大型蒸发器的布液器则涉及较少。

2分布器的结构形式

管外降膜的多层淋降板式分布器结构如图1所示,分布的关键部件是上、下分布板。加热介质从蒸发器下端进入,沿换热管上升,最后在上管板上方汇聚后排走。加热管一般采用三角形排列。换热管贯穿上、下分布板和管板。待蒸发的液体从蒸发器的侧部

(或顶部)进入到上分布板的上方,形成一定液位。上分布板上开有若干降液筛孔。筛孔上段为倒锥形,下半段为直孔[4]。筛孔优先开在每四根换热管组成的1热流体出口管2封头3上管板4定距管

5进料管6上分布板7下分布板

8二次蒸汽出口管9分配环

10筒体11换热管图1管外降膜蒸发器的布液装置

34 化工设备与管道2000年第37卷

菱形的中心处,也可开在每两根换热管连线段的中

心处。待蒸发的液体经过筛孔降淋到下分布板上。下

分布板上装有分配环,分配环的内孔有换热管穿

过。内孔直么d2大于换热管的外径d0,形成环隙。料

液通过环隙在换热管外壁形成均匀的液膜,实现降

膜蒸发。蒸发产生的二次蒸汽由二次蒸汽出口管在

蒸发器的侧部(或顶部)引出。上管板用来固定换热

管,上、下分布板用拉杆、定距管、定位螺栓和管板连

接起来。分配环的内孔壁上最好开有螺旋形沟槽。液

体通过沟槽时,流向变为螺旋形,有助于液膜的稳定

均匀,传热效果也有所提高,但流动阻力较大。

3关键结构参数分析

3.1筛孔通径

筛孔通径d1与总液流量Q、筛孔数目n∀、液位

高度等有关系。

总液流量Q值与蒸发器的任务量有关,设计分

布器前,Q应是给定的。关系式Q=n∀

4

d21 u。

其中:

u!!!筛孔出口端液流速度。

u的大小与分布板上的液位高度H有关。假定筛孔内料液流动的局部阻力是0.5倍的流体功能,沿程阻力不计。根据柏努利方程得到关系式:

H=0.75 u2

g

(1)

按经验,一般取u=0.5~ 1.8m/s,H=20~250 mm,筛孔直径2~4mm。筛孔数目越多,液流越细,液体分布越均匀。但筛孔过细易被脏物堵塞。

3.2分配环结构参数

液体在环隙内的流动情况受液体物性和环隙结构尺寸的双重影响。事实表明:

当换热管外径d0确定后,分配环的内径d2与高度B均会影响液膜流量。其中d2的影响更为显著。若分配环的内孔为光孔,可以认为料液在环隙内的流动为层流状态。利用哈根-泊谡叶公式和柏努利方程,可得到关系式[5]:

H=0.75u2

+

32B u

g d2e

(2)

其中:

H!液面至分配环出口的距离,m;

u!环隙内液体的流速,m/s;

B!分配环的高度,m;

d e!环隙的当量直径,m;

!液体粘度,Pa s; !液体密度,kg/ ;

d e=

4A

d2+d0d2为分配环内孔直径,

A为环隙面积,A=

4d

2

2-d

2

0;

另有:u=

Q

n0 A

(3)

n0!!!换热管的总根数。

若分配环的内径上开有螺旋沟槽,环隙内的液流状态应为湍流。文[5]的实验表明,式(3)亦适用湍流状态。我们认为,料液进入环隙的阻力,约增加30%。许多文献表明,B通常可取20~100mm。

4制造与安装的要求

分布器的制造与安装的质量对布液效果也有较大影响。上管板、分布板要具有良好的平面度和刚性。上管板和上、下分布板上的换热管通过孔应叠放在一起配钻,以保证每根换热管通过的三孔同心。上分布板上的通孔与换热管外圆面应保持尽量小的间隙配合。分配环的外圆面和下分布板的内孔面应保持过渡配合。分配环内圆面应保证圆度,以防止偏流。安装时,上管板要水平,管板与上、下分布板间的距离及水平度靠定距管和定位螺栓来调节和保证。5小结

该管外竖直降膜蒸发器的布液装置,结构简单、性能可靠、加工方便,适用于大型的蒸发器。

参考文献

1史晓平等,竖直降膜蒸发器的布料装置, 化学工程,1990(4): 14~18

2赵景利等,竖直管降膜蒸发器多层筛板液体分布装置的研究, 化工机械,1995(3):125~127

3!∀#∃%&∋()&∗+.,−./∀)0%1)−#−0∋(/2∃%&.1%3(#&),−./∀)0%13−.#13)∃/4%&.1%(#&5)%∋.1985

4化工工程手册,(2),9-50~9-51

5杨恩旗等,液体管外降膜的研究与应用, 化学工程,1996(5): 33~36