水平管降膜蒸发器综合传热系数
水平管降膜蒸发器综合传热系数
水平管降膜蒸发器综合传热系数水平管降膜蒸发器综合传热系数模型摘要：基于在水平管降膜蒸发器传热性能研究现状的基础上，以及热法高倍数蒸发浓缩油田废水的具体任务与要求，建立水平管降膜蒸发器传热系数与污垢热阻的模型，通过有关方程建立污垢热阻与蒸发浓缩时浓度变化的关联式。
依据各部分的关联式，经过详细推导，得到水平管降膜蒸发器综合传热系数关联式。
根据物理模型和关联式，讨论浓缩倍数和流量变化对水平管降膜蒸发器综合传热系数的影响。
结果表明：在蒸发浓缩油田废水时，浓缩倍数的提高降低了水平管降膜蒸发器的综合传热系数。
油田废水处理量的增加，在一定程度上强化了水平管降膜蒸发器的传热效率。
模拟计算得到水平管降膜蒸发器的综合传热系数在936~940W/(m2K)的范围内。
关键词：水平管降膜蒸发器；传热系数；污垢；浓缩倍数；油田废水0前言蒸发是指将含有非挥发性溶质和挥发性溶剂组成的溶液利用加热作用使溶液中一部分溶剂汽化与溶质分离、溶液被浓缩的过程[1]，常用的蒸发操作的设备有升膜蒸发器、降膜蒸发器和旋转刮膜式蒸发器3 类。
具有发展前景的是水平管降膜蒸发器，因此水平管降膜蒸发器传热性能研究的文献相对多些。
吴鸿等[2]研究了三效降膜管式蒸发器，建立蒸汽侧冷凝传热参数的数学模型，分析蒸汽压力、温差等因素对传热性能的影响。
本文针对油田废水蒸发浓缩的实例，建立水平管降膜蒸发器综合传热系数关联式，并考察一些因素对综合传热系数的影响程度。
1 管式降膜蒸发器的结构及工作原理管式降膜蒸发器结构简单，由加热蒸发室、分配盘、汽液分离室、除雾器、循环管等部分构成。
管式降膜蒸发器加热蒸发室是由壳体、上管板、隔板、下管板和加热管等构成。
壳体是根据工作压力按压力容器或常压容器设计，并考虑到在真空状态下受外压时的稳定性合理设置加强结构。
壳体、加热管和管板的材质可根据介质性质或用户使用要求，选用碳钢或不锈钢材质。
加热蒸发室的中心为内置循环管，其余部分为均匀分布的加热管。
水平管降膜蒸发传热的实验研究进展
水平管降膜蒸发传热的实验研究进展路慧霞*马晓建(郑州大学)摘 要 介绍了水平管降膜蒸发的原理、特点及管束间液膜的流动形态,总结水平管降膜蒸发在实验条件不同时对传热性能影响的研究情况,并提出了进一步研究的方向。
关键词 水平管降膜蒸发器 薄膜蒸发 传热中图分类号 TQ 051 6+2 文献标识码 A 文章编号 0254 6094(2008)02 0114 05蒸发是工业上常见的单元操作过程,提高蒸发器的传热和蒸发效率对于减少设备投资和节能降耗都有重要意义。
水平管降膜蒸发器是一种高效节能换热设备,与其他类型的蒸发器相比有明显的优势。
水平管降膜蒸发技术属薄膜蒸发,由于其传热壁面两侧均有相变产生,且蒸发侧的液膜波动,因而有高的传热系数和热流密度,低的传热温差,尤其低温传热性能优良,适用于低温余热的回收,这点已被国内外学者所证实[1]。
因此,水平管外喷淋式降膜蒸发器以其独特的优点已广泛应用在废液处理、产品浓缩以及副产品回收等过程。
水平管降膜蒸发器作为一种高效节能换热设备,影响其换热效果的因素很多,众多研究者对此进行了大量的研究工作,但由于气液界面存在的波动引起水平管降膜蒸发传热的复杂性,使研究的结果有所不同。
1 水平管降膜蒸发的原理水平管降膜蒸发是溶液在重力、离心力及界面剪力的作用下,由一个水平管向下滴落到与其串联的另一个水平管上,沿加热管外壁呈膜状向下流动,并依靠管内介质的加热而不断蒸发产生二次蒸汽的过程,并在加热管外形成气液两相共存的流动状态。
该过程属于溶液中的水分由液相向气相转移的热质传递,其热传递主要依赖导热和对流换热,质传递主要依赖分子扩散和对流扩散[2]。
2 水平管束间液膜的流动形态水平管束间液膜的流动形态如图1所示,主要有滴状流、柱状流和片状流3种主要流态,另有少量的滴 柱状流和柱 片状流两种过渡流态。
管间流动形式与料液的流率、管间距及料液的性质有关。
一般当料液流率相对较低时,液体以滴状形式下落;而在流率相对较高的情况下,液体则以柱状形式下落;当液体流率更高时,液体则会以片状形式下落[3]。
水平管束低压降膜蒸发换热特性研究
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ＯｌＨｅ ｔＴｒ ｎ ｆ ｒ Ｃｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔ ｓｏ ａ ｌ ｇ Ｆｉ ａ ｏ ａ ｉ ｎ ｏ ｒｚ ｎ ａ ｓａ ｃ ｉ ａ ａ ｓｅ ａ ａ ｔ ｒｓｉ ｆ Ｆ ｌ ｎ ｌ Ｅｖ ｐ ｒ ｔ ｎ Ｈｏ ｉｏ ｔ ｌ ｃ ｉ ｍ ｏ
、
２０３ ０ １ １）
２０ ９ ；．高克联管件 （ ００３２ 上海 ） 限公 司 ， 有 上海
要 ： 本文 主要对水 平管在较低压力 的降膜蒸发 进行 研究 ， 设计 了滴 淋降膜蒸发试验 台 ， 以去 离子水 为工质 ， 在不 同
的喷淋流量 、 温度和压力下 ， 对水平管束进 行降膜蒸发传热实验 。试验结果 表明 ， 在较低 过冷度下 ， 管外换 热 系数 和总传 热系数随着喷淋流量 的增大变化 不明显。当过冷度增加时 ， 管外换热系数和 总传 热系数变小 ， 随着 喷淋流量 的增大而 但 明显增大 。换 热系数随过冷度下 降而增加 ， 过冷度为零 时 ， 换热系数最大 。此外 ， 蒸发器水 流量 对换热几乎没有影 响。 关键 词 ： 降膜蒸发 ； 强化传热 ； 平管束 水
ｓ ｒ ｙ ｆ ｗ ｒ ｔ ａ ｂ ｉｕ ｆ ｃ ｎ ｔ ｅ ｈ ａ ｒ ｎ ｆ ｒｏ ｌ ｎ ｌ ｅ ａ ｏ ａ ｉｎ ｐ ａ ｏ ａ ｅ ｈ ｓ ｏ ｖｏ ｓｅｆ ｔ ｈ ｅ ｔ ａ ｓｅ ｆ ａｌ ｇ ｆ ｍ ｖ ｐ ｒ ｔ ．Ｆ ｏ ａｅ ｏ ｔｒｉ ｈ ｂ ｓ ｏ ｖ ｐ ｒ ｔｒａ — ｌ ｅ ｏ ｔ ｆ ｉ ｉ ｏ ｌｗ ｒ ｔ ｗａｅ ｎ ｔ ｅ ｔ ｅ ｆ ａ ｏ ａ ｏ ｆ ｕ ｅ ｌ
２１ ００年第 ３ 卷第 ２期 ８
水平管外降膜蒸发传热实验研究
第36卷第8期2015年8月太阳能学报ACTA ENERGIAE SOLARIS SINICAVol.36,No.8Aug.,2015收稿日期：2013-06-23基金项目：国家自然科学基金重点项目（51336001）通信作者：沈胜强（1961—），男，博士、教授，主要从事海水淡化、传热传质、节能与新能源等方面的研究。
zzbshen@.文章编号：0254-0096（2015）08-1996-06水平管外降膜蒸发传热实验研究陈学，刘晓华，沈胜强，牟兴森（大连理工大学，辽宁省海水淡化重点实验室，大连116024）摘要：以水为工质，对直径为19mm 的铝黄铜管外降膜蒸发传热过程进行实验研究。
实验通过测量管表面和饱和蒸气温度，计算得到平均和局部传热系数。
由实验数据分析喷淋密度、蒸发温度、热流密度、管间距等参数对管外平均传热系数的影响，并与直径25.4mm 铝黄铜管降膜蒸发传热系数进行比较，讨论局部传热系数随周向角度的变化。
结果表明，在实验范围内，管外平均传热系数随温度的升高而增大，随喷淋密度的增大先增大，后略微下降。
小管径管的降膜蒸发传热系数大于大管径管的传热系数。
关键词：海水淡化；水平管；多效蒸发；降膜蒸发；传热系数中图分类号：TK124文献标识码：A0引言水平管降膜蒸发技术作为一种高效的传热手段被广泛应用于海水淡化、化学工程、石油工业、制冷工业、食品加工等方面。
在水平管降膜蒸发中，气液容易迅速分离，传热温差小，因而比竖管降膜与浸没管蒸发具有更好的传热效果。
而且在作为热法海水淡化主要技术的多效蒸发（multi -effect distillation ，MED ）设备中，操作温度一般低于70℃，水平管降膜蒸发展现出良好的综合特性［1］。
在水平管降膜蒸发传热领域，针对不同的设备和工质，国内外学者做了很多研究工作，但结论不尽相同。
G.Ribatski 等［2］对2004年前的水平管降膜蒸发研究做了系统总结。
水平管外降膜蒸发流动和传热特性数值模拟
水平管外降膜蒸发流动和传热特性数值模拟蒋淳;陈振乾【摘要】建立三维模型并模拟了制冷剂R410A在水平管外的降膜流动和蒸发过程,探究了喷淋密度、热通量和布液孔偏离管轴心距离对降膜流动和传热的影响.结果表明:沿管周方向,液膜厚度和传热系数逐渐减小并趋于稳定,至管底处由于局部液体堆积,液膜增厚、传热系数降低;喷淋密度较小时,总传热系数随着热通量增加而降低,随着喷淋密度增加而显著提高;液膜Reynolds数达2000后,总传热系数随喷淋密度增加而缓慢提升并趋于平稳,此时热通量的增加会提升总传热系数;随着布液偏心距的增加,总传热系数先略微上升并趋于平稳,而后由于出现局部\"干涸\"和液膜堆积区域,总传热系数急剧下降;随喷淋密度的增加,总传热系数急剧下降的临界点会逐渐往大偏心距偏移.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2018(069)010【总页数】7页(P4224-4230)【关键词】水平管;降膜蒸发;流动;传热;数值模拟【作者】蒋淳;陈振乾【作者单位】东南大学能源与环境学院,江苏南京 210096;东南大学能源与环境学院,江苏南京 210096;江苏省太阳能技术重点实验室,江苏南京 210096【正文语种】中文【中图分类】TB657.5水平管降膜蒸发器由于其流速低、温差小、传热系数高等优点，在化工、石油冶炼、海水淡化等行业已得到广泛应用[1]。
而随着氟氯烃的逐步淘汰，降膜蒸发技术也开始应用到制冷系统中，相比于传统的满液式蒸发器，水平管降膜蒸发器优势明显：①传热系数较高，由实验结果可知，降膜式蒸发器换热的传热系数比池沸腾高[2]；② 制冷剂充注量较少，根据系统的设计可减少20%～90% 的制冷剂充注量[3]；③管外制冷剂流体的压降很小，从而可以减小温差损失。
降膜蒸发传热机制复杂，喷淋密度、热通量、饱和温度、布液等都会影响降膜流动和传热[4-9]。
在降膜蒸发过程中，通过液膜的热量传递方式主要为导热和对流[10]，因此液膜厚度与传热系数的大小密切相关[11-15]，许多学者都对降膜流动的液膜分布及其厚度进行了研究[16-19]。
水平管薄膜蒸发传热系数_许莉
第 54 卷 第 3 期 化 工 学 报 V o l.5 4 №3
采用小型真空实验装置进行单效蒸馏实验 , 图 1 为实验流程示意图 .原料水在加热器 7 中被加热 至设定温度 , 由泵 10 经液体转子流量计 12 送至喷 淋器 , 向传热管均匀喷淋 , 经传热管加热后部分汽 化 , 水蒸气由蒸发室上部排出 , 经冷凝器冷凝后回 到加热器 7 , 余下液体从蒸发室底部回流至加热器 7 .蒸汽发生器 1 内的水加热至指定温度 , 生成的 水蒸气进入蒸发室封头 , 模拟由上一效来的蒸汽 . 该蒸汽进入传热管 , 大部分蒸汽在管内壁面冷凝 , 冷凝液经特制量筒 3 计量后返回蒸汽发生器 1 , 小 部分未凝蒸汽经传热管末端到气体流量 计 11 , 再 经冷凝器 2 回流至发生器 1 .在封头上部和冷凝器 2 之间设有气路平衡管 , 该管可起到为蒸发室补气 和多余蒸汽从蒸发室排出的作用 .
2003 年 3 月 Journal of Chemical I ndustry and Eng ineering (China)
M arch 2003
研究论文
水平管薄膜蒸发传热系数
许 莉 王世昌 王宇新 凌 毅
人们虽已了解到此项技术的换热系数很高 , 但 对总传热系数的变化规律有不同意见[ 8 ～ 10] , 因此 有必要进一步对总传热系数进行实验研究和理论分 析 , 明确总传热系数随各操作因素的变化规律 , 为 设计与生产操作提供实验和理论依据 .
水平管喷淋降膜蒸发器多效蒸发工艺的设计计算
水 平 管 喷 淋 降 膜 蒸 发 器 具 有 蒸 发 强 度 大 、传热温 差 小 、传 热 系 数 高 、便于除垢维修等优点，被广泛应 用 于 不 同 的 项 目 ，尤 其 是 大 量 应 用 于 制 浆 造 纸 废 液 资 源化利用 项 目 m。但 目 前 ，针对水平管喷淋降膜蒸发 器多效蒸发工艺设计计算的研究却较少。以某实际项 目为例，根 据 实 际 工 艺 操 作 条 件 计 算 所 需 的 换 热 面 积 ，并以各效蒸发器加热面积相等为原则，采用试差 法根据蒸发器的热量平衡计算出各效蒸发器传热的 温 差 、传热量及传热面积等参数。
所示。
图 1 水平管喷淋降膜蒸发器多效蒸发工艺流程
Key words:Multi-effect evaporation; Horizontal tube tailing tilm evaporator; Design and calculation
蒸 发 是 重 要 的 化 工 单 元 操 作 之 一 。蒸发操作采用 加 热 方 法 ，溶 液 在 沸 腾 或 闪 蒸 状 态 下 ，使溶液中的水 分 或 其 他 具 有 挥 发 性 的 溶 剂 汽 化 ，保持溶液中的溶质
第 41卷 第 1 期 2020年 2 月
化工装备技术
1
水平管喷淋降膜蒸发器多效蒸发工艺的设计计算
王占军- 张 华 兰 唐 鸿 亮 周 浩 (1 .中国林业科学研究院林业新技术研究所2.中国林业科学研究院林产化学T.业研究所）
摘 要 多效蒸发系统主要设计的任务是选定蒸发器及相应蒸发工艺流程。设计计算时选用
不 变 ，从而浓缩溶液。因此，蒸发是热量传递的过程， 传 热 速 率 是 蒸 发 工 艺 中 的 重 要 参 数 。蒸发设备即为热 交 换 设 备 。 目前，行业内使用的蒸发浓缩设备多达 3 0 余 种 ，而且部分形式已经定形且系列化量产。我 国在蒸发机理和蒸发传热等基础理论工作中取得了 十 分 可 喜 的 成 果 N_2]。*
水平管降膜蒸发器蒸发传热性能实验研究
而言，水平管的传热系数三倍于闪蒸 ，两倍于竖直 管 蒸发 装置 ，与 竖直管 蒸 发器 相 比 ，水 平管 蒸 发器
传热 效率 高 ，同 时显著 降低 空 间高 度 ，使其 易组 成 多效 蒸发 器 ，可 以节省 液体 循环 所 需能 量 ，并增 加
了传 热有 效温 差 ¨ 。
多 年来 ，众 多学者 对 水平 管降 膜蒸 发器 的传热 性 能进行 了许 多 实验研 究 Ｊ ，认 为 喷淋 密 度 、热 通量 、蒸 发温 度 等 是影 响传 热 性 能 的最 主 要 因素 ， 但 由于操 作条 件 以及测 试 手段 不一 致 ，致使 一 些操 作 因 素 对 传 热 性 能 影 响 的 结 论 有 所 差 异 。杜 亮 坡 等 曾对 喷 淋 密 度 和热 通量 对 单 管 蒸 发 传 热 性 能 的影 响进 行 了分析 研究 。本 文在 此 基础 上 ，针对 喷淋 密 度 、热通 量 、蒸 发 温度 及布 管 方式对 管 束总 传 热系 数 的影 响 进行 实验 研究 。
２ ０ ． ０ ４
［ ］ 邓建松 ，彭冉冉 ，译 ．Ｍａ ｅ ａｉ ｓ ５ ｔ ｍ ｔａ 使用指南 ［ ｈ ｃ Ｍ］．北京 ： ［ ］ 天津大学化 工原理 教研 室 ．化 工原 理 （ 册） ［ １ 上 Ｍ］．天
津 ：天 津 科 学 技 术 出 版 社 ，１９ ． ９２ 科 学 出版 社 ，２０ ． ０２
郑 东 光 ，男 ， ９ １年 ｌ １８ ２月 生 ，硕 士 研 究 生 。天 津 市 ，３０ ３ 。 ０ １０
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图 １ 实 验 流 程
１ 一离心泵 ２ ～转子流量计 ３ 一液体分布器 ８ 一管道泵
水平管降膜蒸发器实现高效换热_徐红
中国化工报/2009年/1月/19日/第002版科技创新水平管降膜蒸发器实现高效换热特约记者徐红石家庄工大化工设备有限公司承担的水平管降膜蒸发器的研究项目日前通过鉴定。
该水平管降膜蒸发器的核心部分——液体分布器采用了分配管底部与布液管连接的结构形式，属国内首创，与国内普遍使用的竖管降膜蒸发器相比，极大提高了换热效率。
水平管降膜蒸发器与目前国内普遍使用的竖管降膜蒸发器不同，其被蒸发溶液是在换热管外表面成膜状分布，而在加热蒸气走管内，传热系数是竖管降膜蒸发器的两倍。
水平管降膜蒸发器除具备竖管降膜蒸发器传热系较高、适合处理热敏性物料、传热温差损失小，易于实现多效蒸发等优点外，由于料液在换热管外成膜，还具备成膜情况、结构情况较易观察等特点。
据介绍，水平管降膜蒸发器正常运行的条件之一是液体沿换热管均匀分布。
在蒸发过程中，在相同热负荷作用下，给液不足的管子可能会结垢、烧焦、甚至出现“干壁”或烧毁现象，而液膜过厚的管子因传热量不足不能充分传热，从而导致传热情况的恶化。
为解决液体均匀分布难题，该公司课题组开发出了独特的液体分布装置。
经测试，装置液体分布不均匀度低于5%，提高了液体分布的均匀性和蒸发强度。
据了解，水平管降膜蒸发器是美国Aqua-chem公司在20世纪60年代中后期研究开发的高效换热装置。
石家庄工大化工设备有限公司于2007年10月开始进行水平管降膜蒸发器研发项目立项，截至记者发稿时，已完成调研、设计、实验设备安装、试验、成果鉴定等全部工作。
目前，该公司已着手将此研究成果转化用于工业生产。
由于水平管降膜蒸发器具有较高的传热系数、适合处理热敏性物料、传热温差损失小、操作中的问题易于观察和控制等特点，在海水淡化、造纸工业、化学工业、制药工业等多方面具有广阔的应用前景。
在水资源短缺地区及军工领域可用其制淡水，同时，其优越的传热性能将在节能方面发挥重要作用。
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影响水平管降膜蒸发因素的实验研究
果有 所 不 同 ， 研 究 人 员 对 传 热 系 数 的 变化 规 律 有
不 同意见 ，因此 有必要 进 一 步对 传 热 系数进 行 实
验研 究 和理论 分 析 ，明确 传热 系 数 随各 操作 因素
系数 随喷 淋密度 的增 加 而 增 大 ， 这 是 由于 随着 喷 淋 密度 的增 加 ， 管外 壁液体 的流速增 加 ， 液膜 波动 加剧 ， 液 膜 层 流底 层 减 薄 ， 热 阻减 小 ， 对 流传 热 加
泵重新进 入原液加热储罐 ， 再 次 循 环 以上 操 作 。
蒸 发管 外 产生 的蒸 汽通入 冷 凝器 与冷 却水换 热 冷 凝， 然 后 收集冷 凝水 ， 并测 量 数据 。蒸 汽段 将去 离
提 供 实验 依 据 。
关 键 词 蒸 发 器 水 平 管
传 热 系数
降 膜 蒸 发
中图分类号
Ｔ Ｑ ０ ５ １ ． ６ ２
文献标识码
Ａ
文章编号
０ ２ ５ ４ — ６ ０ ９ ４ （ ２ ０ １ ４ ） Ｏ １ － ０ ０ ４ ７ — ０ ４
水 平管 降膜 蒸发 器作 为一 种高 效节 能 的换热
５ — — 铂 电 阻 温度 传感 器 ； ６ — — 物 料循 环 泵 ；
第 ４ １ 卷
第 １ 期
化பைடு நூலகம்
工
机
械
４ ７
影 响水 平管 降膜 蒸 发 因素 的 实验 研 究
赵 龙 陆 陈 晔
（ 南京工业大学 ）
摘 要 以去 离子 水 作 为 水平 管 降膜 蒸发 实 验 介 质 ， 考 察 了喷 淋 密 度 对 热 通 量 、 管 外 传 热 系数 和 总传 热 系数 的 影 响 与 传 热 总 温差 对 于 管 内、 外 传 热 系数 和 总 传 热 系 数 的 影 响 ， 并分析其 产生影 响的原 因 ， 得到 了水 平 管 内 、 外 和 总 传 热 系数 随 各 操 作 因素 的 变化 规 律 。通 过 分析 实验 结 果 ， 在 前 人 经 验 公 式 的 基 础 上 加 以修 正 ， 获得 了 多 因素 共 同作 用 下 管 外 蒸 发 传 热 系数 的 实验 关联 式 ， 为 水 平 管 降膜 蒸 发 技 术 实 际应 用
水平管外降膜蒸发传热性能的实验研究
实验 中取单 管测 试 ， 以水 为 介质 ， 实验 流程 如
图 ２所示 ， 由加热 槽将 自来 水 加热 到所 需 温度 （ 接近 于介 质 的饱 和沸 点 ） ， 后 由离 心泵 经 转 子 流
量计 送 至喷淋 装 置 ， 向水 平 管均 匀 喷淋 ， 水 平管 在 表面 被加 热蒸 发 ， 生 的二 次蒸 汽 经冷 凝 器冷 凝 ， 产 冷凝 液 由计 量器 采 集 并 计 量 ， 却 水 由水 槽 经管 冷 道泵 进入 冷凝 器 ， 水槽 中水 的温 度 由一 次 水 调节 。 蒸汽 由锅 炉进 入 水 平 管蒸 发 器 的 管 箱 ， 汽 在 管 蒸 内冷 凝 ， 冷凝 液 由冷 凝液 计 量器 采 集并 计 量 。
ｌ— — 加 热 槽 ； ０
５ ｍ
真空 泵 ； ６ —— 管道泵 ； ９ —— 水平管燕 发器 ；
８ —— 水槽 ；
１ —— 离 心 泵 ｌ
ｌ
４
一
１ ２ 测试 方法 ．
Ｉ
实验 中 介 质 的 喷 淋 密 度 ｆ 范 围 为 ０ ２ ． ７— ０４ ｋ／ ｍ ・ ） 管 内蒸 汽 压力 ｐ ．９ｇ （ ｓ ； ｃ为 Ｏ １ ． ８—０３ ．Ｏ
的不 锈钢 管 ， 外壁 温度 由 ３支 凯 装镍 铬一 硅热 管 镍 电偶 测 量 ， 电偶 经铂 电阻 校正 。 热
热 电偶安装位置
图 ２ 实验 流程 图
１ — 转 子流 量 计 ； ２ — 锅 炉 ； — — ３ — 冷凝器 ； —
４ ——缓 冲罐 ； ７ ——计量器 ；
的饱 和温 度之差 ） ：
Ａ ｔ ｔ 一 ｔ 。
式 中 ｔ ——水平管外壁平均温度 ， 与管 中心 取
水平管外R404A降膜蒸发传热的实验研究
水 平管外 Ｒ ４ ０ ４ Ａ 降 膜 蒸 发 传 热 的 实 验研 究
欧 阳新 萍 邱雪松
上海
姜 帆
２ ０ ０ ０ ９ ３ ）
（ 上海 理工大学
摘 要 搭 建 了降 膜 蒸 发 实 验 台 ， 研 究 了水 平 单 管 外 的降 膜 蒸 发 传 热特 性 。 测试 管 为 外 径 １ ９ ｍ ｍ、 有效实验 长度为 ２ ５ ０ ０ ｍ ｍ 的 光 滑 管 和 强 化 管 。实 验 采 用 Ｒ ４ ０ ４ Ａ作 为 管 外 降 膜 蒸 发 工 质 ， 与管 内热水 进行换 热。布液 采用 喷嘴喷淋 的方式 ， 通过 ２ １ 个 喷 口 当
ｈ ａ ｖ ｅ ｔ ｈｅ ｓ ａ ｍｅ ｏ ｕｔ ｅ ｒ ｄｉ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ １ ９ ｍｍ ａ ｎｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｍｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｔ ｅ ｓ ｔ ｌ ｅ ｎｇ ｔ ｈ ｏ ｆ ２ ５ ００ ｍ ｍ． Ｒｅ ｆ ｒ ｉ ｇ ｅ ｒ ａ ｎｔ ４０ ４Ａ ｗａ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ａ ｓ ｗｏ ｒ ｋｉ ｎ ｇ ｌｕ ｆ ｉ ｄ ｔ ｏ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｆ ｅ ｒ ｈ ｅ ａ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ｈ ｅ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｗａ ｔ ｅｒ ｉ ｎｓ ｉ ｄ ｅ ｔ ｈｅ ｔ ｕ ｂ ｅ． Ｓ ｐ ｒ ａ ｙ ｉ ｎｇ ｆ ｅ ｅ ｄ ｉ ｎｇ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗａ ｓ ａ ｄ ｏ ｐ ｔ ｅ ｄ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ２１ ｓ ｐ ｒ ａ ｙ ｎｏ ｚ ｚ ｌ ｅ ｓ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｅ ｑｕ ｉ ｖ ａ ｌ ｅ ｎｔ ｄ ｉ ａ ｍｅ — ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ ２ ｍｉ ｌ ｌ ｉ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ． Ｅｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍｅ ｄ ａ ｔ ｓ ａ ｔ ｕｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｍｐｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｏ ｆ ０ ，５，１ ０ ａ ｎ ｄ ｌ ５℃ ，ｈｅ ａ ｔ ｌｕｘ ｆ ｅ ｓ ｆ ｒ ｏ ｍ ８ ｔ ｏ ３ ０ ｋ Ｗ ／ｍ ａ ｎ ｄ
水平管降膜蒸发器传热系数空间分布
水平管降膜蒸发器传热系数空间分布沈胜强;梁刚涛;龚路远;牟兴森;刘瑞;刘晓华【摘要】为了得到水平管降膜蒸发器传热系数,建立了水平管降膜蒸发传热实验台.通过对实验结果的归纳,分析了水平管降膜蒸发器总传热系数随顶排管喷淋密度、蒸发温度的变化规律,并给出了总传热系数在水平管降膜蒸发器内部空间的分布.结果表明,总传热系数随喷淋密度、蒸发温度的增大而增大.在空间分布上,传热系数沿管长方向受凝结过程的影响前5 m先增大,后3 m逐渐减小;在垂直方向由上向下逐渐减小.另外传热系数随管排数的增加而降低,并且当喷淋密度较小时,总传热系数下降的趋势更明显.%A set of experimental facilities was set up to measure the heat transfer coefficient of horizontaltube falling film evaporator. The effects of spray density on the topmost row Γ and evaporating temperature T on the overall heat transfer coefficient K are studied. The heat transfer coefficient distribution in the evaporator is presented. The results indicate that increase of spray density and evaporating temperature helps to enhance the value of K. Along the axial direction of the tube, K increases at the first 5 m and then decreases in the following 3 m, mainly caused by the condensation inside the tube. The K value decreases from the upper rows to the lower rows. In addition, increase of number of tube rows reduces the K value, especially at low spray density.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2011(062)012【总页数】5页(P3381-3385)【关键词】水平管降膜蒸发器;传热系数;喷淋密度;管内凝结【作者】沈胜强;梁刚涛;龚路远;牟兴森;刘瑞;刘晓华【作者单位】大连理工大学辽宁省海水淡化重点实验室,辽宁大连116024;大连理工大学辽宁省海水淡化重点实验室,辽宁大连116024;大连理工大学辽宁省海水淡化重点实验室,辽宁大连116024;大连理工大学辽宁省海水淡化重点实验室,辽宁大连116024;大连理工大学辽宁省海水淡化重点实验室,辽宁大连116024;大连理工大学辽宁省海水淡化重点实验室,辽宁大连116024【正文语种】中文【中图分类】P747+.13引言蒸发是工业中常见的单元操作过程，提高蒸发器的传热性能对于减少设备投资和节能降耗都有重要意义。
水平管排低压降膜蒸发传热特性实验研究
水平管排低压 降膜蒸发传热特性实验研 究
刘 红 马虎 根 邹 静 罗 忠
２ ０９； ００３ ２ ０３ ） ０ １ １ （． １上海理工大学动力．程 学院 上 海 Ｙ － － ２ 高克联 管件 （ 海 ） 限公 司 上海 ． 上 有
【 摘
要 】 对水在 高真 空条件 下在水平 管排上 的降膜 蒸发特 性进行 了研 究，设计 了喷淋降膜蒸发试验台 。实 验 选 用 去 离 子 水 作 为 实 验 工 质 ， 乙二 醇 为 冷 却 循 环 中 的冷 却 介 质 ，采 用 自主 设 计 的 喷头 。实 验 工 况 是 低压 ￣ ９Ｃ） ７ ￣ ，小 温 差 （ ＂ 。对 两 组 不 同 的 铜 管进 行 了 降膜 ３Ｃ）
（ ． ｌ ｇ ｆ ｏ ｒ ｎ ｉ ｅ ｒｎ ｆ ｉ ｅ ｓｔ ｆＳ ａ ｇ ａ ｆ ｒ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｓ ａ ｇ ａ ， ０ ０ ３ １ Ｃｏ ｌ ｅｏ Ｐ ｗｅ Ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｏ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｏ ｈ ｎ ｈ ｉ ｏ Ｓ ｉｎ ｅａ ｄＴ ｃ ｎ ｌ ｇ ， ｈ ｎ ｈ ｉ ２ ０ ９ ； ｅ ｙ
ｓ ａ ｉ ｇ ｏｆｆｌ ａ ｏｒ ｔｏ ｅ ｔｉ ｅ ｉ ｅ ｒｔ ｅｒ ｅ ｒ ｈ． ｉ ｎｉｅ ｔ ｒｗ ａ ｓ ｄ ａ ｎ ｅ ｐｅ ｍ ｅ ｔ ｌｍ ｅ ｕｍ ， ｎｄｇｌ ｏ ａ ｐ ｒｎ ｍ ｅｖ ｐ ａ ｎ ｔ ｓ ｓｄ ｓｇｎ ｄ ｆ ｈ ｅｓ ａ ｃ Ｄｅ ｏ ｚ ｒｗａ ｅ ｓｕ ｅ ｓａ ｘ ｒ ｉ ｉ ｏ ｉ ｎ ａ ｄｉ ａ ｙｃ ｌｗ ｓ ｕｓ ｄ ａ ｏｏ ｉ ｅｒｇ ｒ ｎｔｉ ｅｃ ｃｌ ｏ ｉ ｇ ｍ ｅ ｉ ． ｌｏ ｔｅ ｉ ｅ ｎ ｎ ｅｓｇｎｏｆｎｏ ｚ ｅ ｓｂｅ ｎ ｕ ｅ ｎ ｔ ｉ ｅ ｅ ｃ Ｔｈｅ ｅ ｓｃ ｌｎｇｒ ｆｉ ｅ ａ ｎ ｔ ｙ ｅｏｆｃ ｏｌｎ ｄ ａ Ａ ｓ ｈ ｎｄ ｐｅ ｄｅ ｔｄ ｉ ｚ ｌ ｓｈａ ｅ ｓ ｄ ｉ ｓｒ ｓ ａ ｈ． ｈ ｈ ｒ
影响水平管外降膜蒸发传热膜系数因素的研究
垢情况也得以改善。由于 以上原因，水平管降膜蒸 发是一种节能型蒸馏淡化技术 ，不仅热耗量小 ，而 且要求供热的温位低 ， 有利于利用低位余热。 目前 ，国 内 、外 水平 管蒸 发器 研究 学者 主 要对 通管进行了研究 。而笔者主要研究水平管为盲管 ， 并对 影 响 盲 管 水 平 管 蒸 发 器 的一 些 因 素 进 行 了研
分利 用 ，消耗 费用 和 制造 成本 低 的特点 。
１ 实验装 置 和实验 方 法
水平 管 外 喷 淋 式 降 膜 蒸 发 器 是 美 国 Ａ Ｕ — ＱＡ Ｃ Ｅ 公 司在 ２ 纪 ６ ＨＭ ０世 ０年代 开 发 的 一项 技 术 。与
传统的蒸发器相 比，该蒸发器具有传热系数高 、有 效温差损 失 小 、溶 液 温 度 分 布 均 匀 等 优 点 。 目前 ，
小 温差 下进 行传 热 ，表面 过 热度 下 降 ，管表 面 的结
槽 １ 加 热 到所需 温 度后 流 出 ，由离心 泵 １ 转 子 １ ３经 流量 计 １送 至喷 淋装 置 ，向传 热 管均 匀喷 淋 ，经传 热管 加热 部 分料 液 蒸 发 。 当实 验 装 置用 作 两 效 时 ，
￥杜亮坡 ，男 ，１８ ９０年 ｌ Ｏ月生 ，硕士 。廊坊市 ， ６ ００。 ０ ５０
产生的二次水蒸气作为第二效水 平管管 内的热源 ， 在第二效水平管管 内蒸汽冷凝 的冷凝液由冷凝液计
量器 １ ０采集 并计 量 ，第 二 效 水 平 管 管 外 产 生 的 二 次水 蒸气 经 冷凝 器 ３冷凝 ，并 由冷凝 液计 量器 ７采 集并 计量 ，此 时 第 一 效 和 第 二 效 的 进 料 阀 门 要 打
１ ～转子流量计 ５ 一真空泵 ８ 一水槽 图 １ 实验装置 ２ 一锅炉 ３ 一冷凝器 １～加热槽 １ ４ 一缓 冲罐 １ 一离心泵 ３ ６ 一管道泵 ７ Ｏ ２ ，ｌ ，ｌ 一冷凝水计量器
水平管降膜蒸发器传热系数空间分布
ｅ ａ ｏ ａ ｏ ｓ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ Ｔｈ ｅ ｕ ｔ ｎ ｉａ ｅ ｔ ａ ｎ ｒ ａ ｅ ｏ ｐ ａ ｅ ｓｔ ｎ ｖ ｐ ｒ ｔｎ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｖ ｐ ｒ ｔ ｒ ｉ ｒ ｓ ｎ ｅ ． ｅ ｒ ｓ ｌｓ ｉ ｄ ｃ ｔ ｈ ｔ ｉ ｃ ｅ ｓ ｆ ｓ ｒ ｙ ｄ ｎ ｉ ａ ｄ ｅ ａ ｏ ａ ｉ ｇ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｙ ｈ ｌ ｓｔ ｎ ａ ｃ ｈ ａｕ ｆ ｅ ｐ ｏ ｅ ｈ ｎ ｅ ｔ ｅ ｖ ｌ ｅｏ Ａｌ ｎ ｈ ｘ ａ ｉ ｃ ｉ ｎ ｏ ｈ ｕ ｅ Ｋ ｎ ｒ ａ ｅ ｔ ｈ ｉｓ ａ ｄ ｔ ｅ Ｋ． ｏ ｇ ｔ ｅａ ｉｌ ｒ ｔ ｆｔ ｅ ｔ ｂ ， ｉ ｃ ｅ ｓ ｓａ ｅｆｒ ｔ５ ｍ ｎ ｈ ｎ ｄ ｅ ｏ ｔ
ｔ ｂｅｆ ｌｉ ｇ ｆｌ ｅ ａ ｏｒ ｔ ｒ Ｔｈｅ ｅ ｆ ｃ ｓｏｆｓ ｒ ｙ ｄｅ ｉｙ ｏ ｈ ｏｐ ｏ ｔｒ ｗ ａ ｄ ｅ ａ ｒ ｔｎｇ ｔ ｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ｕ ａ ｌｎ ｉｍ ｖ ｐ ａ ｏ ． ｆｅ ｔ ｐ ａ ｎｓｔ ｎ ｔ ｅ ｔ ｍ ｓ ｏ ｒ ｎ ｖ ｐｏ ａ ｉ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ 丁 ｏ ｈｅ ｏ ｅ ａ ｌｈｅ ｔ ｒ ｎｓ ｅ ｏｅ ｆｃ ｅ ｎ ｔ ｖ ｒｌ ａ ｔａ ｆ ｒ ｃ ｆｉ ｉｎｔ Ｋ ａ ｅ ｓ ｕｄ ｅ ． ｅ ｅ ｔ ｒ ｎｓ ｅ ｏｅ ｆｃ ｅ ｉ ｔｉ ｔｏ ｎ ｔ ｅ ｒ ｔ ｉ ｄ Ｔｈ ｈ ａ ｔａ ｆ ｒ ｃ ｆ ｉｉｎｔ ｄ ｓ ｒｂｕ ｉ ｎ ｉ ｈ
关于水平管降膜蒸发传热的实验研究多数集中于对单管或单列管管外降膜蒸发的研究中611管内凝结传热系数的变化规律也有不同结论1214而就低温多效蒸发海水淡化装置的大型水平管降膜蒸发器而言管束在长度垂直管排方向上具有较大的尺度使得管外的降膜蒸发和管内的蒸汽凝结换热强度沿着各自的方向发生较大变化总传热系数在空间上具有较大的不均匀性这种不均匀性对蒸发器性能计算具有重要影响迄今关于降膜蒸发器总传热系数空间分布的研究很少
蒸发器换热系数的理论数值
6．3 ．2 蒸发过程的传热系数蒸发中的传热系数K 是影响蒸发设计计算的重要因素之一。
根据传热学知识知（6-6 ）上式忽略了管壁厚度的影响。
式中蒸汽冷凝传热系数αo 可按膜式冷凝的公式计算；管壁热阻R W 往往可以忽略；污垢热阻Rs 可按经验值估计，确定蒸发总传热系数K 的关键是确定溶液在管内沸腾的传热膜系数a i。
研究表明影响a i 的因素较多，如溶液的性质、浓度、沸腾方式、蒸发器结构型式及操作条件等，具体计算可参阅有关文献[1,6] 。
一、总传热系数的经验值目前，虽然已有较多的管内沸腾传热研究，但因各种蒸发器内的流动情况难以准确预料，使用一般的经验公式有时并不可靠；加之管内污垢热阻会有较大变化，蒸发的总传热系数往往主要靠现场实测。
表6-1 给出了常用蒸发器的传热系数范围，可供参考。
表6-1 常用蒸发器传热系数K 的经验值蒸发器的型式总传热系数K, W / (m 2K)标准式（自然循环）600 ～3000标准式（强制循环）1200 ～6000悬筐式600 ～3000升膜式1200 ～6000降膜式1200 ～3500二、提高总传热系数的方法管外蒸汽冷凝的传热膜系数αo 通常较大，但加热室内不凝性气体的不断积累将使管外传热膜系数αo 减小，故须注意及时排除其中的不凝性气体以降低热阻。
管内沸腾传热膜系数αi 涉及到管内液体自下而上经过管子的两相流动。
在管子底部，液体接受热量但尚未沸腾，液体与管壁之间传热属单相对流传热，传热系数较小；沿管子向上，液体逐渐沸腾汽泡渐多，起初的传热方式与大容积沸腾相近。
由于密度差引起的自然对流会造成虹吸作用，管中心的汽泡快速带动液体在管壁四周形成液膜向上流动，流动液膜与管壁之间的传热膜系数逐渐增加并达最大值。
但如果管子长度足够，沿管子再向上液膜会被蒸干，汽流夹带着雾滴一起流动，传热系数又趋下降。
因此，为提高全管长内的平均传热系数，应尽可能扩大膜状流动的区域。
管内壁液体一侧的污垢热阻Rs 与溶液的性质、管内液体的运动状况有关。
水平管降膜蒸发器壳程流场和温度场数值研究
水平管降膜蒸发器壳程流场和温度场数值研究侯昊;毕勤成;张晓兰【摘要】In order to study distribution characteristics of flow field and temperature field in the shell side of the horizontal-tube falling-film evaporator, the self-built numerical software for the whole evaporator was developed based on a three-dimensional distributed parameter model. The distributions of thermal parameters were obtained. The variations of flow field, temperature field and other important parameters were also analyzed in detail. The results show that it is possible to achieve uniform liquid distribution at the bottom row of the first-tube-pass bundle by selecting uneven placement of the spray nozzles. The temperature of seawater reaches the saturation temperature in the present geometrical dimensions and working conditions after it has escaped from second-tube-pass bundle. The maximum of overall heat transfer coefficient tends to locate at the inlet positions of the bundle. Furthermore, the maximum salinity of seawater is 56 g/kg, which locates.at the bottom row of the first-tube-pass bundle. The concentration factor of seawater should be no more than 2.5 and the temperature is below 70 ℃ to prevent the scale formation on the heat transfer surfaces.%为了探究水平管降膜蒸发器壳程区域流场与温度场的分布特性,基于三维分布参数模型开发蒸发器整体数值模拟程序,获得蒸发器内热力参数分布,并分析壳程区域流场和温度场以及其他各主要参数的变化.研究结果表明:采用前密后疏的喷头布置方式可以有效改善海水的流场,使1管程下部海水分布更加均匀；在文中结构下海水流经2管程后已经达到饱和状态；1管程和2管程蒸汽进口区总传热系数最大；在1管程进口的下半区,海水盐度最大值已达到56 g/kg；为避免结垢发生,应当控制海水浓缩比不超过2.5,最高温度低于70℃.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(042)012【总页数】6页(P3882-3887)【关键词】水平管降膜蒸发器;流场;温度场;分布参数模型【作者】侯昊;毕勤成;张晓兰【作者单位】西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,陕西西安,710049;西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,陕西西安,710049;西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,陕西西安,710049【正文语种】中文【中图分类】TK124淡水资源匮乏已成为当今世界威胁人类生存的严重问题。
降膜蒸发器中决定和影响传热系数的因素
降膜蒸发器中决定和影响传热系数的因素摘要这项工作的目的是确定不同操作条件下的单效蒸发器的传热系数，为了判断它们有多种影响因素。
降膜蒸发器包括12根外径25mm、长3m的垂直不锈钢管，蒸发器的蒸发容量为240 kg/h。
对每一个多效蒸发器的影响条件进行模拟，改变进料浓度和压力，设置每一种条件下的饱和温度和热传递系统，。
从而获得一个关联式，即传热系数与流体性质、几何参数和流量的关系。
2005年Elsevier公司保留所有权利。
关键词: 传热、蒸发器、降膜、传热系数1. 前言果汁的浓度是果汁制造业中被广泛使用的参数，它有两个主要目的：（1）降低产品的体积和重量，随后降低储存、包装及分销的成本。
（2）增加水的活动，减少其对果汁的稳定性影响，这是影响果汁品质的主要因素。
虽然冷冻浓缩和反渗透浓度等其他方法现在也经常被用到，但由于业务和经济原因蒸发仍然是最流行的。
蒸发是一个单元操作即从液体中去除水。
如果液体中含有溶解固体，解决方案是可以使其成为饱和或过饱和固体晶体沉积。
如果长时间高温蒸发，会造成果汁中许多物质被破坏,，真空蒸发似乎是合理的解决方案。
真空蒸发进行的沸点降低，所以热降解趋于最小化。
降膜蒸发器在本质上是管壳式换热器。
降膜蒸发器本质上是一个管壳式换热器。
蒸汽冷凝的壳程提供了潜热，使从管程流动溶液中的水蒸发量。
水蒸气和浓缩果汁，在热力学方面是平衡的，然后分离。
这个过程可以完成一次蒸发，因此沸腾浓缩液退出单元作进一步处理，蒸汽在一个独立的冷凝器中冷凝。
这种设备被命名为“单效蒸发器”。
然而，如果需要高浓度，最好是使用多个更小的单元，而不是用一个大的单元。
在这种条件下，解决方案是水汽离开第一个单元，加热介质为第二个过程蓄流。
对于一个合适的动力，由于第二单元存在，其沸点减小，这是通过减少在蒸发室的压力。
这样，减少了蒸发器在加热蒸汽压力方向的热能损失和压力损失。
这种被定义为“多效蒸发器”，3，4，5设备在食品工业是非常容易见到的。
降膜蒸发器改造热平衡计算
蒸发热平衡计算计算的原始数据1）新蒸汽使用压力P=5bar（绝压）,T=155°C，潜热2102kJ/kg；3 2）原液Nd75g/I,质量分率13.8%,比热0.825KCal/kg C,t o=85C, p =1270kg/m ;3）出料浓度N K255g/l，质量分率18.5%，比热0.766 Kcal/kg C ,t 出=90C, p3=1375kg/m ;4）末效（第VI效）压力P=0.1bar（绝压），二次蒸汽温度T e=46 C，汽化热2387kJ/kg；5）传热系数（W/m2C）: K I=1980，K II=1580，K III=1580，K IV=1400，K V=917, K VI=1024，K 强=750;6）传热面积（m ）: F I=1500,F II=1500,F III=1500,F IV=1500,F V=3750,F VI=3750,F 强=580;总温度损失708）为简化计算过程，计算时没有考虑冷凝水自蒸发产生的二次汽及热损失，而把它们考虑为相互抵消；9）按处理流量1000kg/h进行计算。
计算1、蒸水量W 总=1000[1- （175/1270）/ （255/1375）] = 235.8kg/h2、总温度差△ t 总=155-46= 109C3、蒸发水量的分配（第一次逼近值）W1=（W1+W2+W3+W4+W5+W6）X K I/（K I+K II+K III+K IV+K V+K VI）=235.8X 1980/（1980+1580X 2+1400+917+1024）=55.1kg/h W2=W3=W1 X K II/K I=55.1X 1580/1980=44.0kg/hW4= W1 X K IV/K I=55.1 X 1400/1980=39.0kg/hW5= W1 X K V/K I=55.1X 917/1980=25.5 kg/hW6= W1 X K VI/K I=55.1 X 1024/1980=28.5 kg/h4、有效温差△t 有=△ t 总-△ t 损=109-70= 39 C5、有效温差分配（第一次逼近值）△t1 = △t2= △t3= △t4= △t5= △t6= 39/6= 6.5CI II III IV V VI I闪II闪III闪加热蒸汽J曰由155 134.5 116 99.6 83.1 67.6温度161 123 106 94 81 66 106.5 97 90有效温差 6.5 6.5 6.5 6.5 6.5 6.5沸点升咼13/30 11/13 9/6 9/4 8/2 15/3二次汽温135.5 117 100.5 84.1 68.6 46.1度124 107 95 82 67 57沿管损失 1 1 1 1 1加热蒸汽658 651 645.8 638.8 632 625.6热焓KCal/kg加热蒸汽502 516 530 540 549.2 557.4潜热KCal/kg溶液沸点148.5 128 109.5 93.1 76.6 61.1 130 111.5 95.1二次汽焓656 649 644 636 629.7 623 650.6 644 637.6 二次汽潜508 522 533 543 553 561 520.1 532.1 542.0 热6各效浓度％a= GB 始/(G - W)=1000X 175/1270/ (1000-28.5) =14.6%o5=0.5X (1000-28.5)X 0.146/[0.5X (1000-28.5)-25.5]=15.4% (送入蒸发系统的原液全部进入切效蒸发器，经切效蒸发浓缩后，分别各以50%的液量送入V效和川效。
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水平管降膜蒸发器综合传热系数模型
摘要：基于在水平管降膜蒸发器传热性能研究现状的基础上，以及热法高倍数蒸发浓缩油田废水的具体任务与要求，建立水平管降膜蒸发器传热系数与污垢热阻的模型，通过有关方程建立污垢热阻与蒸发浓缩时浓度变化的关联式。
依据各部分的关联式，经过详细推导，得到水平管降膜蒸发器综合传热系数关联式。
根据物理模型和关联式，讨论浓缩倍数和流量变化对水平管降膜蒸发器综合传热系数的影响。
结
果表明：在蒸发浓缩油田废水时，浓缩倍数的提高降低了水平管降膜蒸发器的综合传热系数。
油田废水处理量的增加，在一定程度上强
化了水平管降膜蒸发器的传热效率。
模拟计算得到水平管降膜蒸发器的综合传热系数在936~940W/(m2K)的范围内。
关键词：水平管降膜蒸发器；传热系数；污垢；浓缩倍数；油田废水
0前言
蒸发是指将含有非挥发性溶质和挥发性溶剂组成的溶液利用加热作用使溶液中一部分溶剂汽化与溶质分离、溶液被浓缩的过程[1]，常用的蒸发操作的设备有升膜蒸发器、降膜蒸发器和旋转刮膜式蒸发器3 类。
具有发展前景的是水平管降膜蒸发器，因此水平管降膜蒸发器传热性能研究的文献相对多些。
吴鸿等[2]研究了三效降膜管式蒸发器，建立蒸汽侧冷凝传热参数的数学模型，分析蒸汽压力、温差等因素对传热性能的影响。
本文针对油田废水蒸发浓缩的实例，建立水平管降膜蒸发器综合传热系数关联式，并考察一些因素对综合传热系数的影响程度。
1 管式降膜蒸发器的结构及工作原理
管式降膜蒸发器结构简单，由加热蒸发室、分配盘、汽液分离室、除雾器、循环管等部分构成。
管式降膜蒸发器加热蒸发室是由壳体、上管板、隔板、下管板和加热管等构成。
壳体是根据工作压力按压力容器或常压容器设计，并考虑到在真空状态下受外压时的稳定性合理设置加强结构。
壳体、加热管和管板的材质可根据介质性质或用户使用要求，选用碳钢或不锈钢材质。
加热蒸发室的中心为内置循环管，其余部分为均匀分布的加热管。
经内置循环管预热并输送至上管板上部分配盘的黑液，由分配盘均匀地分布在管板的管桥上，再沿加热管内壁呈膜状流下，同时进行传热蒸发。
此外，由于从黑液中蒸发出的二次蒸汽快速向下流动，将黑液液膜吹得更薄、流速更快，使传热热阻大大降低，传热系数更高。
由于是液膜蒸发，降低了传热热阻，也没有由于静液位压力引起的沸点升高，故用于加热的有效温差提高，所以，管式降膜蒸发器的传热系数和热效率均高于传统的蒸发器。
管式降膜蒸发器既保留了降膜
蒸发器传热效率高、运行周期长、操作弹性大等优点，又解决了其他降膜蒸发器耐压性能低、易破裂、不易维修等缺
点。
另外，黑液在加热管壁上形成的垢可以用高压水、机械方法、化学方法等进行清洗，清垢方便易操作。
2水平管降膜蒸发器综合传热系数的模型
2.1 物理模型
图1 为水平管降膜蒸发器结构示意图。
泵送来的油田废水经过布液器分配，均匀降落到水平管上，废水与管内蒸汽进行热交换，产生二次蒸汽和凝结水，经相应的出口排出。
在水平管降膜蒸发器上截取1 个单元，如图2 所示：从管内蒸汽高温侧到管外沸腾低温侧分别表示为(边界与边界
之间的温度)：T1，T2，T3，T4，T5，T6。
即：T1 为蒸汽与凝结薄膜边界层温度；T2 为凝结薄膜与凝结污垢边界层温度；T3 为凝结污垢与管壁边界层温度；T4 为管内壁与管外壁边界层温度；T5 为管外壁与沸腾污垢边界层温度；T6 为沸腾污垢与蒸发薄膜边界层温度。
降膜蒸发器综合传热系数表达式如下：
式中：K 为总的传热系数，W/(m2K)；hc 为管内凝结传热系数，W/(m2K)；hh 为管外沸腾传热系数，W/(m2K)；di 为管子内径，m；do 为管子外径，m；R1 为管内凝结污垢热阻(m2K)/W；R2 为管外沸腾污垢热阻， (m2K)/W'/ '为管壁导热热阻，(m2K)/W。
2.2 水平管降膜蒸发器管内凝结传热系数
蒸发浓缩用的水平管降膜蒸发器一般是多管束的设备，为使问题简化，常采用的方法是：先对
单管冷凝传热过程进行计算，多管束冷凝传热系数可以在单管传热系数的基础上乘以1 个合适的系数。
对管内冷凝传热过程的假设如下：1）忽略冷凝液薄膜中加速
度的影响；2）y3）由y0y
2.3 水平管蒸发器管内凝结污垢热阻
2.4 水平管降膜蒸发器管外沸腾传热系数
油田废水蒸发浓缩用的水平管降膜蒸发器一般是多管束设备，为使问题简化，常采用的方法是：
先对单管沸腾传热过程进行计算，多管束沸腾传热系数可以在单管的基础上乘以1 个合适的系数。
对单管沸腾传热过程假设如下：1）液体落到管壁之前和离开管壁之后均为饱和状态并且温度一致；2）传热管壁面温度均匀；3）忽略液体飞溅对液体负荷的影响；那么管外沸腾时传热系数hh
2.5 水平管降膜蒸发器管壁导热系数
值代入和按等于常数时的计算公式，就可获得合适的结果。
3结论
本文建立水平管降膜蒸发器综合传热系数的模型，通过模型分析和一定条件的假设，计算得到
综合传热系数的关联式。
依据水平管降膜蒸发器综合传热系数关联式，分别分析油田废水浓缩倍数和流量变化对水平管降膜蒸发器综合传热系数的影响程度，传热系数的变化幅度不大，大致范围为936~940W/(m2K)。
结果表明，浓缩倍数的提
高降低了水平管降膜蒸发器的综合传热系数。
油田废水处理量的增加，提高了废水进口流速，增加污垢剥离的速度，因此一定的速有利于强化水平管降膜蒸发器的传热效率。