一种塔式顺流进料MVC蒸发系统及其设计方法技术方案

本发明专利技术属于蒸发浓缩和蒸发结晶领域，公开了一种塔式顺流进料MVC蒸发系统及其设计方法。该蒸发系统包括多个水平管降膜蒸发器构成的多效蒸发器、进料液入口管线、淡水排放管线、浓缩液排放管线等。一个单效蒸发器由管板、进料液喷淋板、淡水室、蒸汽入口管、液封板、淡水水封排放孔、蒸发室、二次蒸汽排放孔、水平换热管束、料液喷洒孔组成。本发明专利技术用以将水平管多效蒸发器应用于MVC蒸发系统的同时，将多效水平管降膜蒸发器进行塔式一体化布置，实现首效蒸发器单泵进料，其余各效蒸发器依靠重力喷淋布液，以达到既提高装置的传热效率、减少设备的占地面积、节能、提高浓缩比和节约空间的目的。的。的。

【技术实现步骤摘要】
一种塔式顺流进料MVC蒸发系统及其设计方法


[0001]本专利技术属于蒸发浓缩和蒸发结晶
，涉及一种塔式顺流进料MVC蒸发系统及其设计方法。

技术介绍

[0002]MVC蒸发技术以其高效、环保、节能的优势近年来广泛应用于海水淡化、污水处理、化工炼化、工业制盐、制药、食品工程等领域。MVC蒸发系统大多采用竖管降膜、强制对流+闪蒸等类型的方式，设备占地面积较小，水平管降膜蒸发器由于缺少完整而系统的设计方法在MVC蒸发系统中采用较少。然而水平管降膜蒸发的传热系数为竖管降膜蒸发的2倍左右，布液简单，运行稳定，更适应小温差传热，能源利用效率高，这些优势非常适用于MVC蒸发系统，是其它形式蒸发器所无法比拟的。目前采用水平管降膜蒸发器的多效蒸发装置都采用了各效蒸发器水平布置，以方便各效蒸发器之间进料、蒸汽、凝结液、浓缩液的流通控制及压力、温度等参数的保持，但其占地面积大成为一个主要弊端。由于其换热管排布特点，各效蒸发器需要维持不同的工作压力且因各效蒸发器之间的连接方式的限制，将多效水平管降膜蒸发器布置成塔式蒸发器以减小设备占地面积较为困难。

技术实现思路

[0003]针对上述技术中存在的不足，本专利技术提供一种塔式顺流进料MVC蒸发系统及其设计方法。该方法将水平管多效降膜蒸发器应用于MVC系统中的同时，将多效水平管降膜蒸发器进行塔式布置，以达到既提高装置传热效率又减少设备的占地面积、合理分布设备空间的目的，同时充分利用进料液的重力代替泵功维持流动，降低了能耗。
[0004]本专利技术采用的技术方案如下：
[0005]一种塔式顺流进料MVC蒸发系统，包括多个水平管降膜蒸发器构成的n效蒸发器(n≥2)，各效蒸发器采用水平管降膜流动与蒸发方式；一个单效蒸发器由管板、进料液喷淋板、淡水室、蒸汽入口管、液封板、淡水水封排放孔、蒸发室、二次蒸汽排放孔、水平换热管束、料液喷洒孔组成；第一效蒸发器(1)与第二效蒸发器(2)之间的淡水室(1
‑
2A)与淡水室(2
‑
2A)、淡水室(1
‑
2B)与淡水室(2
‑
2B)分别采用液封板(1
‑
5A)、液封板(1
‑
6A)与液封板(1
‑
5B)、液封板(1
‑
6B)或液封管使生成的淡水在相邻两效淡水室之间形成液封连通，蒸发室(1
‑
7)与蒸发室(2
‑
7)采用液封板(1
‑
10)和液封板(1
‑
11)或液封管使产生的浓缩液在相邻两效蒸发室之间形成液封连通。所述的第二效蒸发器(2)及之后各效蒸发器，与后面的相邻蒸发器之间都采用相同的液封连通方式。
[0006]其设计方法包括如下步骤：
[0007]步骤一：确定蒸发器内蒸发进料流体介质及流量m；
[0008]步骤二：根据进料流体介质的物性确定MVC系统的工作温度区间
△
T
all
、蒸发器效数n和单效蒸发器的换热量Q；进而根据工艺要求确定单效蒸发器的传热温差
△
T、传热面积A，分别为：
[0009][0010][0011]式中，
△
T
all
为MVC系统的工作温度区间，℃；n为蒸发器效数；Q为效蒸发器的换热量，W；
△
T为单效蒸发器的传热温差，℃；K为单效蒸发器的传热系数，W/m2·
℃，K的计算与流体种类、流动方式、传热温差
△
T、传热面结构等因素有关。根据现场具体空间和传热特征，确定单效蒸发器内水平换热管束的管长L和直径D；
[0012]步骤三：根据单效蒸发器的换热面积A、换热管束的管长L和直径D确定单效蒸发器的总换热管数N为：
[0013]式中：A为单效蒸发器的换热面积，m2；D为换热管束的直径，m；L为换热管束的管长，m。
[0014]根据蒸发器的进料量确定水平换热管束水平方向单排的管数N1为：
[0015][0016]式中，m为MVC蒸发器内的进料流体介质的质量流量，kg/s；L蒸发器内水平换热管束的管长，m；Γ为蒸发器内进料流体介质的喷淋密度，kg/(s
·
m)。则单效蒸发器水平换热管束竖直方向单排的管数N2为:
[0017]步骤四：单效蒸发器内水平换热管束的相关参数确定后，可确定水平换热管束最下沿至料液喷洒孔的垂直距离h。根据设计的MVC系统的进料液质量流量换算进料液的入口流量V
b
，m3/h，并根据水蒸气的物性参数和系统换热量计算出蒸发系统淡水的体积流量V
d
，m3/h。最终根据上述参数，计算出各单效蒸发器中料液喷洒孔的个数k；分布间距λ，m；直径d1，m；以及淡水水封排放孔的直径d2，m。
[0018]本专利技术提供了一种塔式顺流进料MVC蒸发系统的设计方法。通过该方法，使MVC系统中的水平管多效蒸发器呈塔式布置，充分利用水平管蒸发高效的传热效果的同时，减小装置的占地面积，达到优化设备分布空间的目的。
附图说明
[0019]图1是本专利技术的结构示意图；
[0020]图2是本专利技术的第一效蒸发器的结构图；
[0021]图3是本专利技术的第二效蒸发器的结构图；
[0022]图4是本专利技术的第n效蒸发器的结构图；
[0023]图中：1第一效蒸发器；1
‑
1A管板；1
‑
1B管板；1
‑
2A淡水室；1
‑
2B淡水室；1
‑
3蒸汽入口管；1
‑
4A液封板；1
‑
4B液封板；1
‑
5A液封板；1
‑
5B液封板；1
‑
6A淡水水封排放孔；1
‑
6B淡水水封排放孔；1
‑
7蒸发室；1
‑
8二次蒸汽排放孔；1
‑
9水平换热管束；1
‑
10液封板；1
‑
11液封板；1
‑
12料液喷洒孔；1
‑
13进料液喷淋板；1
‑
14进料液入口管线；2第二效蒸发器；2
‑
1A管板；2
‑
1B管板；2
‑
2A淡水室；2
‑
2B淡水室；2
‑
3蒸汽入口管；2
‑
4A液封板；2
‑
4B液封板；2
‑
5A液封板；2
‑
5B液封板；2
‑
6A淡水水封排放孔；2
‑
6B淡水水封排放孔；2
‑
7蒸发室；2
‑
8二次蒸汽排放孔；2
‑
9水平换热管束；2
‑
10液封板；2
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种塔式顺流进料MVC蒸发系统，其特征在于，包括多个水平管降膜蒸发器构成的n效蒸发器，n≥2；各效蒸发器采用水平管降膜流动与蒸发方式；一个单效蒸发器由管板、进料液喷淋板、淡水室、蒸汽入口管、液封板、淡水水封排放孔、蒸发室、二次蒸汽排放孔、水平换热管束、料液喷洒孔组成；第一效蒸发器(1)与第二效蒸发器(2)之间的淡水室(1
‑
2A)与淡水室(2
‑
2A)、淡水室(1
‑
2B)与淡水室(2
‑
2B)分别采用液封板(1
‑
5A)、液封板(1
‑
6A)与液封板(1
‑
5B)、液封板(1
‑
6B)或液封管使生成的淡水在相邻两效淡水室之间形成液封连通，蒸发室(1
‑
7)与蒸发室(2
‑
7)采用液封板(1
‑
10)和液封板(1
‑
11)或液封管使产生的浓缩液在相邻两效蒸发室之间形成液封连通；所述的第二效蒸发器(2)及之后各效蒸发器，与后面的相邻蒸发器之间都采用相同的液封连通方式。2.用于权利要求1所述一种塔式顺流进料MVC蒸发系统的设计方法，其特征在于，步骤一：确定蒸发器内蒸发进料流体介质及流量m；步骤二：根据进料流体介质的物性确定MVC系统的工作温度区间
△
T
all
、蒸发器效数n和单效蒸发器的换热量Q；根据工艺要求确定单效蒸发器的传热温差
△
T、传热面积A，分别为：T、传热面积A，分别为：式中，
△
T
all
为MVC系统的工作温度区间，℃；n为蒸发器效数；Q为效蒸发器的换热量，W；
△
T为单效蒸发器的传热温差，℃；K为单效蒸发器的传热系数，W/m2·
℃，K的计算与流体种类、流动方式、传热温差
△
T、传热面结构等因素有关；根据现场具体空间和传热特征，确定单效蒸发器内水平换热管束的管长L和直径D；步骤三：根据单效蒸发器的换热面积A、换热管束的管长L和直径D确定单效蒸发器的总换热管数N为：式中：A为单效蒸发器的换热面积，m2；D为换热管束的直径，m；L为换热管束的管长，m；根据蒸发器的进料量确定水平换热管束水平方向单排的管数N1为：式中，m为MVC蒸发器内的进料流体介质的质量流量，kg/s；L蒸发器内水平换热管束的管长，m；Γ为蒸发器内进料流体介质的喷淋密度，kg/(s
·
m)；则单效蒸发器水平换热管束竖直方向单排的管数N2为:步骤四：单效蒸发器内水平换热管束的相关参数确定后，可确定水平换热管束最下沿...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈胜强，白帆，牟兴森，郭亚丽，沈慧姝，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：