[发明专利]一种载热气驱动的超重力强化蒸发的装置及方法

说明书

一种载热气驱动的超重力强化蒸发的装置及方法，属于蒸发技术领域，可解决现有蒸发设备存在的成本高、占地面积大、易堵塞等问题，本发明通过调节旋转填料床转速，高速旋转的填料对溶液的高剪切作用，把溶液分割成具有一定线速度的极薄的液膜和细小的液滴，增大气液接触面积和强化载热气和溶液的碰撞接触，同时使得液膜厚度减小和增大平均温差，提高传热系数。超重力快速高效蒸发技术，在超重力设备内进行直接接触换热蒸发，工艺简单，对温度实现灵敏控制，操作性可控性增强。超重力设备成本低、换热效率高、占地面积小、开停车方便。可使用烟道气等作为热源，进行热回收利用；蒸发出的溶剂实现回收，有良好的经济效益。

技术领域

本发明属于蒸发技术领域，具体涉及一种载热气驱动的超重力强化蒸发的装置及方法。

背景技术

超重力技术的核心是旋转填料床，通过旋转填料床中快速旋转的填料产生的离心力来模拟超重力场，用以强化传递与混合过程。具有传质效果好、停留时间短、持液量小、开停车容易、设备体积小等优点。旋转的填料代替垂直静止的填料塔，使得气液两相在旋转填料层中充分接触，从而完成传质和传热。它的适用范围广泛，既可用于传质分离过程，又可用于反应过程。液体在填料中被连续分散剪切，提高表面更新速度，同时增大气液相的湍流程度，强化了传热和传质。

工程上把采用加热方法将含有不挥发性溶质（通常为固体）的溶液在沸腾状态下使其浓缩的单元操作称为蒸发，进行蒸发过程的设备称为蒸发器。传统的蒸发技术均采用间接接触的方式进行蒸发，传热效果受到限制，同时存在易结垢、能耗较高、成本较高、易腐蚀等问题。不少学者的研究热点是蒸发设备，旨在提高传热面积和界面更新速度等，直接接触换热蒸发引起了众多关注。

超重力直接接触蒸发技术采用气液直接接触的方式进行换热，载热气和溶液直接换热，传热过程迅速。由于高速旋转的填料对溶液有高剪切作用，把溶液分割成具有一定线速度的极薄的液膜和细小的液滴。气体通过高速旋转、弯曲、狭窄多变的、充满极薄液膜和细小液滴的填料层中的空隙，加大与溶液和填料之间的碰撞接触，液膜厚度减小，此时传热总表面积是填料面积和液膜面积之和，提高了传热系数，强化传热、传质过程。

超重力直接接触蒸发技术无需设置换热面，可大幅提高传热系数，具有节能优势，更有经济性；连续操作易于浆料处理，温度更易控制，处理效率更高。

中国专利CN104689584A公布了一种热泵驱动的超重力场强化蒸发系统，使用热泵技术实现系统的加热和制冷，在蒸发室中利用超重力旋转场和液体加热循环气体的方式提高气体载湿能力，设有独立的回热除湿设备，更节能，降低蒸发温度。但是需要设置多级回热除湿器，除湿填料塔等，还需要运用热泵技术，流程较复杂，易结垢，不适合处理高粘度液体。相对而言，本发明只需要空气加热设备或热回收再利用设备，减少蒸汽热源的输入；另一方面，载热气不进行封闭循环，不需要对湿空气进行除湿回收利用，减少设备的投入，流程更简洁，适用性更强。

中国专利CN104707350B公布了一种蒸汽驱动的超重力场强化蒸发系统，主要利用水分子随着温度的升高其逃逸动能增大的原理，让高温溶液与大气进行传热传质来提高出口空气含湿量。存在的问题是需要将溶液预热到高温，能耗较大，不适用于低温蒸发以及热敏性物质的蒸发。相对而言，本发明是用高温气和常温液进行换热蒸发，可以实现低温和热敏性物质蒸发，预热空气需要的能耗更少。

中国专利CN206219256U公布了一种超重力场强化废水蒸发塔，塔体内从上往下依次设置有丝网除沫器、液体分布器、规整填料、液体再分布器以及气体分布器。废水通过液体分布器在自身重力作用下落入规整填料，与底部上来的热风接触，加大了接触面积，加速蒸发水分及延缓下落速度。存在的问题是此专利中填料是静止的，无法实现超重力环境，强化蒸发效果有限。相对而言，本发明使用电机带动填料旋转形成超重力场，气液雾化接触，传热蒸发效率更高；不仅可以蒸发处理废水，还可用于溶液浓缩等。

发明内容