[发明专利]具有强化传热、防结垢性能的沸腾蒸发装置及操作方法

说明书

本发明涉及一种具有强化传热、防结垢性能的沸腾蒸发装置与操作方法。它属于传热蒸发技术。

沸腾蒸发过程广泛应用于石油炼制、化工、轻工、食品、能源、废水处理、环保等各行各业与技术领域中。它的技术关键问题在于：一是传热的强化，二是防垢或除垢(这里所说的垢主要是指溶液中的溶质结晶体及其它污物与器壁粘接的固体层)。尤其是在盐卤、芒硝、烧碱、氯化钙、氧化铝以及食品、医药等溶液的蒸发过程中，上述强化传热和防、除垢技术则更为重要。对于沸腾蒸发，现有的强化传热技术，是采用泵输送溶液以实现具有一定流速的强制循环方式来实现的。而防垢则是采取避免在加热室内沸腾蒸发的方法，这种方法降低了传热效率，扩大了设备的换热面积，所付出的代价往往是很大的。至于垢层形成后停工清除的办法，不但减少了有效的生产时间、降低了产量，而且消耗了人力、物力，增加了产品的成本。

本发明的目的，在于提供一种具有强化传热、防结垢性能的沸腾蒸发装置及其操作方法，从而可有效地降低沸腾蒸发过程的能耗与材耗，又可大大提高生产效率。

为达到上述目的，本发明是通过下述技术方案加以实现的。包括由蒸发器、溶液罐、溶液泵、汽体收集器、接收罐及它们之间连接管道所构成的沸腾蒸发装置，其特征在于：设置了两台离心式分离器，并且实现如下工艺过程，蒸发器顶部出口与其中一个分离器相连，该分离器下部出口与蒸发器底部及溶液泵出口相连，分离器上部出口与另一个分离器相连，该分离器顶部出口与汽体收集器相连，它的下部连接接收罐，侧面设有出口与溶液泵入口相连。

应用上述特征的沸腾蒸发装置，一般操作方法可采用：在蒸发器内汽—液—固三相流中加入一定量的具有特定形状和尺寸的金属或非金属的惰性颗粒体，该惰性颗粒体可呈球形，或为短圆柱，或为空心球，或为短圆环形，颗粒体的当量直径为0.5～15mm，颗粒体的加入量为蒸发器总容量的1～30％。

附图为本发明装置的示意图。其中1为蒸发器、2为离心式分离器、3为汽体收集器、4为离心式分离器、5为接收罐、6为溶液罐、7为溶液泵。

现就附图对本发明装置及操作方法作较为详细的说明如下。溶液与惰性颗粒进入蒸发器，受热后便形成了汽—液—固三相流，其中惰性颗粒体则形成具有一定运动流型的粒子流，该粒子流不断与壁面碰撞，且粒子间相互碰撞，扰动与破坏了壁面边界层，因此不但强化了传热，而且结晶体及污物亦难以在壁面形成垢层，发挥了强化传热和阻止结垢的双重效能，从而可大大提高蒸发器的生产能力。由蒸发器流出的三相流进入分离器2后，经过离心分离，惰性颗粒体沉降至泵出口处同溶液一起再流入蒸发器，于是便形成了惰性颗粒体从蒸发器至分离器2，再从分离器2至蒸发器的流动循环，在该流动循环中，实现了惰性颗粒体与汽—液—固三相流的分离和混合的过程。由分离器2上部流出的汽—液—固进入分离器4，经分离后，具有高浓度溶质的溶液从其底部排入接收罐，溶剂汽体由其顶部排入汽体收集器，残留溶液则由分离器侧面出口排出经泵入口同原料溶液汇合进入蒸发器，经加热后，再至分离器2和分离器4，则形成了溶液流动的大循环，在该循环中溶液实现了浓缩及溶剂与溶质的分离。

本发明装置中的蒸发器与现有的蒸发器相比较，其换热系数可提高2～3倍，并且能做到长期连续操作运行，不停产除垢。

本发明的沸腾蒸发装置及其操作方法不仅可用于盐卤、芒硝、烧碱、氯化钙、氧化铝、医药、食品等溶液的沸腾蒸发，也可用于蒸馏与传热过程，以及锅炉运行和重力热管、废水处理、环保等领域，并都可达到强化传热和防垢的目的。