水平管蒸发器

降膜蒸发器中，制冷剂通过布液器滴淋到换 热管上，在上面发生降膜蒸发，水在管内流动，蒸发所 产生的蒸汽通过管束问的气流通道汇集到蒸发器两侧， 从顶部流出。根据管程布置方式的不同，降膜蒸发器有 水平布置和垂直布置之分。由于制冷剂流量沿管排方向 逐渐减少，位于蒸发器底部的管了容易缺液而产生干斑， 通常在降膜蒸发器底部存有一定量的制冷剂液体，底部 儿排管了沉浸在制冷剂中，换热方式为满液式换热，这 样可以减少或避免部分管了出现干斑现象，从而强化换 热，如图1中颜色较深部分所示。
利用所求的总传热系数以及管内外温差可以计算新的管 外热负荷。把计算热负荷与假定值进行比较，若误差满 足要求，则单元计算收敛，进入下一个单元；否则改变 管外热负荷值，重新迭代，直至误差满足要求。 图4 程序计算流程图
四、总结
降膜蒸发器的性能与管束布置、制冷剂液膜质量流 量、管程布置以及满液位置等因素有关。可以提高蒸发 器换热性能的具体措施有以下几点： (1)管了排列式采用义排，垂直管问距在允许范围内尽量 小时蒸发器换热效果好。 (2) 采用管程垂直布置，管程内流体流动方式为下进上 出这样可以提高蒸发器换热性能。
图1 蒸发器示意图
由于冷水温度沿轴向变化，制冷剂流量沿管排变化， 降膜蒸发器的性能沿管子轴向和管排均有变化；另外，在 同一排水平管中，因各管子在管束中相对位置不同，换热 性能也可能有所不同，因此，本文所建立分布参数模型考 虑了降膜蒸发器性能沿管长方向，管排垂直方向和水平方 向的变化，是一个三维模型。模型简化假设如下： (1)布液器布液均匀。 (2)气液界面处于热力学平衡态，制冷剂蒸汽处于饱 和状态。 (3)液膜传热既包括汽液界面上的对流蒸发，也包括 液膜内的核态沸腾。 (4)不考虑制冷剂蒸汽的剪力作用。
三、计算方法
具体计算流程见图 4。对任一单元体，其入口处管内流体 (冷水)及管外液膜(制冷剂)的质量流量和温度已知，所要 求解的是出口参数。计算方法为，先假定其外表面的热 负荷，然后通过质量、能量平衡方程和补充的传热关系 式，迭代求解出口参数，并计算管内外传热系数、总传 热系数以及产生的蒸汽量等参数。

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。

降膜蒸发的研究情况降膜蒸发是液体在重力和界面剪切力作用下，呈膜状向下流动被加热蒸发的过程。

降膜蒸发器主要有三类：水平管式降膜蒸发器、竖直管式降膜蒸发器和板式降膜蒸发器。

水平管降膜蒸发器中，液体经过分布器在水平管束外面形成液膜，在重力作用下向下流动。

竖直管降膜蒸发器中，液体从顶部进入，在液体分布器作用下在管内形成液膜，在重力的作用下沿管内壁呈膜状向下流动。

板式降膜蒸发器是在重力作用下，液体在加热板壁面上形成薄膜向下流动。

近年来，因为能源危机和环境问题，对于耗能设备的要求越来越高，开发高效蒸发设备对工业来说有重要意义。

降膜蒸发具有物料与加热面接触时间短、热通量高、压降小、静压头低和持液量低等优点，在较低的流率、较低蒸发温度下就有比较高的传热系数，因此在化工、医药、食品、冶金、轻工及海水淡化等工业生产中得到了广泛应用。

降膜蒸发中，下降液体在壁面铺展形成液膜，既增大了气液接触面积又降低了通过液膜的热力学阻力，同时也降低了蒸汽流经液膜表面的流动阻力。

降膜流动由于广泛应用于工业传热和传质过程中，引起了研究者大量的关注。

对于降膜蒸发的研究最早开始于Nesselt，随后很多研究者进行了实验和理论研究，试图给出降膜蒸发的传热关联式、传热传质的影响因素。

但是因为降膜蒸发中蒸发和沸腾的同时存在，很难分出各自单独的影响，而且由于实验过程中的模型及参数简化等因素，这些研究能够为工业应用提供的指导意义有限，还需要深入研究。

对于降膜传热过程，很多研究者根据实验提出了不同条件下的关系式。

Chun 和Seban对垂直管外降水膜的传热性能进行了详细的研究，通过测定壁温、饱和蒸汽压确定传热系数，得到实验关联式。

但是他们没有考虑二次蒸汽的影响，尽管如此，很多研究者验证模拟结果时都是依据Chun和Seban得到的关联式。

赵起、邓鸿在接近工业应用的条件下，考虑了二次蒸汽的影响并进行实验，得到了相关实验关联式。

T.A. Adib等用中试规模降膜蒸发器，研究沸腾传热系数以及相关过程参数的变化规律,简化处理了传热系数的影响因素，结果发现纯水的变化规律与非泡核沸腾和湍流形态的数据一致，糖水溶液的传热与降膜蒸发器的整个传热系数的方程式有相同的变化趋势。

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

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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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

图 １ 降 膜 式 蒸 发 器 原 理 图
蒸 发器 由布 液 器 、 蒸发 管 、 和排 气 通道 组 成 。流 泵
收稿 日期 ：０ ６０ —０ ２ ０ —７１
通 讯 作 者 ： 友 ， ｍａ ：ｙ ｊ ．ｄ ．ａ 费继 Ｅ ｉｆ ＠ｄｔ ｅｕ ｃ ｌ ｕ
维普资讯
费继友 ， 李 连 生
（ 安交 通大 学 ） 西
（ 大连交 通 大学 ）
摘 要 对 应 用 于 空 气调 节 和 制 冷 方 面 的水 平 管 降 膜 式 蒸 发 器 原 理 进 行 简 述 ， 分 析 设 计 水 平 管 降 膜 式 在 蒸 发 器 时 ， 要 考 虑 制 冷 剂 在 水 平 光 管 上 流 动 模 式 。给 出影 响 制 冷 剂 在 水 平 光 管 上 流动 模 式 的关 键 参 数 。 需 关 键 词 降 膜 蒸 式 发 器 流动 模 式 膜 雷诺 系数
过 电子 膨胀 阀 的含 油 制 冷剂 通 过 进 液 管道 流 到 布 液器内， 经布 液器 均 匀 布 液 到蒸 发管 上 ， 蒸 发 管 在
上 形成 一层 薄膜 和 流经管 内 的冷 媒水 进行 热交换 ，
用途 主要 集 中于 降 膜 蒸 发 在 海 洋 热 能 转 换 系 统 （ Ｔ Ｃ 和溴化 锂机 组 的应 用上 ， 且 都 使 用水 或 Ｏ Ｅ ） 并 者氨水 作为工 质 。在空气 调节 和制冷 方 面 ， 降膜蒸 发技 术相 比满 液式 蒸发器 具有 高 的传 热 系数 、 较低 的制冷 费用 等优 点 。而 应 用 于空 气 调 节 和制 冷 方 面 的水平 管 降膜式 蒸 发 器 只有 少 数 学 者 涉及 到这
制 冷剂 在一 定 的蒸发 温度下 蒸 发 ， 蒸发 的制冷 剂 未 和油沉 积在 蒸发 器 的底部 ， 由泵 输送 到压 缩机 的 回 油 口 ， 发 的制冷 剂 由蒸 汽通道 经 出气管 道 回到压 蒸

0.000585 0.000731 0.001187 2.7 0.001237 0.001286 0.001902 0.001978 0.001138 0.001187 0.001237 0.001286 3.14 0.001978 0.002869 0.002968 0.003067 0.000845 0.000910 0.001138 0.001187 3.6 0.001237 0.001978 0.002869 0.002968 注：* 临界状态点；\ 不成膜
2.1 波长λT的验证计算以及布液器开孔间距的确定
布液器上开孔间距分为沿蒸发管轴向的纵向间距以及沿垂直于蒸发管轴向的横向 间距。纵向间距是影响制冷剂液体在蒸发管轴向分布均匀度的关键因素。横向间距是根 据蒸发管束的布置形式确定的。 布液器开孔纵向间距受波长制约， 波长为从单孔流下的液体在蒸发管上延伸的最大
4. 当 1.414GaL0.233≤ReГ≤1.448GaL0.236，处于柱状流到片状流过渡的混合流体态。 本文控制制冷剂流量、蒸发管外径等相关参数，使流动处于严格的柱状流流态。为 了找到使流动处于柱状流的速度，在已知开孔孔径以及管外径的前提下，可得单孔流量 及单孔流速：
qm 孔 =
π d out μ ReΓ
速度分布图
图 6 速度u＝0.12m/s模拟结果图(d孔＝3.14mm)
图 7 速度u＝0.29m/s模拟结果图(d孔＝3.14mm)
汽液两相图
速度分布图
汽液两相图
速度分布图
图 8 速度u＝0.07m/s模拟结果图(d孔＝3.14mm)
\ 0.010840 选定非耦合隐式求解器， 动量方程为一阶迎风差分格式， 为动态模拟液膜形成过程，
选用非稳态求解方式，同时为了更好的跟踪气液相交界面，选用 VOF 两相模拟方法。 建立相应的边界条件，设置上端面两端为速度入口边界，入流速度取不同值，温度 保持为 5℃，下端边为 Outflow 边界，两侧边为对称边界。

关键 词 ：降膜式 蒸发 器 ； 数值 模拟 ； 制冷 系统 ； 管方式 ； 布 气流通道 中图分类号 ：Ｔ ６ ７ ５ 文献标 志码 ：Ａ 文章 编号 ：０ ５ —８ Ｘ（ ０ ８ ０ —３ ８０ Ｂ ５． ２ ３９ ７ ２ ０ ） ３０ １—５ Ｎｕ ｅ ｉ ａ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｆ Ｆｌ ｗ ｎ ｉ ｌｉ ｇ Ｆｉｍ ａ ｒ ｔ ｒ ｗｉｈ ｍ ｒ ｃ ｌＳ ｍ ｌ ｔｏ ｏ ｏ Ｉ ｓｄｅ Ｆａ ｌｎ ｌ Ｅｖ ｐｏ ａ ｏ ｔ Ｈｏ ｉ ｏ ａ ｂ ｓ Ｒｅ ｒ ｇ ｒ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｒ ｚ ｎｔ ｌＴｕ ｅ ｆ ｉ ｅ ａ ｉ ｎ Ｓ ｓ ｅ
阮并 璐 ，刘 广彬 ，赵远扬 ，李连 生
（ 西安交通大学流体 机械与压缩机 国家工程研究 中心 ，７０ ４ ， １０ ９ 西安）
摘 要 ：采 用 Ｆ ＵＥ Ｌ ＮＴ 两相流 ＶＯ Ｆ模 型 ， 对制 冷 系统 中水 平管 降膜 式 蒸发 器 内部 流 场进行 了数值
模 拟 ， 究 了蒸发 器 内部 蒸发 管的不 同布 管方式 对蒸 发 器 内部 流 场 的影 ｔ Ｓ ｍｕ ａｉｎ ｏ ｈ ｎ ｅ ｌｗ ｉｌ ｆａｈ ｒｚ ｎ ａ ｕ ｅ ｆｆｌ ｎ ｉ ｅ ａ ｏ ａｏ ｎ ａ ｓｒ ｃ ： ｉ ｌｔ ｎ ｔ ｅ ｉｎ ｒｆｏ ｆ ｄ ｏ ｏ ｉｏ ｔｌｔ ｂ ｓｏ ａｌ ｇ ｆ ｍ ｖ ｐ ｒ ｔ ｒｉ ｏ ｅ ｉ ｌ ｒｆｉｅ ａｉｎ ｓ ｓｅ ｗａ ｅ ｆ ｒ ｄ ｕ ｉｇｔ — ｈ ｓ ｌｗ ｄ ｌ ｅｒ ｒ ｔ ｙ ｔｍ ｓｐ ｒｏ ｍｅ ｓｎ ｗｏ ｐ ａ ｅｆｏ ｍｏ ｅ ＶＯＦ ｉ ｇ ｏ ＦＩ ｎ ＵＥＮＴ ，ａ ｄ ｔ ｅｉ ｆ － ｎ ｈ ｌ ｎ ｕ ｅ ｃ ｆｄｆｅ ｅ ｔｔ ｂ ｒ ａ ｇ ｍ ｅ ｔ ｎ ｔ ｅ ｆｏ ｆ ｌ ｓｅ ａ ｎ ｄ Ｔｈ ｅ ｕｔ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅ ｎ ｅｏ ｉ ｒ ｎ ｕ ｅ ａｒ ｎ ｅ ｎ ｓｏ ｈ ｌｗ ｉ ｄ ｗａ ｘ ｍｉｅ ． ｆ ｅ ｅ ｒ ｓ ｌｓｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｌｒ ｅｖ ｐ ｒｖ ｌｃｔ ｎ ｈ ｏ － ｎｆ ｒ ｆｏ ｆ ｌ ｓｄ ｈ ｖ ｐ ｒ ｔ ｒａｆｃ ｈ ｉｔｉ ｕ ｉｎｏ ａｇ ａ ｏ ｅｏ ｉ ａ ｄ ｔ ｅｎ ｎ ｕ ｉ ｍ ｌｗ ｉ ｄ ｉ ｉｅｔ ｅｅ ａ ｏ ａｏ ｆｅ ｔｔ ｅｄｓｒｂ ｔ ｆ ｙ ｏ ｅ ｎ ｏ ｌ ｕｄ ｄ ｏ ｌｔ ｉｎｆ ａ ｔｙ ｂ ｃ ｕ ｅｏ ｈ ｍ ａｌ ｅｒｇ ｒ ｎ ｉｕｄ ｖ ｌｃｔ ． Ｗ ｈ ｎ ｔ ｅ ｖ ｌｃｔ ｆ ｉ ｉ ｒ ｐｅｓｓｇ ｉｉ ｎ ｌ ｅ ａ ｓ ｆ ｅｓ ｌ ｒ ｆｉｅ ａ ｔｌ ｉ ｅｏ ｉｙ ｑ ｃ ｔ ｑ ｅ ｈ ｅｏ ｉ ｏ ｙ ｔ ｅｒ ｆｉｅ ａ ｔｆ ｗｉｇ ｉ ｔ ｈ ｖ ｐ ｒ ｔ ｒｉ ｍ ａｌ ｔｓ ｅ ｓｍｏ ｅ ｓ ｉ ｂｅ ｔ ｄ ｐ ｈ ｕ ｅａ — ｈ ｅｒｇ ｒ ｎ ｌ ｎ ｎ ｏ ｔ ｅｅ ａ ｏ ａｏ ｓｓ ｌ，ｉ ｅｍ ｒ ｕｔ ｌ ｏ ａ ｏ ｔｔ ｅｔ ｂ ｒ ｏ ａ ｒ ｎ ｅ ｎ ｔ ｏ ｉｏ ｔｌｖ ｐ ｒｐ ｓａ ｅ ． Ｉ ｓ ｌ ｅｙ ｔ ａ ｈ ｕ ｅ ａ ｒ ｎ ｅ ｎ ｔ ｍａｌｒ ａ ｇ ｍｅ ｔｗｉ ｈ ｒｚ ｎ ａ ａ ｏ ａ ｓ ｇ ｓ ｔｉ ｉ ｌ ｈ ｔ ｔ ｅ ｔ ｂ ｒａ ｇ ｍｅ ｔｗｉｈ ｓ ｌ ｈ ｋ ｅ ｓ ａ ｅｉ ｈ ｐ ｅ ｏ ｔｏ ｎ ａ ｇ ｒｓ ａ ｅｉ ｈ ｗｅ ｏ ｔ ｎｉ ｏ ｅｒａ ｏ ａ ｌ ｂ ｃ ｕ ｅｏ ｈ ｐ ｃ ｎ ｔ ｅｕ ｐ ｒｐ ｒｉｎａ ｄｌｒ ｅ ｐ ｃ ｎｔ ｅｌ ｏ ｒｐ ｒｉ ｍ ｒ ｅ ｓ ｎ ｂｅ ｅ ａ ｓ ｆｔ ｅ ｏ ｓ ｌｒ ｅｐ ｏ ｏ ｔ ｎ ｏ ｈ ａ ｏ ｒ ｍ ｌｏ ｅ ｅｒｇ ｒ ｎ ｎ ｉｅｔ ｅ ｂ ｔｏ ｏ ｈ ｖ ｐ ｒ ｔ ｒ ａｇ ｒ ｐ ｒｉ ｆｔ ｅ ｖ ｐ ｒｆｏ ｆ ｄ ｄ ｒｆｉｅ ａ ｔｉ ｓｄ ｈ ｏ ｔｍ ｆｔ ｅｅ ａ ｏ ａｏ ． ｏ ｏ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｆｌ ｎ ｉ ｅ ａ ｏ ａ ｏ ； ｎ ｍ ｅｉａ ｉ ｌｔｏ ｙ ｒ ｓ ａｌ ｇ ｆ ｍ ｖ ｐ ｒ ｔ ｒ ｉ ｌ ｕ ｒｃ ｌ ｓｍｕ ａｉｎ； ｒ ｆｉｅ ａｉｎ ｓ ｓｅ ； ｔ ｂ ｒａ ｇ － ｅｒｇ ｒ ｔ ｙ ｔｍ ｏ ｕ ｅ ａ ｒｎ ｅ

蒸发器主要由加热室与分离室组成。

按加热室的结构和操作时溶液的流动情况，可将工业中常用的间接加热蒸发器分为循环型(非膜式)和单程型(膜式)两大类。

一、循环型(非膜式)蒸发器这类蒸发器的特点是溶液在蒸发器作连续的循环运动，以提高传热效果、缓和溶液结垢情况。

由于引起循环运动的原因不同，可分为自然循环和强制循环两种类型。

前者是由于溶液在加热室不同位置上的受热程度不同，产生了密度差而引起的循环运动；后者是依靠外加动力迫使溶液沿一个方向作循环流动。

(一)中央循环管式(或标准式)蒸发器中央循环管式蒸发器，加热室由垂直管束组成，管束中央有一根直径较粗的管子。

细管单位体积溶液受热面大于粗管的，即前者受热好，溶液汽化得多，因此细管汽液混合物的密度比粗管的小，这种密度差促使溶液作沿粗管下降而沿细管上升的连续规则的自然循环运动。

粗管称为降液管或中央循环管，细管称为沸腾管或加热管。

为了促使溶液有良好的循环，中央循环管截面积一般为加热管总截面积的40％一100％。

管束高度为1—2m；加热管直径在25～75mm之间、长径之比为20～40。

中央循环管蒸发器是从水平加热室、蛇管加热室等蒸发器发展而来的，相对于这些老式蒸发器而言，中央循环管蒸发器具有溶液循环好、传热效率高等优点；同时由于结构紧凑、制造方便、操作可靠，故应用十分广泛，有“标准蒸发器”之称。

但实际上由于结构的限制，循环速度一般在0.4～0.5m／s以下；且由于溶液的不断循环，使加·热管的溶液始终接近完成液的浓度，故有溶液粘度大、沸点高等缺点；此外，这种蒸发器的加热室不易清洗。

中央循环管式蒸发器适用于处理结垢不严重、腐蚀性较小的溶液。

(二)悬筐式蒸发器悬筐式蒸发器是中央循环管蒸发器的改进。

加热蒸汽由中央蒸汽管进入加热室，加热室悬挂在器，可由顶部取出，便于清洗与更换。

包围管束的外壳外壁面与蒸发器外壳壁面间留有环隙通道，其作用与中央循环管类似，操作时溶液形成沿环隙通道下降而沿加热管上升的不断循环运动。

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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

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虽然前人对水平管外 降膜蒸发传热进行 了大量 ， 是， 但 由于实 验条 件
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ｎ ０ －４
和理论 模 拟假设 条件 的不 同 ， 们 所 得 出 的结 论 有 他 所差 异 。另外 ， 外 液 膜厚 度 的分 布 规 律 在一 定 程 管
摘要： 本文采用数值模拟方法 ， 通过观察不 同条件下液 膜流 动状态 以及计算 相应 状况下 的液膜 厚度 ， 究 水平 研 管 降膜蒸 发器管外液体流动 的影响 因素并对 管束 结构进 行优化 。计算结 果表 明 ： 旋转 三角 形管束 布置有利 于 在传热 管上形成 稳定的液膜 ， 而三角形 管束布置有利于传热管上液体 的混 合 ； 间距 和液体 的初始 流速对 降膜 管 蒸 发器 管外液体流动有重要影响 ， 随着管间距的增大 以及液体初始 流速的减小 ， 管柬 中呈现柱状 流的管排 范 围
ａ三角形管束 结构
ｂ 旋转三 角形管束结构
究 ， 到管 间距等 参 数 共 同作 用下 管 束 中处 于 不 同 得 位 置 的传热 管外 ９ 。 膜 厚 的 变化 情 况 。另 外 ， ０处 许 莉 等 用 测微 仪测 量 了绝热 情 况 下 ， 外 水 膜 平 均 管 厚 度及 其概 率分 布 与流率 、 径 的关 系。但是 ， 管 以上
减 小。
关键词 ： 降膜 ； 发 ； 蒸 管束 ； 优化 ； 数值模 拟
中 图 分 类 号 ：Ｂ ５ ． Ｔ ６７５ 文献标识码 ： Ａ
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管式蒸发器的工作原理
管式蒸发器是一种常用的蒸发设备，它的工作原理如下：
1. 流体进入管式蒸发器：待蒸发的液体通过进料装置进入管式蒸发器。

流体一般是被蒸发物质的溶液或悬浮液。

2. 热源提供热量：管式蒸发器中的热源（如蒸汽或热水）通过加热元件提供热量。

加热元件一般是管内蒸汽或热水，通过与待蒸发的液体接触，将热量传递给液体。

3. 液体加热蒸发：液体在加热元件的作用下被加热，温度升高。

当液体温度超过其沸点时，液体开始蒸发。

蒸发过程中，蒸汽与液体以及气体形式共存。

4. 冷却与凝结：蒸汽随着气体从顶部排出管式蒸发器，而液体部分则下沉。

蒸发的液体在与冷却介质接触的过程中，会释放出热量，并逐渐冷却下来。

经过一段冷却时间后，液体中的蒸发物质会发生凝结，形成固体或粘稠的浓缩物。

5. 收集浓缩物：经过冷却凝结的物质会在管式蒸发器的底部收集。

浓缩物可以通过出料装置排出管式蒸发器，以便进一步处理或回收利用。

通过这个循环过程，管式蒸发器能够将液体中的溶质或悬浮物质进行分离和浓缩。

其主要特点是结构相对简单，操作灵活，并具有较高的热效率和蒸发能力。

它广
泛应用于化工、制药、食品等行业中的浓缩、脱水、净化等工艺。

基于VOF模型的水平管蒸发器液膜流动数值研究丁鑫;陈晔;贾可俊【摘要】在水平管降膜蒸发器液体分布器的设计中,布液管结构参数影响着液体的成膜质量,为了简化设计计算,提出了利用有限元数值计算软件研究开孔间距与其他结构参数的关系.开孔间距的大小与液膜在蒸发管外壁面形成的宽度有关.而影响蒸发管外壁面液膜宽度的主要因素有2个:布液孔孔径和布液孔穿孔流速.因此,课题组采用VOF模型,模拟蒸发管外壁面液膜流动形态,探讨不同孔径和穿孔流速下的液膜宽度值,利用中心复合实验得出液膜宽度Lm(开孔间距l)关于穿孔流速v和孔径d的关系式.结果表明:通过得到的关系式可以建立3者之间的内在关系,计算出不同孔径和穿孔流速下的开孔间距值.该关系式能够简化液体分布器布液管各结构参数的设计和计算,具有一定的参考和应用价值.【期刊名称】《轻工机械》【年(卷),期】2018(036)005【总页数】6页(P40-44,52)【关键词】水平管蒸发器;液体分布器;液膜宽度;VOF模型【作者】丁鑫;陈晔;贾可俊【作者单位】南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京 211816;南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京 211816;南京工业大学机械与动力工程学院,江苏南京 211816【正文语种】中文【中图分类】TQ051.62水平管降膜蒸发器因其具有蒸发效率高，传热温差小，以及对介质发泡、结焦不敏感等优点，被广泛应用于热敏性，易发泡，含盐量较高物料的蒸发浓缩[1]。

作为蒸发器最重要的组成部分，液体分布器的作用是将物料通过布液管均匀喷洒到水平蒸发管外壁面上，其管外壁液膜的质量成为评价该液体分布器性能优劣的重要依据[2]。

在进行液体分布器布液管的结构设计时，不能脱离蒸发管外壁面成膜状态而臆测，两者相互影响，相互制约。

根据液膜的膜厚和铺展距离可以确定布液管的结构参数，而合适的布液管结构参数有利于获得更加均匀，成膜性更好的液膜[3]。

影响蒸发管外壁液膜质量的布液管结构参数主要有4个：布液管管径D、开孔间距l、布液孔孔径d和布液管穿孔流速v。

最全面的MVR蒸发工艺知识一、蒸发工艺及设备简介（降膜为主）蒸发（或蒸馏法）虽然是一种古老的方法，但由于技术不断地改进与发展，该法至今仍是浓缩或制淡水的主要方法。

蒸馏过程的实质就是水蒸气的形成过程，其原理如同海水受热蒸发形成云，云在一定条件下遇冷形成雨，而雨是不带咸味的。

根据所用能源、设备、流程不同主要可分多效蒸发、多级闪急蒸发、蒸汽压缩蒸发（MVR）等。

多效蒸发技术多效蒸发是最古老的淡化方法之一，在多级闪蒸诞生以前一直是蒸发、浓缩的主导。

原理：多效蒸发是由单效蒸发组成的系统。

将前一蒸发器产生的二次蒸汽引入下一蒸发器作为加热蒸汽，并在下一效蒸发器中冷凝成蒸馏水，如此依次进行。

原料水进入系统方式：有逆流、平流（分别进入各效）、并流（从第1效进入）和逆流预热并流进料等。

1、多效蒸发的特点与多级闪蒸比较而言的。

优点：①多效蒸发的换热过程是沸腾和冷凝传热，是相变传热，因此传热系数是很高。

总的来说多效蒸发所用的传热面积比多级闪蒸少。

②多效蒸发通常是一次通过式的蒸发，不像多级闪蒸那样大量的液体在设备内循环，因此动力消耗较少；③多效蒸发的浓缩比高；④多效蒸发的弹性大。

2、多效蒸发流程的分类多效蒸发的工艺流程主要有三种，顺流、逆流和平流。

顺流：是指料液和加热蒸汽都是按第一效到第二效的次序前进。

特点：①多效的真空度依次增大，即绝对压力依次降低；故料液在各效之间的输送不必用泵，而是靠压差自然流动到后面各效；②温度也是依次降低，故料液从前一效通往后一效时就有过热现象，也就是发生闪蒸，产生一些蒸汽，即淡水；③对浓度大，黏度也大的物料而言，后几效的传热系数就比较低；而且由于浓度大，沸点就高，各效不容易维持较大的温度差，不利于传热。

平流：平流是指各效都单独平行加料，不过加热蒸汽除第一效外，其余各效皆用的是二次蒸汽。

适用于：容易结晶的物料，如制盐，一经加热蒸发，很快达到过饱和状态，结晶析出。

在水处理过程中主要是要获取淡水，不需用逆流和平流，而且逆流和平流没有顺流的热效率高。

２１ 第１月 ０卷 １ ０ 第５ 年 １１ 期
中 国科 技 论 文 在 线
Ｓ Ｅ Ｅ ＡＰ ＲＯＮＬＮＥ ＣＩＮＣ Ｐ Ｅ Ｉ
Ｖ１ ＯＩ ｂ５ ． ．Ｎ
ＮＯ ．０ ０ Ｖ２ １
水平管低温 多效 蒸发技术在废水蒸发 中的应用
杨 洛 鹏
（ 大连理工 大学海洋能源利 用与 节能教 育部重点实验 室， 宁大连 １６ ２ ） 辽 １０ ４
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废水蒸发的能耗得到了大幅度降低，相对于其它废水蒸发方法，该技术具有独特的优势。 关键词 ：水平管低温多效 蒸发 ；水 平管降膜蒸发器 ；混合 式废水蒸发器 ；废水蒸发 ；能耗
中图分 类号 ：Ｔ １ ８ Ｋ０ ＋ 文献标 志码 ：Ａ 文章编号 ：１７ —７ ８ （０ ０１ —０ ７ —４ ６ ３ １０２ １ ）１ ８ １
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专利名称：一种除雾式水平管降膜蒸汽再压缩蒸发器专利类型：实用新型专利
发明人：王智健,柯鲁靖,王仁和
申请号：CN201621091990.5
申请日：20160929
公开号：CN206121192U
公开日：
20170426
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及一种除雾式水平管降膜蒸汽再压缩蒸发器。

主要解决现有蒸发器在蒸发的过程中常有少量物料被蒸汽夹带出来的现象，从而造成压缩机寿命缩短和蒸馏水因夹带物料而达不到排放标准的问题。

包括机体、物料输送装置、蒸发列管、出料装置以及布液装置，布液装置上方与蒸汽出口之间设有旋液分离器，旋液分离器包括第一支架、第二支架以及导流片，导流片为“S”型且呈间隔阵列分布，且相邻导流片之间形成蒸汽除雾进口，各相邻导流片之间形成蒸汽除雾出口。

该除雾式水平管降膜蒸汽再压缩蒸发器通过在水平管蒸汽再压缩蒸发器中设置旋液分离器，利用该旋液分离器折流式气液分离装置进行气液分离，以保护压缩机和保证蒸馏水的清洁。

申请人：浙江中机环保科技股份有限公司
地址：325025 浙江省温州市龙湾区天河街道滨海园区A508地块
国籍：CN
代理机构：北京方圆嘉禾知识产权代理有限公司
代理人：董芙蓉
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