双降膜螺旋板短程多效蒸发器组合探析.pdf

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CEIEMICAL ENGINEERING DESGN
化工设计2013,23(3
双降膜螺旋板短程多效蒸发器组合探析
桂月明*徐其鹏薏兴海朱家骅徐博雅夏素兰
四川大学化工学院成都610065
摘要为有效利用低位热能再生淡水,提出双降膜螺旋板短程多效蒸发组合技术,克服静液柱压差和二
次蒸汽流动压降。50~70℃热源温度下的实验表明,在3~6℃的小传热温差范围,系统能稳定工作。3℃传热温
差下,产水能力约11kg/(h?m2),实测总传热系数达2500W/(m2?K),具有工业应用前景。
关键词双降膜螺旋板低温多效蒸发有效传热温差
高效的资源与能源利用技术是可持续发展战
(3)二次蒸汽流动压降。
略的重中之重。尤其低位热能(太阳能、地热、
溶液蒸汽压下降由物性决定,不能改变,静
工业废热和市政污水废热等)回收利用具有巨大液柱压差及二次蒸汽流动压降则可通过过程创新
的潜力,要缓解世界水资源短缺、减少废水排予以改善,例如国内的水平降膜多效蒸发技术?
放り,低温热源海水淡化(或废水再生)是一个和国外的多效板式海水脱盐技术り。本文提出的
重要的解决途径。50~70℃的低温热源从自然环境
双降膜螺旋板短程多效蒸发器组合技术,其特
或工厂回收廉价可得,关键问题是利用其产生淡
点是利用螺旋板双通道的对称性构成每一效的传
水的效率必须经济可行。多效蒸发冷凝技术能源
利用效率高,产水比(产生淡水量与消耗热能折热壁面两側降膜蒸发与降膜冷凝同时发生,而上
合蒸汽量之比)与效数n成正比,其经济性受总
效(温度较高)的蒸发空间与下一效(温度较
有效传热温差△T的限制,因为各效完成一定的产低)的冷凝空间直接贯通,由此构成竖直方向上
水任务m;(假设ΔT平均分配于各效)所需换热
多效蒸发器组合结构,完全克服了静液柱压差和
器面积A1正比于n、反比于ムT,即:
二次蒸汽流动压降,实验证明其总有效传热温差
接近低温热源温度与环境温度之差(T-t)。
(UAT/n)(Uム7)
(1)
双降膜螺旋短程多效蒸紱结构特点
式中,r为水的汽化潜热,U为换热器的传热系
数,A;是投资与操作费用的控制性因素。从式
双降膜螺旋板短程多效蒸发基本单元结构见
(1)可知,保证产水比前提下减少A1的唯一途径图1。
是提高总有效传热温差ΔT。T与热源温度T、冷
源温度t和各效的温差损失81具有关系
螺旋换热板
筒体
猪尾管
△T=(7-t)-X
浓液出口
冷凝水抽出口
低温热源温度本身就不高,冷源温度由环境
收集盘
原水进口
决定,因此,提高总有效传热温差的唯一可选途
布膜喷头
径是减小各效的温差损失。引起多效蒸发温差损
失的原因2):
图1双降膜螺旋板短程多效蔡发基本单元
(1)溶液蒸汽压下降。
其螺旋通道的结构与普通螺旋板换热器基本
2)传热面至蒸发面静液柱压差。
相同,也是采用双板绕制形成均匀的冷、热流体
桂月明:四川大学化工过程机械专业在读硕土研究生。研究方向:传递过程与设备。E-mail:gulyuemingt@126.com
2013,23(3
桂月明等双降膜螺旋板短程多效蒸发器组合探析
间壁传热流道。所不同的是蒸发流道上端开放下力等一系列物性参数,根据换热器设计手册推荐
端封闭,允许流体沿开口的壁面流下形成降膜流的公式0?,可以编程计算获得?。总传热系数U
动,在壁面上受热蒸发,蒸汽逆流而上,降膜液理论计算值按下式得到
从下端“猪尾”管收集,通过加压泵和布膜喷头
在本效内循环;冷凝流道下端开放上端封闭,允
许二次蒸汽上升进入通道,在壁面上冷凝放热,2.2三效蒸发器组合实验
冷凝水形成沿壁面的降膜流动,落在其下部的收
图3为双降膜螺旋板三效菾发低温造水模拟实
集盘上,作为淡水产品引出。图1所示的基本单元验装置。
包含相邻两效,垂直组合后任一个单元既为其上
部单元提供二次蒸汽,同时又使其下部单元上升
而来的二次蒸汽冷凝,由此构成二次蒸汽自下而
上传递低位热能的短程多效蒸发器组合。其特点
下标1、2、
3效
E换热器;JL一-原水进口
一是传热壁两侧均为膜状冷凝或蒸发(见图2),
OL-浓缩液抽出
克服了静液柱压差;特点二是相邻两效的蒸发空
FO一冷凝水出口
M一温度正力传感
间与冷凝空间通过辅助空间(高度I)直接联通,
二次蒸汽从蒸发面直达冷凝面,克服了流动压降。
这样的结构特点,使每一个基本单元在3~6℃的
温差下即可稳定工作,所以利用50℃的低温热源
图3实验装置
即使在夏季(冷源温度32℃)也可以推动3~5效
低温多效蒸发冷凝造水。
第1~3效单元分别为S1、S2和S3,E1、E2
降膜冷凝
导热壁降膜蒸发
为前2效的双降膜螺旋板换热器,具体尺寸见表
1;E3为翅片管空冷器,直接用大气作为末效二次
蒸汽冷凝的冷源。第2效是主要的实验测试段。装
置工作过程:第1效S1中的原水经闪蒸产生的二
次蒸汽进入E1螺旋板降膜冷凝侧冷凝放热,热量
通过间壁传给E螺旋板降膜蒸发恻壁面上的第2
效原水降膜蒸发;E1产生的二次蒸汽通过S1与S2
的联通空间进入E2螺旋板降膜浚凝侧冷凝放热
热量又传给E2蒸发侧壁面上第3效原水降膜蒸发,
图2双降膜热阻示意图
产生的二次蒸汽上升进入翅片管换热器E3被大气
2双降膜螺旋板传热系数及三效蒸发器组冷却、在S3收集末效冷凝水。第2效S2内,原水
合实验
均匀喷酒在螺旋板E,顶端经溢流堰再次均化分布
2.1传热系数的理论计算
形成螺旋板上的降膜,吸收间壁传来的冷凝澘热
螺旋板两侧双降膜相变传热过程,见图2。串而蒸发;E2降膜冷凝侧产生的冷凝水m2和降膜蒸
联热阻为:①膜状冷凝热阻,1/h。;②间壁热阻,发側产生的二次蒸汽在E3冷凝得到的冷凝水m3
bk。;③膜状蒸发热阻,1/h、。式中,b和k。分分别计量收集,作为第2效实验测试再生水产率、
别为螺旋板金属材料的厚度与导热系数;h。和h、传热负荷以及评价实验系统热损失的依据。使用
分别为蒸汽膜状冷凝传热系数和液体降膜菾发传温度乐力传感器M1、M2、M3,分別测量1、2、3
热系数,涉及到液体流率、膜厚、粘度及表面张效温度及压力。