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关于降膜蒸发器的布膜器的设计钻研2023-07-20

在石油化工装置中，为了提高传热效能，选取降膜蒸发器是一个解决法子。降膜蒸发器拥有物料停顿功夫短、阻力降低、传热效能高、蒸汽利用率高、结垢少蹬着点，宽泛用于化工、轻工、食品、造药等行业中。

1 降膜流动及降膜蒸发的道理

1.1 降膜流动道理

降膜流动是一种两相流。管内液体在沉力、离心力及剪切力的作用下，沿着管内壁下滑。液体薄膜沿着某种大局的固体壁面流动，同时液体薄膜由于受热蒸发造成蒸汽，此蒸汽即为二次蒸汽，在加热管内形成气液两相流动。

薄层流体在沉力作用下沿倾斜或垂直壁面运动，在起头的一段距离内，运动是加快的，速度散布沿流动方向发展，和管流时一样，也可称这一段为进口段。经历这一段后，速度散布恒定，沿流动方向的流动个性不再变动。降膜流动是有自由面的运动，相识这种流体运动的重要难题在于，膜流动的很多个性又都和自由面有关，不能预先正确地确定自由面的地位，而由于自由面的存在，液膜内流动状态的根基类型能够概括为层流、颠簸层流、湍流及颠簸湍流等。

1.2 降膜蒸发道理

降膜蒸发器内的热传递过程能够简化为如图1的一个部门模型，图中阴影区域为降膜蒸发器内换热管壁的剖面示意图。热流体和冷流体别离流经换热管内表两侧壁面，并通过换热管壁实现热量的传递。

图1 换热管部门传热过程示意图

在换热管的表壁表表通蒸汽，而在换热管的内壁表表，进入降膜蒸发器的液体经过液体散布器的均匀散布，以厚度均匀的膜状大局沿着内壁表表流下。蒸汽与温度相对较低的换热管表壁在其界面处产生热传递，部门热量从热的蒸汽传递给壁面。

热传递的了局导致在管壁两侧产生分歧的热景象：由于被加热，在换热管的内壁表表产生蒸发景象，而在换热管的表壁表表由于遇冷产生冷凝景象。

热量通过存在温差的固体管壁，从温度相对较高的换热管表壁经管壁传递给内壁。在内壁表表，热量通过管壁内表表与其上的膜状的均匀液体在界面处产生热传递，从而给内壁表表上的液体加热。

选取降膜式蒸发器可能显著提高装置的换热效能，并且削减了换热面积，相比其他换热器拥有很大优势，但要让降膜蒸发器正常运行，必要合理设计液膜布膜器、节造液体流量和入口流速，保障管子均匀布膜。

2 布膜器的沉要作用

布膜器是降膜蒸发器的关键元件，其作用是将溶液均匀散布到每根换热管内，使流体沿着管壁下贱，通过壳程的热源加热，使溶剂部门蒸发。布膜器设置的不合理，可能造成换热管部门干壁、降低蒸发分离效能、增长能耗等系列问题。

进行布膜器设计时，首先要保障料液散布均匀，不易产生偏流景象；其次，要求其流体阻力幼，不容易梗塞、结垢，便于洗濯；再次，布膜器应结构单一、加工方便、装置要求低，以降低成本。由此可见布膜器在蒸发设备中的沉要性，布膜器设计得好，会大大提高蒸发器的传热机能和蒸发效能，对工程投资和节能降耗都拥有沉要意思

3 布膜器的设计钻研

3.1 设计要求

对液体散布及成膜装置设计的根基要求是布膜均匀、操作弹性大、结构单一、造作和装置方便、操作不变靠得住，重要的要求如下：

(1）操作可行性：维持散布器各流路通顺，预防由于结垢、结晶、聚合、固化、沉淀、发泡、闪蒸、侵蚀等景象的产生而导致的严沉后果，诸如飞溅、雾化、夹带、梗塞以至崩溃、倒塌等，从而维持液体的正常流动和均匀散布。

(2）散布均匀：足够的散布点密度，散布点散布的几何均匀性；各散布点间流量的均匀性。

(3）相宜的操作弹性：液体散布器操作弹性界说为在满足各项根基要求的前提下，液体的最大和最幼负荷之比。

(4）结构单一，造价便宜：合理的结构既能够增长液体散布的均匀性又能够节约设备投资。

3.2 设计凭据

大无数液体散布器结构都类似于孔口型，重要在盘、槽、管的底面（或侧面）开直孔、内斜孔或其他孔，开孔的尺寸和类型对于液体的均匀散布起着沉要的作用，液体穿孔流量系数Cd是散布器设计过程的沉要参数。

关于Cd的理论和钻研，国内表有好多文件进行了论说，重要确认了影响Cd的成分是孔口的流动雷诺数Re以及孔口的结构和尺寸，能够凭据钻研的法规（见如下公式），选择相宜的孔口结构和尺寸以及流速�？卓诘绷恐本队肟卓诹鞫着凳叵倒轿�

4 布膜器的类型

布膜器重要分为溢流型液体散布器、插件型液体散布器、多层筛板与降膜头组合式散布器，几种典型的布膜器类型如下:

4.1 插入式导流管型布膜器

此种类型的布膜用具体结构见图2。

图2 插入式导流管型布膜器

该结构能够保障液体在单根换热管内布膜均匀，而不易保障液体均匀分配到所有换热管上，且流动阻力大，易阻塞，加工、装置要求高。通常用于处置清洁物料的幼型降膜蒸发器。

4.2 散布盘式布膜器

此种类型的布膜器利用比力宽泛，通常由初始散布装置和散布盘组成。初始散布装置往往是圆盘状的齿形分散盘或莲蓬型的喷头，作用是实现料液的初始散布。散布盘底部的筛板上按肯定法规钻有筛孔，料液经过筛孔实现多点布料，达到均匀散布的主张。为了使料液散布越发均匀，可选取多层散布盘。此种布膜器能够保障液体比力均匀的达到管板上表表，但不易保障液体可能在每根换热管内均匀散布，成膜成效也通常。

4.3 螺旋成膜的布膜器

螺旋成膜的布膜器是一种新型布膜器，能够解决传统布膜器存在的问题，同时，其结构单一，经济性也较好。

此种新型螺旋成膜的布膜器，借鉴了传统布膜器的一些利益，结构特点如下（见图3,4):

图3 新型散布盘与螺旋成膜的布膜器的组合结构

图4 一种螺旋布膜器

(1）上部设置一组液体散布盘，散布盘的层数能够凭据具体工况确定。散布盘底部带有筛孔，筛孔与下面的换热管交错安插，使液体不直接落入换热管；若设置多层散布盘，则每层的分盘开孔也应交错安插。设置此散布盘的主张是为了使液体进入设备时，可能缓冲液体的冲击，并均匀的将液体分散在管板上。

(2）在散布盘的下面，管板的上表表，增长螺旋布膜头。此布膜器装置在每个换热管内，每个布膜头的侧向开有肯定数量的槽，开槽的底部距离管板有一段距离，开槽的尺寸和结构，能够使液体沿切向流入换热管内，在换热管内出现一种近似螺旋状降落均匀的液膜；同时，每个布膜头的开槽数量和尺寸一样，故液体进入每个布膜头的流量也一样。另表，为解决杂质堆积在上管板，可在边缘选择几个布膜头，开槽高杜纂管板上表表水平，这样能够保障上管板不积料。

(3）与传统的布膜器规划相比，新型螺旋成膜的布膜器拥有成膜成效好、适合多种类型工艺介质（尤其适合粘度较大的介质）、结构单一、装置检建方便蹬着点，预防了降膜蒸发器产生干壁、蒸发分离成效差等景象，无论对优化设计还是节能降耗（降低加热蒸汽亏损）都有很大的意思，将会有较宽泛的利用远景。

5 降膜蒸发器传热机能影响成分的钻研

对于降膜蒸发器影响成分的钻研，重要选取试验和模仿等步骤来钻研降膜蒸发器流动和传热情况以及分析影响成分。目前国内表文件中关于各参数的影响法规描述比力多，但好多概想并不一致，甚至没有定性结论，这重要与试验钻研工况分歧有关。注明降膜蒸发器机能的影响成分复杂，还必要深刻钻研。凭据目前试验及文件的情况，降膜蒸发器的传热机能影响成分重要如下：

(1）进料量的大幼。进料量的大幼重要影响的是液膜形成的厚度。

(2）雷诺数影响。在雷诺数较大时，降膜蒸发器的传热系数随雷诺数数的增长而增大，这是由于液膜处于湍流状态，对流传热起决定作用。

(3）液体进料温杜装响。液体进料温度越高，传热系数会越大，这是由于温度升高使液体的粘度降低，减弱了液膜的流动阻力与液膜的传热阻力，使液膜的传热系数增大。

(4）对于蒸发器蒸发面积来说，管壁厚度的影响大于管径的影响。增大管径和减幼壁厚均可减幼蒸发面积。

6 结语

降膜蒸发器传热效能高，利用也越来越宽泛，拥有很大的发展远景。但对于关键部件-布膜器的结构与内部流体流动影响的钻研，尚处于索求阶段。降膜蒸发器的传热过程涉及沸腾、蒸发，相对于无相变传热过程，理论钻研难度大，通常是借助于试验进行钻研，理论模仿与真实情况往往误差较大，有待将理论、试验了局结合推算机模仿的流场分析进行深刻钻研。

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