一种液膜重构式降膜换热装置及换热方法与流程

本发明涉及管壳式换热设备，尤其涉及一种液膜重构式降膜换热装置及换热方法。

背景技术：

1、管壳式降膜换热设备广泛应用于化工物料的浓缩过程，是将不同换热介质相互隔离并通过管壁传递热量的设备。工作时，加热介质进入壳程筒体，待处理料液被分配至多个换热管中，并在重力作用下沿换热管内壁形成下行液膜；壳程中的加热介质与管程中的料液通过换热管管壁进行间壁换热，使料液中的部分组分在换热过程中汽化，并由下管箱分别排出气相介质和处理后的料液。

2、现有降膜式换热设备的进液口及进液管通常直接设置在上管箱附近，料液进入设备后即被送至液体分布器，并从换热管的上端导入开始与壳程加热介质换热；液体分布器通常仅能在换热管入口处完成一次初始布膜，料液沿换热管内壁长距离下行时，其黏度、流速以及气液扰动状态会发生变化，并产生局部聚集、沟流、流股或者局部干壁，导致换热管的有效换热面积减小，容易造成换热能力衰减以及局部温度升高。

3、现有技术中通过改进液体分布器，或者在换热管内壁设置沟槽等固定结构改变料液的流动状态；虽然能够一定程度上改善料液布膜并强化局部传热，但在设备组装完成后难以调整，无法根据不同物料和运行工况下流股实际形成的轴向位置对液膜进行再次铺展。

4、因此，如何提高降膜换热装置中料液的有效换热面积，并保持换热过程的稳定，是现有降膜换热装置需要进一步解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供了液膜重构式降膜换热装置及换热方法，可有效解决背景技术中的问题。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种液膜重构式降膜换热装置，包括壳程筒体和分别设置在其上下两端的上管箱和下管箱，所述上管箱通过设置在所述壳程筒体中的多个换热管连通所述下管箱，在所述上管箱内设置有液体分布器；

4、所述壳程筒体内部对应所述换热管形成换热腔，贯穿所述换热腔设置有进液管，所述进液管的入口端设置在所述下管箱上，所述进液管的出口端位于所述上管箱内，并延伸至所述液体分布器上方，在所述下管箱底部设置有液体出口；

5、在所述壳程筒体上靠近所述上管箱处设置有加热介质进口，在所述下管箱上靠近所述壳程筒体处设置有气相出口，在所述上管箱上设置人孔，在所述换热管内部可拆卸定位安装有液膜重布组件。

6、进一步的，所述液膜重布组件包括定位座和与其同轴连接的至少一个导流座；

7、所述定位座包括同轴设置的固定环座和活动环座，所述活动环座与所述固定环座转动连接，并在二者间设置有复位扭簧，所述固定环座通过其上连接管连接所述导流座，在所述固定环座内圈设置有内螺纹；

8、在所述固定环座上沿其周向均设有至少三个导向滑块，在所述导向滑块上设置有定位杆，所述活动环座通过开设其上的圆弧孔驱动所述导向滑块沿所述固定环座径向移动，在所述活动环座和所述固定环座上相对设置有锁止孔和定位孔。

9、进一步的，所述导流座包括安装管和绕设于所述安装管外周一圈的螺旋叶片，所述安装管与所述换热管同轴设置，所述螺旋叶片的外缘与所述换热管内壁间隔设置；

10、在所述安装管的上下两端分别设置有第一连接部和第二连接部，相邻两个所述导流座分别通过其上所述第一连接部和所述第二连接部相连，所述安装管通过所述第一连接部与所述连接管相连。

11、进一步的，在所述安装管上对应所述螺旋叶片绕设有螺旋挡板，所述螺旋挡板与所述螺旋叶片间隔设置，且位于所述螺旋叶片上方；

12、在所述螺旋叶片与所述螺旋挡板之间形成有导流腔，所述导流腔的开口侧朝向所述螺旋叶片的外缘设置，在所述螺旋叶片上沿其螺旋方向开设有多个通气孔。

13、进一步的，所述螺旋叶片的外缘向下弯折形成有导流折边，在所述导流折边与所述换热管内壁之间形成有沿螺旋方向延伸的导流槽；

14、所述螺旋叶片和所述螺旋挡板均绕所述安装管的轴线延伸一周，所述螺旋挡板的厚度从内缘朝向外缘逐渐增大，使所述导流腔的横截面朝向其开口侧逐渐收拢设置。

15、进一步的，所述导流座沿所述换热管轴向至少设置有两个，自上而下依次设置的各所述导流座上的螺旋叶片的螺旋升角依次减小，且各所述导流座上的螺旋叶片的外径依次增大。

16、进一步的，所述第一连接部和所述第二连接部均包括沿所述安装管周向均设的三个卡接槽，相邻两所述卡接槽间形成有卡接板，位于所述安装管两端的所述卡接槽在所述安装管周向上错位设置；

17、在所述卡接板的中心位置开设有连接孔，通过沿所述安装管径向设置的连接杆，将两个相邻安装管上位于卡接处相对设置的所述连接孔固定连接，所述螺旋叶片的一端位于所述连接孔处，另一端位于所述卡接槽的中心处。

18、进一步的，当所述内螺纹设置为右旋螺纹，所述圆弧孔沿顺时针向所述活动环座外圈延伸；

19、当所述内螺纹设置为左旋螺纹，所述圆弧孔沿逆时针向所述活动环座外圈延伸。

20、一种液膜重构式降膜换热装置的换热方法，采用液膜重构式降膜换热装置，包括以下步骤：

21、根据料液沿各所述换热管下行时的液膜流动状态，确定所述液膜重布组件在各所述换热管内的轴向安装位置，并将各所述液膜重布组件依次安装在各所述换热管中；

22、运行液膜重构式降膜换热装置，使料液从所述下管箱侧泵入所述进液管，通过所述换热腔预热后再导向所述液体分布器；

23、料液通过所述液体分布器分配至各所述换热管内并沿其内壁形成下行液膜，再通过所述液膜重布组件将形成的液体流股沿所述换热管的周向重新铺展后继续下行。

24、进一步的，所述液膜重布组件在所述换热管的安装过程，包括以下步骤：

25、转动所述活动环座压缩所述复位扭簧，使圆弧孔驱动导向滑块沿径向内收，再将锁止操作杆穿过所述锁止孔并插入所述定位孔中；

26、将支撑操作杆与固定环座上的内螺纹螺接固定后，通过所述支撑操作杆将所述液膜重布组件由所述换热管的上端送入至安装位置；

27、抽出所述锁止操作杆，活动环座在复位扭簧驱动下转动，并通过其上圆弧孔驱动所述导向滑块沿径向外伸，使所述导向滑块上的定位杆与所述换热管内壁相抵接；

28、完成定位座与换热管内壁的顶紧固定后，转动所述支撑操作杆解除其与所述固定环座的螺接状态，完成所述液膜重布组件的安装。

29、通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：

30、本发明通过在换热管内部可拆卸定位安装液膜重布组件，能够依据料液沿换热管下行时液膜由连续铺展收缩为流股的实际轴向区段，将液膜重布组件安装在换热管内的对应位置，对已收缩的流股进行截取并使其重新沿换热管周向铺展。相较于仅在换热管入口处完成一次初始布膜、料液长距离下行后有效换热面积沿程衰减的情况，本发明在不增大换热面积的前提下恢复并维持了换热管内壁的有效换热面积，改善了长距离降膜过程中液膜周向分布不均的问题，避免了流股形成区段管壁的局部干壁与温度升高，使换热过程更加稳定。

31、进液管贯穿壳程筒体内对应换热管形成的换热腔布置，其入口端设置在下管箱、出口端延伸至上管箱内的液体分布器上方，料液由下管箱侧泵入进液管后先沿轴向流经换热腔，与换热腔内的加热介质换热而被预热，再进入液体分布器进行分配。由此，利用换热管安装区域对应的壳程空间对料液进行预换热，在不增设独立预热设备的前提下增大了装置的整体换热面积，同时减小了料液进入换热管时与加热介质之间的温差。

32、进液管的预热作用从设备侧增大换热面积，液膜重布组件从料液侧维持换热管内的有效换热面积，二者相互配合，使装置的换热面积得到更充分的利用。