[發(fā)明專利]一種載熱氣驅(qū)動(dòng)的超重力強(qiáng)化蒸發(fā)的裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011141218.0
• 申請(qǐng)日: 2020-10-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112337114A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉有智;李歡;申紅艷;郭婧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中北大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D1/14
• 分類號(hào): B01D1/14;B01D1/30
• 代理公司: 太原晉科知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

一種載熱氣驅(qū)動(dòng)的超重力強(qiáng)化蒸發(fā)的裝置及方法，屬于蒸發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，可解決現(xiàn)有蒸發(fā)設(shè)備存在的成本高、占地面積大、易堵塞等問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)填料床轉(zhuǎn)速，高速旋轉(zhuǎn)的填料對(duì)溶液的高剪切作用，把溶液分割成具有一定線速度的極薄的液膜和細(xì)小的液滴，增大氣液接觸面積和強(qiáng)化載熱氣和溶液的碰撞接觸，同時(shí)使得液膜厚度減小和增大平均溫差，提高傳熱系數(shù)。超重力快速高效蒸發(fā)技術(shù)，在超重力設(shè)備內(nèi)進(jìn)行直接接觸換熱蒸發(fā)，工藝簡(jiǎn)單，對(duì)溫度實(shí)現(xiàn)靈敏控制，操作性可控性增強(qiáng)。超重力設(shè)備成本低、換熱效率高、占地面積小、開(kāi)停車方便。可使用煙道氣等作為熱源，進(jìn)行熱回收利用；蒸發(fā)出的溶劑實(shí)現(xiàn)回收，有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于蒸發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種載熱氣驅(qū)動(dòng)的超重力強(qiáng)化蒸發(fā)的裝置及方法。

背景技術(shù)

超重力技術(shù)的核心是旋轉(zhuǎn)填料床，通過(guò)旋轉(zhuǎn)填料床中快速旋轉(zhuǎn)的填料產(chǎn)生的離心力來(lái)模擬超重力場(chǎng)，用以強(qiáng)化傳遞與混合過(guò)程。具有傳質(zhì)效果好、停留時(shí)間短、持液量小、開(kāi)停車容易、設(shè)備體積小等優(yōu)點(diǎn)。旋轉(zhuǎn)的填料代替垂直靜止的填料塔，使得氣液兩相在旋轉(zhuǎn)填料層中充分接觸，從而完成傳質(zhì)和傳熱。它的適用范圍廣泛，既可用于傳質(zhì)分離過(guò)程，又可用于反應(yīng)過(guò)程。液體在填料中被連續(xù)分散剪切，提高表面更新速度，同時(shí)增大氣液相的湍流程度，強(qiáng)化了傳熱和傳質(zhì)。

工程上把采用加熱方法將含有不揮發(fā)性溶質(zhì)（通常為固體）的溶液在沸騰狀態(tài)下使其濃縮的單元操作稱為蒸發(fā)，進(jìn)行蒸發(fā)過(guò)程的設(shè)備稱為蒸發(fā)器。傳統(tǒng)的蒸發(fā)技術(shù)均采用間接接觸的方式進(jìn)行蒸發(fā)，傳熱效果受到限制，同時(shí)存在易結(jié)垢、能耗較高、成本較高、易腐蝕等問(wèn)題。不少學(xué)者的研究熱點(diǎn)是蒸發(fā)設(shè)備，旨在提高傳熱面積和界面更新速度等，直接接觸換熱蒸發(fā)引起了眾多關(guān)注。

超重力直接接觸蒸發(fā)技術(shù)采用氣液直接接觸的方式進(jìn)行換熱，載熱氣和溶液直接換熱，傳熱過(guò)程迅速。由于高速旋轉(zhuǎn)的填料對(duì)溶液有高剪切作用，把溶液分割成具有一定線速度的極薄的液膜和細(xì)小的液滴。氣體通過(guò)高速旋轉(zhuǎn)、彎曲、狹窄多變的、充滿極薄液膜和細(xì)小液滴的填料層中的空隙，加大與溶液和填料之間的碰撞接觸，液膜厚度減小，此時(shí)傳熱總表面積是填料面積和液膜面積之和，提高了傳熱系數(shù)，強(qiáng)化傳熱、傳質(zhì)過(guò)程。

超重力直接接觸蒸發(fā)技術(shù)無(wú)需設(shè)置換熱面，可大幅提高傳熱系數(shù)，具有節(jié)能優(yōu)勢(shì)，更有經(jīng)濟(jì)性；連續(xù)操作易于漿料處理，溫度更易控制，處理效率更高。

中國(guó)專利CN104689584A公布了一種熱泵驅(qū)動(dòng)的超重力場(chǎng)強(qiáng)化蒸發(fā)系統(tǒng)，使用熱泵技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的加熱和制冷，在蒸發(fā)室中利用超重力旋轉(zhuǎn)場(chǎng)和液體加熱循環(huán)氣體的方式提高氣體載濕能力，設(shè)有獨(dú)立的回?zé)岢凉裨O(shè)備，更節(jié)能，降低蒸發(fā)溫度。但是需要設(shè)置多級(jí)回?zé)岢凉衿鳎凉裉盍纤龋€需要運(yùn)用熱泵技術(shù)，流程較復(fù)雜，易結(jié)垢，不適合處理高粘度液體。相對(duì)而言，本發(fā)明只需要空氣加熱設(shè)備或熱回收再利用設(shè)備，減少蒸汽熱源的輸入；另一方面，載熱氣不進(jìn)行封閉循環(huán)，不需要對(duì)濕空氣進(jìn)行除濕回收利用，減少設(shè)備的投入，流程更簡(jiǎn)潔，適用性更強(qiáng)。

中國(guó)專利CN104707350B公布了一種蒸汽驅(qū)動(dòng)的超重力場(chǎng)強(qiáng)化蒸發(fā)系統(tǒng)，主要利用水分子隨著溫度的升高其逃逸動(dòng)能增大的原理，讓高溫溶液與大氣進(jìn)行傳熱傳質(zhì)來(lái)提高出口空氣含濕量。存在的問(wèn)題是需要將溶液預(yù)熱到高溫，能耗較大，不適用于低溫蒸發(fā)以及熱敏性物質(zhì)的蒸發(fā)。相對(duì)而言，本發(fā)明是用高溫氣和常溫液進(jìn)行換熱蒸發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)低溫和熱敏性物質(zhì)蒸發(fā)，預(yù)熱空氣需要的能耗更少。

中國(guó)專利CN206219256U公布了一種超重力場(chǎng)強(qiáng)化廢水蒸發(fā)塔，塔體內(nèi)從上往下依次設(shè)置有絲網(wǎng)除沫器、液體分布器、規(guī)整填料、液體再分布器以及氣體分布器。廢水通過(guò)液體分布器在自身重力作用下落入規(guī)整填料，與底部上來(lái)的熱風(fēng)接觸，加大了接觸面積，加速蒸發(fā)水分及延緩下落速度。存在的問(wèn)題是此專利中填料是靜止的，無(wú)法實(shí)現(xiàn)超重力環(huán)境，強(qiáng)化蒸發(fā)效果有限。相對(duì)而言，本發(fā)明使用電機(jī)帶動(dòng)填料旋轉(zhuǎn)形成超重力場(chǎng)，氣液霧化接觸，傳熱蒸發(fā)效率更高；不僅可以蒸發(fā)處理廢水，還可用于溶液濃縮等。

發(fā)明內(nèi)容