阅读说明：本技术 一种两效蒸发器及其使用方法 (Double-effect evaporator and using method thereof ) 是由 韩东 李春霞 顾杨怡 于 2019-11-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种两效蒸发器及其使用方法,包含多个基础板片,每个基础板片的两面分别为A面和B面,多个基础板片在蒸发器内堆叠并且A面和B面交替设置；相邻基础板片的A面与A面之间的板片通道包含由下至上依次设置的一效溶液蒸发区、一效气液分离区、二效溶液蒸发区、二效气液分离区和二效蒸汽冷凝放热区；相邻基础板片的B面与B面之间的板片通道包含由下至上依次设置的热源放热区、一效气液分离区、一效蒸汽冷凝放热区、二效气液分离区和冷源吸热区；A面与A面之间的板片通道的五个区域与A面与A面之间的板片通道的五个区域构成五个一一对应的界面关系。本发明实现对稀溶液的温度梯级蒸发冷凝,二效蒸发器换热系数高、结构紧凑。(The invention discloses a double-effect evaporator and a using method thereof, and the double-effect evaporator comprises a plurality of base plate sheets, wherein the two surfaces of each base plate sheet are respectively an A surface and a B surface, the base plate sheets are stacked in the evaporator, and the A surfaces and the B surfaces are alternately arranged; the plate channel between the surface A and the surface A of the adjacent base plates comprises a first-effect solution evaporation area, a first-effect gas-liquid separation area, a second-effect solution evaporation area, a second-effect gas-liquid separation area and a second-effect steam condensation heat release area which are sequentially arranged from bottom to top; the plate channel between the surface B and the surface B of the adjacent base plate comprises a heat source heat release area, a first-effect gas-liquid separation area, a first-effect steam condensation heat release area, a second-effect gas-liquid separation area and a cold source heat absorption area which are sequentially arranged from bottom to top; five areas of the plate channel between the surface A and five areas of the plate channel between the surface A and the surface A form five one-to-one corresponding interface relations. The invention realizes the temperature gradient evaporation and condensation of the dilute solution, and the double-effect evaporator has high heat exchange coefficient and compact structure.)

一种两效蒸发器及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种蒸发器及其使用方法，特别是一种两效蒸发器及其使用方法，属于能源与动力领域。

背景技术

溶液蒸发浓缩装置是目前化工、食品、医药等多领域不可缺少的技术装备，根据其工作原理，主要可以分为热法和膜法两类，其中多效蒸发技术是热法的重要方法。

目前多效溶液蒸发浓缩装置已被广泛应用于化工、食品、医药等多个行业。但常规的多效蒸发系统存在的主要问题是设备数目多、设备占用的空间较大，各个设备间连接的管道复杂，导致多效蒸发的硬件成本高、运行稳定性差。

板式换热器是一种常见的高效紧凑换热器，不仅可用于单相液态工作介质的加热和冷却，也可以用于液态工作介质的蒸发和气态工作介质的冷凝，板式换热器可以通过在板片间增加不同的形状垫片，对冷源、热源和蒸发区间进行分隔。而且板片拆卸、清洗方便，采用不同的板片数可以调整换热能力。因此，开发一种板式换热器将其作为蒸发器用于溶液蒸发浓缩，具有重要的社会应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种两效蒸发器及其使用方法，其结构紧凑、连接简单。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种两效蒸发器，其特征在于：包含多个基础板片，每个基础板片的两面分别为A面和B面，多个基础板片在蒸发器内堆叠并且A面和B面交替设置；

其中，相邻基础板片的A面与A面之间的板片通道包含由下至上依次设置的一效溶液蒸发区、一效气液分离区、二效溶液蒸发区、二效气液分离区和二效蒸汽冷凝放热区；

相邻基础板片的B面与B面之间的板片通道包含由下至上依次设置的热源放热区、一效气液分离区、一效蒸汽冷凝放热区、二效气液分离区和冷源吸热区；

A面与A面之间的板片通道的五个区域与A面与A面之间的板片通道的五个区域构成五个一一对应的界面关系。

进一步地，所述基础板片上设置有冷源进口、冷源出口、二效蒸汽孔、二效稀溶液入口、一效蒸汽孔、一效凝液出口、一效稀溶液入口、一效浓溶液出口、热源进口、热源出口、一效气液溢出口、二效浓溶液出口、二效气液溢出口和二效凝液出口，其中冷源进口和冷源出口、二效凝液出口、二效气液溢出口、二效浓溶液出口、一效凝液出口、一效气液溢出口、热源出口和热源进口由上至下依次设置，冷源进口和冷源出口上下位置不限，热源出口和热源进口上下位置不限，两组二效蒸汽孔分别设置在冷源进口和冷源出口的两侧，两组二效稀溶液入口和两组一效蒸汽孔分别设置在二效浓溶液出口和二效气液溢出口之间区域的两侧并且二效稀溶液入口位于一效蒸汽孔内侧，两组一效稀溶液入口分别设置在热源进口和热源出口的两侧；

基础板片的A面上还设置有二效凝液收集垫片、高低压分区垫片、热源进出口分隔垫片、冷源进出口分隔垫片、二效稀溶液入口分流垫片和一效稀溶液入口分流垫片，二效凝液收集垫片中间部位包围在二效凝液出口的下侧，二效凝液收集垫片两侧边沿延伸至二效蒸汽孔内侧下方，高低压分区垫片由基础板片的一侧边沿依次经过一组二效稀溶液入口和一效蒸汽孔之间、一效凝液出口和二效浓溶液出口之间、另一组二效稀溶液入口和一效蒸汽孔之间后最终延伸至基础板片的另一侧边沿，热源进出口分隔垫片包围在热源进口和热源出口外侧并将热源进口和热源出口相互隔开，冷源进出口分隔垫片包围在冷源进口和冷源出口外侧并将冷源进口和冷源出口相互隔开，二效稀溶液入口分流垫片包围在二效稀溶液入口外侧，一效稀溶液入口分流垫片包围在一效稀溶液入口外侧；

基础板片的B面上还设置有冷源分区垫片、二效稀溶液入口隔离垫片、一效稀溶液入口隔离垫片、一效浓溶液出口垫片、热源流道分区垫片、热源分区垫片、一效凝液收集垫片、二效低压区隔离垫片和冷源流道分区垫片，冷源分区垫片由基础板片上侧边沿依次经过一组二效蒸汽孔内侧、冷源出口和二效凝液出口之间、另一组二效蒸汽孔内侧后延伸至基础板片上侧边沿，二效稀溶液入口隔离垫片包围在二效稀溶液入口外侧，一效稀溶液入口隔离垫片包围在一效稀溶液入口外侧，一效浓溶液出口垫片包围在一效浓溶液出口外侧，热源流道分区垫片设置在热源进口和热源出口之间，热源分区垫片设置在一效气液溢出口和热源出口之间并且两端延伸至基础板片两侧边沿，一效凝液收集垫片包围在一效凝液出口下侧并且两端分别延伸至一效蒸汽孔内侧下方，二效低压区隔离垫片包围在二效浓溶液出口外侧并且二效低压区隔离垫片两端端部在二效浓溶液出口上方向上延伸至二效气液溢出口下侧后向两侧延伸至基础板片的两侧边沿，冷源流道分区垫片设置在冷源进口和冷源出口之间。

进一步地，所述一效溶液蒸发区为一效气液溢出口以下区域；一效气液分离区为一效气液溢出口以上至高低压分区垫片间区域；二效溶液蒸发区为高低压分区垫片与二效气液溢出口之间区域、二效气液分离区为二效气液溢出口以上与二效凝液收集垫片之间区域；二效蒸汽冷凝放热区为二效凝液收集垫片以上区域；

所述热源放热区为一效气液溢出口以下区域、一效气液分离区为一效气液溢出口以上至一效凝液收集垫片之间区域、一效蒸汽冷凝放热区为一效凝液收集垫片与二效低压区隔离垫片之间区域；二效气液分离区为二效低压区隔离垫片与冷源分区垫片之间区域；冷源吸热区为冷源分区垫片内区域。

进一步地，所述冷源进口、冷源出口、二效蒸汽孔、二效稀溶液入口、一效蒸汽孔、一效凝液出口、一效稀溶液入口、一效浓溶液出口、热源进口、热源出口、一效气液溢出口、二效浓溶液出口、二效气液溢出口和二效凝液出口采用一个或多个圆形、方形或异形开孔。

进一步地，所述一效稀溶液入口分流垫片、二效稀溶液入口分流垫片上设置一个或多个缺口或小洞，一效稀溶液入口与二效稀溶液入口处设置有导流槽。

进一步地，使用前对二效凝液出口和一效凝液出口及其联通的空间进行抽真空，且二效凝液出口的真空度要高于一效凝液出口的真空度。

进一步地，采用待蒸发浓缩的稀溶液作为冷源，先进入冷源进口吸收热量后从冷源出口排出，排出后的稀溶液再进入一效稀溶液入口、二效稀溶液入口。

进一步地，采用一效浓溶液出口的工作介质作为二效稀溶液入口的工作介质。

进一步地，热源采用蒸汽或高温液态、气态工作介质，且其温度高于60℃。

一种两效蒸发器的使用方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一：外部稀溶液进入一效溶液蒸发区，吸收了其背面的热源放热区释放的热能后部分蒸发，未蒸发的浓溶液则分别通过一效溶液蒸发区和一效气液溢出口进入一效浓溶液出口；

步骤二：蒸发的蒸汽则通过一效气液溢出口分别进入一效气液分离区和一效气液分离区，然后通过一效蒸汽孔进入一效蒸汽冷凝放热区，向二效溶液蒸发区的低压溶液释放潜热，被冷凝为凝液并从一效凝液出口排出系统；

步骤三：二效溶液蒸发区的低压溶液吸收热量后部分蒸发，未蒸发的浓溶液则分别通过二效溶液蒸发区和二效气液溢出口进入二效浓溶液出口；

步骤四：蒸发的二效蒸汽则通过二效气液溢出口分别进入二效气液分离区和二效气液分离区，然后通过二效蒸汽孔进入二效蒸汽冷凝放热区，向冷源释放潜热后，被冷凝为凝液并从二效凝液出口排出系统。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明通过一种类似板式换热器的翅片式的结构，实现了两效蒸发器的使用功能，整体结构高效紧凑并且无需复杂的连接管路，占地空间很小，能够应用在船舶等对空间有较高要求的区域，具有良好的应用前景；其次通过两效的设计，进一步增加了溶液蒸发浓缩的效果。

附图说明

图1是本发明的一种两效蒸发器的基础板片的A面示意图。

图2是本发明的一种两效蒸发器的基础板片的B面示意图。

图3是本发明的实施例的两效蒸发器的使用方法的A面效果图。

图4是本发明的实施例的两效蒸发器的使用方法的B面效果图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

如图1和图2所示，本发明的一种两效蒸发器，包含多个基础板片5，每个基础板片5的两面分别为A面和B面，多个基础板片5在蒸发器内堆叠并且A面和B面交替设置；

其中，相邻基础板片的A面与A面之间的板片通道包含由下至上依次设置的一效溶液蒸发区、一效气液分离区、二效溶液蒸发区、二效气液分离区和二效蒸汽冷凝放热区；

相邻基础板片的B面与B面之间的板片通道包含由下至上依次设置的热源放热区、一效气液分离区、一效蒸汽冷凝放热区、二效气液分离区和冷源吸热区；

A面与A面之间的板片通道的五个区域与A面与A面之间的板片通道的五个区域构成五个一一对应的界面关系。

基础板片5上设置有冷源进口1、冷源出口2、二效蒸汽孔4、二效稀溶液入口7、一效蒸汽孔8、一效凝液出口9、一效稀溶液入口11、一效浓溶液出口12、热源进口14、热源出口15、一效气液溢出口18、二效浓溶液出口20、二效气液溢出口22和二效凝液出口23，其中冷源进口1和冷源出口2、二效凝液出口23、二效气液溢出口22、二效浓溶液出口20、一效凝液出口9、一效气液溢出口18、热源出口15和热源进口14由上至下依次设置，冷源进口1和冷源出口2上下位置不限，热源出口15和热源进口14上下位置不限，两组二效蒸汽孔4分别设置在冷源进口1和冷源出口2的两侧，两组二效稀溶液入口7和两组一效蒸汽孔8分别设置在二效浓溶液出口20和二效气液溢出口22之间区域的两侧并且二效稀溶液入口7位于一效蒸汽孔8内侧，两组一效稀溶液入口11分别设置在热源进口14和热源出口15的两侧。

基础板片5的A面上还设置有二效凝液收集垫片25、高低压分区垫片26、热源进出口分隔垫片27、冷源进出口分隔垫片28、二效稀溶液入口分流垫片29和一效稀溶液入口分流垫片30，二效凝液收集垫片25中间部位包围在二效凝液出口23的下侧，二效凝液收集垫片25两侧边沿延伸至二效蒸汽孔4内侧下方，高低压分区垫片26由基础板片5的一侧边沿依次经过一组二效稀溶液入口7和一效蒸汽孔8之间、一效凝液出口9和二效浓溶液出口20之间、另一组二效稀溶液入口7和一效蒸汽孔8之间后最终延伸至基础板片5的另一侧边沿，热源进出口分隔垫片27包围在热源进口14和热源出口15外侧并将热源进口14和热源出口15相互隔开，冷源进出口分隔垫片28包围在冷源进口1和冷源出口2外侧并将冷源进口1和冷源出口2相互隔开，二效稀溶液入口分流垫片29包围在二效稀溶液入口7外侧，一效稀溶液入口分流垫片30包围在一效稀溶液入口11外侧。

基础板片5的B面上还设置有冷源分区垫片3、二效稀溶液入口隔离垫片6、一效稀溶液入口隔离垫片10、一效浓溶液出口垫片13、热源流道分区垫片16、热源分区垫片17、一效凝液收集垫片19、二效低压区隔离垫片21和冷源流道分区垫片24，冷源分区垫片3由基础板片5上侧边沿依次经过一组二效蒸汽孔4内侧、冷源出口2和二效凝液出口23之间、另一组二效蒸汽孔4内侧后延伸至基础板片5上侧边沿，二效稀溶液入口隔离垫片6包围在二效稀溶液入口7外侧，一效稀溶液入口隔离垫片10包围在一效稀溶液入口11外侧，一效浓溶液出口垫片13包围在一效浓溶液出口12外侧，热源流道分区垫片16设置在热源进口14和热源出口15之间，热源分区垫片17设置在一效气液溢出口18和热源出口15之间并且两端延伸至基础板片5两侧边沿，一效凝液收集垫片19包围在一效凝液出口9下侧并且两端分别延伸至一效蒸汽孔8内侧下方，二效低压区隔离垫片21包围在二效浓溶液出口20外侧并且二效低压区隔离垫片21两端端部在二效浓溶液出口20上方向上延伸至二效气液溢出口22下侧后向两侧延伸至基础板片5的两侧边沿，冷源流道分区垫片24设置在冷源进口1和冷源出口2之间。

其中，二效低压区隔离垫片需四周高中间低，在中间保持一定的宽度，并在底部将二效浓溶液出口完全包含在内，便于收集上方的二效浓溶液，并将之通过二效浓溶液出口排出系统。

一效溶液蒸发区为一效气液溢出口18以下区域；一效气液分离区为一效气液溢出口18以上至高低压分区垫片26间区域；二效溶液蒸发区为高低压分区垫片26与二效气液溢出口22之间区域、二效气液分离区为二效气液溢出口22以上与二效凝液收集垫片25之间区域；二效蒸汽冷凝放热区为二效凝液收集垫片25以上区域；

热源放热区为一效气液溢出口18以下区域、一效气液分离区为一效气液溢出口18以上至一效凝液收集垫片19之间区域、一效蒸汽冷凝放热区为一效凝液收集垫片19与二效低压区隔离垫片21之间区域；二效气液分离区为二效低压区隔离垫片21与冷源分区垫片3之间区域；冷源吸热区为冷源分区垫片3内区域。

其中A-A面间的五个区域与其背面B-B面间的五个区域分别构成5个一一对应的界面关系：A-A面间的一效溶液蒸发区背面为B-B面间的热源放热区；A-A面间的一效气液分离区背面为B-B面间的一效气液分离区；A-A面间的二效溶液蒸发区背面为B-B面间一效蒸汽冷凝放热区；A-A面间的二效气液分离区背面为B-B面间的二效气液分离区；A-A面间的二效蒸汽冷凝放热区背面为B-B面间的冷源吸热区。

为了减少蒸汽流动阻力同时减少板片的基材用料，根据板片加工的难易程度，冷源进口1、冷源出口2、二效蒸汽孔4、二效稀溶液入口7、一效蒸汽孔8、一效凝液出口9、一效稀溶液入口11、一效浓溶液出口12、热源进口14、热源出口15、一效气液溢出口18、二效浓溶液出口20、二效气液溢出口22和二效凝液出口23采用一个或多个圆形、方形或异形开孔。

一效稀溶液入口分流垫片30、二效稀溶液入口分流垫片29上设置一个或多个缺口或小洞，可使部分稀溶液进入一效、二效溶液蒸发区实现蒸发，也可以完全取消一效稀溶液入口分流垫片和二效稀溶液入口分流垫片，使得稀溶液分别全部进入一效、二效溶液蒸发区，来实现不同的蒸发速度。一效稀溶液入口30与二效稀溶液入口29处设置有导流槽，以提高对流换热性能。

在启动工作前，要确保二效溶液蒸发区的压力低于一效溶液蒸发区的压力，一效溶液蒸发区蒸发出的蒸汽的温度才可高于二效溶液蒸发区溶液的蒸发温度，也才能作为二效溶液蒸发的热源。为了建立各分区的传热温差，实现对稀溶液的两效蒸发浓缩，需要对二效凝液出口23和一效凝液出口9及其联通的空间进行抽真空，且二效凝液出口23的真空度要高于一效凝液出口9的真空度。

采用待蒸发浓缩的稀溶液作为冷源，先进入冷源进口1吸收热量后从冷源出口2排出，排出后的稀溶液再进入一效稀溶液入口11、二效稀溶液入口7。可采用待浓缩稀溶液作为冷源，不仅可以用于预热待浓缩稀溶液液，可以减少一效蒸发区和二效蒸发区的换热负荷，该装置更加节能。可以根据实际情况，冷源进口与冷源出口可以互换，冷源可以上进下出，也可以下进上出。

采用一效浓溶液出口13的工作介质作为二效稀溶液入口7的工作介质，可用于增加待浓缩溶液的出口浓度。

因为板式换热器结构紧凑，特别适合液态或者相变过程等换热系数较高的工作介质传热，而常规易得的冷源为环境温度的自然水，或者环境温度的稀溶液，考虑到二效蒸发器内的传热温差以及板片的耐压能力，热源可以采用蒸汽、高温液态、气态工作介质，要求其热源温度高于60℃。可以根据实际情况，热源进口热源出口可以互换，热源可以上进下出，也可以下进上出。

一种两效蒸发器的使用方法，包含以下步骤：

步骤一：外部稀溶液进入A-A面间的一效溶液蒸发区，吸收了其背面B-B面间的热源放热区释放的热能后部分蒸发，未蒸发的浓溶液则分别通过A-A面间的一效溶液蒸发区和一效气液溢出口进入一效浓溶液出口12；

步骤二：蒸发的蒸汽则通过一效气液溢出口18分别进入A-A面间的一效气液分离区和B-B面间的一效气液分离区，然后通过一效蒸汽孔8进入B-B面间的一效蒸汽冷凝放热区，向A-A面间二效溶液蒸发区的低压溶液释放潜热，被冷凝为凝液并从一效凝液出口9排出系统；

步骤三：A-A面间二效溶液蒸发区的低压溶液吸收热量后部分蒸发，未蒸发的浓溶液则分别通过A-A面间的二效溶液蒸发区和二效气液溢出口进入二效浓溶液出口20；

步骤四：蒸发的二效蒸汽则通过二效气液溢出口分别进入入A-A面间的二效气液分离区和B-B面间的二效气液分离区，然后通过二效蒸汽孔4进入A-A面间的二效蒸汽冷凝放热区，向B-B面间冷源释放潜热后，被冷凝为凝液并从二效凝液出口23排出系统。

本发明主要通过在换热板片上增加多个通孔，并且在其正面和背面布置多个垫片对换热板片的区域进行详细分区，将其奇偶通道分为两个低压蒸发区、两个冷凝区、一个高压冷源冷却区和一个高压热源放热区，实现对稀溶液的温度梯级蒸发冷凝。该二效蒸发器换热系数高、结构紧凑。而且该系统拆装维护方便，可通过改变换热板片数来调整稀溶液的蒸发冷凝量。本发明可以增设至三个或多于三个的低压蒸发区、冷凝区，形成三效或多于三效的多效蒸发器。

本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。