竖管降膜蒸发与吸收传质实验装置

摘要

本发明公开了一种竖管降膜蒸发与吸收传热传质实验装置，包括发生器、吸收器、减压阀、换热器、加热装置和冷却装置几个基本部件组成一个密闭连通的循环系统，在循环系统里分别设置有温度、压力和流量测量系统，以实现对研究工质在循环系统中温度、压力和流量的变化情况进行追踪监测。本发明的优点是：通过竖管发生器、竖管吸收器、研究工质的连接管道等组成一个密闭连通的循环系统，装有视镜以便观察成膜流态，测量系统可以实现对研究工质在循环系统中温度、压力和流量的变化情况进行追踪监测，可以进行多种工质的热物性研究和传热传质实验研究，结构紧凑、操作方便、形象直观、安全性能可靠。

说明书

技术领域

本发明涉及一种教学、科研使用的传热传质实验装置，尤其是涉及竖管降膜蒸发和吸收的实验装置。

背景技术

降膜蒸发是化学工程与工艺、冶金工程、热能工程、应用化学、环境工程、食品工程等专业大学生课程中重要的教学内容之一，也是化工、食品生产中常见的单元操作之一，它具有具有小流量、小温差、高换热系数和高热流密度等特性，因而在能源、化工、制冷、中低温发电以及海水淡化等方面获得广泛应用。但是目前的实验装置研究具有如下不足之处：只是研究单一的蒸发或者吸收实验装置，不能将蒸发和吸收结合起来同时进行研究；只对单工质、水平管降膜进行了实验研究，而对各种制冷剂和混合工质的竖管降膜传热传质实验研究几乎处于空白阶段；不能对研究工质溶液和蒸汽在循环系统中的温度、压强变化情况进行追踪监测。

发明内容

本发明的目的是提供一种竖管降膜蒸发与吸收传热传质实验装置，其结构紧凑、操作方便、形象直观、安全性能可靠，可以进行多种制冷单工质、混合物工质的热物性研究和传热传质实验研究，在循环系统里分别设置有温度、压力和流量测量系统，以实现对研究工质在循环系统中温度、压力和流量的变化情况进行追踪监测。

本发明的技术解决方案是：一种竖管降膜蒸发与吸收传热传质实验装置，包括竖管发生器、竖管吸收器、储液罐、换热器、溶液泵、加热水箱、热水泵、冷却塔、冷却水泵组成，溶液泵入口通过管道连通所述储液罐底部，出口通过管道连通换热器的第一入口，换热器的第一出口通过管道连通竖管发生器的工质入口，竖管发生器的工质气相出口经过减压阀后通过管道分别连通储液罐和竖管吸收器的工质气相入口，竖管发生器的工质液相出口通过管道连通换热器的第二入口，换热器的第二出口经过减压阀后通过管道连通竖管吸收器的工质液相入口，热水泵的入口通过管道连通加热水箱底部，出口通过管道连通竖管发生器的热水入口，竖管发生器的热水出口通过管道连通加热水箱，竖管吸收器的工质出口连通储液罐；冷却水泵的入口通过管道连通冷却塔，出口通过管道连通竖管吸收器的冷水入口，竖管吸收器的冷水出口通过管道连通冷却塔，在竖管发生器、竖管吸收器、热水和冷水进出口以及减压阀后分别设有温度传感器，在竖管发生器、竖管吸收器和溶液泵出口处分别设有压力传感器，在溶液泵出口、热水泵出口、冷却水泵出口以及竖管发生器的工质气相出口处分别设有流量传感器。

在发生-吸收循环系统内充有研究工质溶液，工质溶液经溶液泵和换热器后送入竖管发生器的工质入口，在降膜蒸发管外(或内)形成均匀的液膜，经管内(或外)的热水加热蒸发后在套管内(外)形成蒸汽，蒸汽由管道送入竖管吸收器的气相入口和储液罐中，而蒸发后的工质溶液经换热器后被送入竖管吸收器的液相入口，在降膜吸收管内(或外)形成均匀液膜吸收来自竖管发生器的蒸汽，吸收放出的热量由冷却水系统带走。热水系统是由加热水箱、热水泵组成的一个封闭循环系统，热水在降膜管内(或外)循环，和管外(或内)降膜溶液形成逆向流。冷却水系统是由冷却水泵、冷却塔组成的一个封闭循环系统，冷却水在降膜管外(或内)循环，和管内(或外)降膜溶液形成逆向流。工质溶液在竖管发生器和竖管吸收器之间形成一个封闭的循环，使用该装置不仅可以研究工质的降膜蒸发热力性质，还可以相应的研究工质溶液的吸收热力性质，适合在各种制冷剂高压下的热物性研究。在循环系统里分别设置有温度、压力和流量测量系统，以实现对研究工质在循环系统中温度、压力和流量的变化情况进行追踪监测。

所述竖管发生器为管外降膜蒸发器或管内降膜蒸发器，所述竖管吸收器为管外降膜吸收器或管内降膜吸收器，可以根据不同研究工质选用适合的降膜蒸发和吸收方式。

在所述竖管发生器上设有视镜，便于观察发生器内的液膜流态。

与工质接触的管道和设备使用0Cr18Ni9不锈钢制成，可以提高防腐能力，使用各种碱性物质。

所述温度传感器通过多通道测试记录仪和计算机系统连接，所述压力传感器和流量传感器通过多通道无纸记录仪和计算机系统连接，所述温度传感器通过多通道测试记录仪和计算机系统连接，所述压力传感器和流量传感器通过多通道无纸记录仪和计算机系统连接，两台记录仪可以观测记录各路传感器的测试值，并将数据保存在内存中，与通用的计算机连接防止人工记录带来的误差，提高工作效率，该系统可以对研究工质在循环系统中温度、压力和流量的变化情况进行追踪监测、操作简单。

在所述竖管发生器、竖管吸收器和溶液泵出口处分别设有压差变送器，便于现场直接观察工质溶液在循环系统中的压强变化。

本发明的优点是：通过竖管发生器、竖管吸收器、研究工质的连接管道等组成一个密闭连通的循环系统，装有视镜以便观察成膜流态，测量系统可以实现对研究工质在循环系统中温度、压力和流量的变化情况进行追踪监测，可以进行多种工质的热物性研究和传热传质实验研究，结构紧凑、操作方便、形象直观、安全性能可靠。

附图说明

附图1为本发明实施例的竖管降膜蒸发与吸收传热传质实验装置示意图；

附图2为本发明实施例中温度、压力、流量测量系统示意图；

1、竖管发生器，2、竖管吸收器，3、储液罐，4、换热器，5、加热水箱，6、冷却塔，7、视镜，8、溶液泵，9、电磁流量计，10、蜗街流量计，11、调节阀，12、调节阀，13、减压阀，14、减压阀，15、压差变送器，16、压差变送器，17、压差变送器，18、温度传感器探头，19、温度传感器探头，20、温度传感器探头，21、温度传感器探头，22、温度传感器探头，23、闸阀，24、闸阀，25、热水泵，26、热水流量计，27、温度传感器探头，28、温度传感器探头，29、冷却水泵，30、冷却水流量计，31、温度传感器探头，32、温度传感器探头，33、温度传感器引出接线装置，34、多通道测试记录仪，35、压力、流量传感器引出接线装置，36、多通道无纸记录仪37、计算机。

具体实施方式

实施例：

参阅图1，一种竖管降膜蒸发与吸收传热传质实验装置，包括竖管发生器1、竖管吸收器2、储液罐3、换热器4、减压阀13和减压阀14、溶液泵8、加热水箱5、热水泵25、冷却塔6、冷却水泵29组成，溶液泵8入口通过管道连通储液罐3的底部，出口通过管道连通换热器4的第一入口，换热器4的第一出口通过管道连通竖管发生器1的工质入口，竖管发生器1的工质气相出口经过减压阀14后通过管道分别连通储液罐3和竖管吸收器2的工质气相入口，竖管发生器2的工质液相出口通过管道连通换热器4的第二入口，换热器4的第二出口经过减压阀13后通过管道连通竖管吸收器2的工质液相入口，热水泵25的入口通过管道连通加热水箱5的底部，出口通过管道连通竖管发生器2的热水入口，竖管发生器2的热水出口通过管道连通加热水箱5，竖管吸收器2的工质出口连通储液罐3；冷却水泵29的入口通过管道连通冷却塔6，出口通过管道连通竖管吸收器2的冷水入口，竖管吸收器2的冷水出口通过管道连通冷却塔6。

溶液循环是由竖管发生器1、竖管吸收器2、储液罐3、换热器4、溶液泵8、电磁流量计9、涡街流量计10、调节阀11、12、减压阀13、14、闸阀23、24几个基本部件组成一个密闭连通的循环系统，电磁流量计9用于测量溶液的质量流量，涡街流量计10用于测量气体的体积流量，调节阀11、12用于调节进入竖管发生器1的溶液的质量流量，减压阀13、14分别用于竖管发生器1出流溶液和蒸汽管道的减压，闸阀23、24主要用于蒸汽和溶液管道的启闭。视镜7安装在竖管发生器1的套管上，用于观察溶液在竖管发生器1外的成膜情况；压差变送器15、16、17分别安装在竖管发生器1的外套管、竖管吸收器2的内降膜管、溶液泵8出口后，用以测量工质的在系统循环中的压力；温度传感器探头18、19、20、21、22分别安装在竖管发生器1、竖管吸收器2、热水和冷却水进出口以及蒸汽减压14阀后，用以测量工质的在系统循环中的温度。热水循环是由加热水箱5、热水泵25、热水流量计26几个基本部件用管道连接成密闭的循环系统，热水循环和溶液降膜通过逆向流进行热交换。温度传感器探头27、28用于测量热水的进出口温度。冷却水循环是由冷却塔6、冷却水泵29、冷却水流量计30几个基本部件组成循环系统，冷却水循环和溶液降膜通过逆向流进行热交换。温度传感器探头31、32用于测量冷却水的进出口温度。

如图2所示，将图1中的温度传感器探头18、19、20、21、22、27、28、31、32的引线通过温度传感器引出接线装置33与多通道测试记录仪34连接，为了减小误差和提高工作效率，将多通道测试记录仪34连接计算机37连接，最后构成温度测量系统。压差变送器15、16、17以及流量计9、10、26、30的引线通过压力、流量传感器引出接线装置35与多通道无纸记录仪36连接，最后与计算机37连接，构成压力、流量测量系统。

温度传感器探头置于管道预留的孔洞中，通过温度传感器引出接线装置33直接与测试记录仪34相连，温度传感器引出接线装置33和测试记录仪34上都有设计好的接口，直接接上就可以使用，测试记录仪34可以显示实测温度，但由于内存小，只可保留短时间内的数据且没有处理数据功能，因此将测试记录仪34和计算机37连接，计算机37具有储存长时间数据和处理数据功能，弥补测试记录仪34的不足。

压差变送器15、16、17具有现场指示压力的功能，同时其引线和流量计的引线分别通过压力、流量传感器引出接线装置35与多通道无纸记录仪36相连，压力、流量传感器引出接线装置35和多通道无纸记录仪36上都有设计好的接口，直接接上就可以使用，无纸记录仪36可以显示实测压力、流量，但由于内存小，只可保留短时间内的数据且没有处理数据功能，因此将多通道无纸记录仪36和计算机37连接，计算机37具有储存长时间数据和处理数据功能，弥补无纸记录仪36的不足。

多通道测试记录仪34和多通道无纸记录仪36的区别在于：多通道测试记录仪34仅仅针对测试温度有效，不能测试压力和流量，而多通道无纸记录仪36只是针对压力和流量有效，不能测试温度；本实施例中分别采用上述两种记录仪，其成本低，都为规模化产品，获取容易，维修方便。

在本实施例中使用了在线测试系统，可以进一步完善整个实验装置系统，提供一种一体化的实验装置，在系统运行时，可以实时监控和记录数据，防止人工误差，提高实验的准确性。

参见图1，工作时，工质溶液从储液罐3中经过溶液泵8加压和调节阀11调节竖管发生器1工质入口溶液流量后，进入换热器4和竖管发生器1蒸发后的溶液换热，然后送入竖管发生器1的布膜装置，在降膜蒸发管外形成均匀的液膜，液膜和管内的热水形成逆向流，液膜吸收热量后在套管内蒸发，蒸汽经过减压阀14减压，通过涡街流量计10和温度传感器探头22，测量数据后，被送入竖管吸收器2的布膜装置和储液罐3中，而蒸发后的溶液经过换热器4和溶液泵8送来的溶液进行热交换，通过减压阀13减压和调节阀12调节竖管吸收器1液相入口流量后被送入竖管吸收器1的布膜装置，在降膜吸收管内形成均匀液膜吸收来自竖管发生器1的蒸汽，液膜和管外冷却水形成逆向流，吸收放出的热量由冷却水带走，从而溶液形成一个连续封闭的系统。同时，热水系统是由加热水箱5、热水泵25、热水流量计26组成一个连续封闭循环系统；冷却水系统是由冷却水泵29，冷却水流量计30、冷却塔6组成一个连续循环系统。

本实施例中，竖管发生器1管长约为5米，进行管外降膜蒸发，也可以使用管内降膜蒸发方式。竖管吸收器2管长约6米，为管内降膜吸收，也可以使用管外降膜吸收器。

1、竖管降膜蒸发与吸收传热传质循环系统对各处温度的测量方式：

参见图1、图2，由于溶液、热水、冷却水在循环系统中各个部分的温度不同，循环系统中探头的温度也不同，通过各处的温度传感器探头18、19、20、21、22、27、28、31、32的引线与图2中的温度传感器引出接线装置33连接到多通道测试记录仪34显示实测温度，再连接到计算机37保存和处理数据。

2、竖管降膜蒸发与吸收传热传质循环系统对各处流量和压力的测量方式：

参见图1、图2，由于溶液在循环系统中各个部分的压力、流量以及热水、冷却水流量不同，通过压差变送器15、16、17可以直接反映出溶液工质在循环系统中压强的变化，通过流量计9、10、26、30可以直接反映出各种工质在循环系统中流量的变化，也可以通过压力、流量传感器引出接线装置35与多通道无纸记录仪36连接显示实测压力、流量，再连接到计算机37保存和处理数据。

3、发生器中液膜流态的观察

参见图1，由于发生器的套管上安装有视镜7，当系统运行时，可以通过视镜观察液膜的流态。

上列详细说明是针对本发明之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。