膜厚可调的外环状弹性壁布膜器

技术领域

本发明涉及气液传质的技术领域，特别是具有超薄特性和膜厚可调性的降膜分布器。

背景技术

降膜蒸发传热传质广泛应用于化工、食品、医药、海水淡化与热电等行业，其液体流量小、传热温差利用度高等特点，与覆盖传热壁面的液膜厚度及其均匀度密切相关。因此布膜技术是该领域关键技术之一。传统布膜器，都是利用插件与管内壁面构造出液体流动的狭缝引导液体在降膜管表面均匀铺展（李瑞，董伟志，史晓平，张少峰.化工学报， 2002, 51(5): 699-702），产生的膜厚是不可调的，膜厚的均匀性难以保证。而外环状弹性降膜分布器，产生降膜流动的机理是受内压弹性薄壁轴对称变形协调原理，其半径扩张量即为降膜厚度，具有均匀性和稳定性内在机理。膜厚及布膜流量与布膜器内液柱高度成线性关系，精确可调。本发明方法在降膜管外壁产生的均匀降膜厚度小至8~10微米，为高效降膜蒸发传热传质提供实施手段。

发明内容

本发明公开一种外环状弹性壁布膜器及其布膜方法，弹性壁的原始内径与降膜管外径相等、无降膜流动时与降膜管外壁贴合。布膜器内的液柱压力作用下使弹性壁发生均匀、连续的径向变形来实现自动开关和均匀布膜，其半径扩张量即为降膜厚度、精确可控。降膜厚度与布膜器内的液柱距降膜出口的高度成线性关系。

本发明的具体方法是：与降膜管1同轴安放环形布膜器进液杯2。环形弹性壁4的原始内径与降膜管1的外径相等，原始长度L=30~300mm，下端与降膜管外壁贴合长度为其全长的1/3~1/2，上端扩张后套装于进液杯2的下颈并用紧固环3固定。液体由进液杯2的上部开口端进入布膜器，形成具有一定高度的液面，液面上方的气相压力与降膜管1外环状降膜表面的气相压力之差△p=0~100Pa且保持稳定。进液杯2的液面距降膜出口（即环形弹性壁4的下端部位置）的高度小于ho，弹性壁4下端部与降膜管外壁保持贴合，无液体流出，布膜器处于关闭状态；液面距降膜出口的高度达到h_o，弹性壁4下端部处于临界张开状态，只要液面高度再增加即会从弹性壁4下端部张开后与降膜管外壁之间形成的轴对称环形通道产生均匀的外环状降膜流动，其膜厚与布膜液面高度h_d具有线性关系。

其中，弹性壁材料的泊松比为ν=0.1~0.5、杨氏模量为E=1.0MPa ~3.0MPa、 壁厚为t=0.1mm~1.5mm，降膜管外径D₁=10mm~50mm，ρ为液体密度，g为重力加速度，启动液位高度h_o =10mm~150mm，布膜液面高度h_d =100 mm~450mm。

本发明外环状弹性壁布膜器为圆管外液体降膜分布提供了精确可控的流动通道，弹性材料本身的变形协调性质使弹性壁面对液体压力变化可以产生很灵敏的负反馈响应，有效避免“沟流”等不均匀现象的发生，保证超薄布膜均匀特性，布膜厚度为0.05mm~2.0mm。布膜厚度与布膜流量均与布膜器内的布膜液面高度h_d成线性关系，为工程设计、操作调节与控制提供了可靠的依据。

附图说明  附图1是本发明提供的膜厚可调的外环状弹性壁布膜器启动液位示意图。图中：1-降膜管；2-布膜器进液杯；3-紧固环；4-弹性壁。附图2是稳态操作示意图。

以下结合实施例对附图作进一步阐述。

具体实施方式  以下结合但不限于实施例阐述本发明具体实施方式

布膜液体：30%甘油-水溶液，密度ρ=1073kg/m³

弹性壁材料性质：泊松比ν=0.4、杨氏模量E=1.8 MPa、 壁厚t=0.21mm，弹性壁长度L=30mm

降膜管外径D₁=14mm，降膜管材质为316L不锈钢。

启动液位高度h_o =33mm

△p=0

实测布膜液面高度h_d与对应膜厚δ见下表：

本发明不限于上述实施例，其技术方案已在发明内容部分予以说明。