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PROCEDE ET DISPOSITIF DE VAPORISATION DE SOLUTIONS.
DE SELS, SUCRES ET AUTRES,ET DE GENERATION DE VAPEUR
Lors de la vaporisation de solutions de sels, de su- cre et autres, et de la génération de vapeur dans des chau- dières à vapeur, il y a déposition sur les surfaces chauffan- tes de corps contenus dans la solution. Non seulement, ces dépôts réduisent considérablement le coefficient de conducti- bilité calorifique et diminuent l'efficacité de l'appareil évaporateur,. ou de la chaudière, mais ils produisent souvent, par le chauffage de la flamme, la perforation des parois du réchauffeur.
La formation d'incrustations sur les surfaces chauf- fantes doit être attribuée au pouvoir adhésif des petites particules de substances contenues par la solution au moment de leur formation, notamment au moment de la formation des bulles de vapeur dans la solution. Il est connu que celles- ci peuvent notamment se former seulement lorsque la pression
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à ces enüroits donnés est plus basse que la tension de va- '"peurqai corxespond la température de ces endroits.
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Afin d'empêcher la formation de dépêts sur la surfa- ce chauffante, l'on doit, suivant l'invention, produire dans le réchauffeur une pression qui dépasse la tension de la va- peur saturée pour la température atteinte par la solution lorsqu'elle sort du réchauffeur. Cette pression est augmen- tée suivant l'invention, en maintenant au-dessus du réchauf- feur une colonne liquide d'une telle hauteur, que sa pression augmentée de la pression de la vapeur qui se trouve au-dessus ou de la pression atmosphérique, soit plus élevée que la ten- sion de la vapeur saturée pour une température égale à celle que possède le liquide lorsqu'il sort du réchauffeur.
Pour cela, la canalisation qui conduit le liquide préchauffé, du réchauffeur au séparateur,doit avoir une section qui ne dépas- se pas la section de passage du liquide à travers le réchauf- feux . De cette manière, l'on évite l'ébullition du liquide dans le réchauffeur, et la formation ae dépôts sur les surfa- ces chauffantes.
Le dessin ci-j'oint montre quelques dispositifs modi- fiés suivant la présente invention, pour la vaporisation et la génération de vapeur, et notamment: les fies, 1 et 2 montrent un évaporateur Robert en coupe verticale et horizontale, et la fig. 3 montre un évaporateur muni d'un tuyau de circu- lation ; les figs. 4 et 5 montrent respectivement une coupe verti- cale et horizontale d'un réchauffeur employé comme chaudière à vapeur ; les figs. 6 et 7 montrent un réchauffeur à boites à vapeur suspendues; les figs. 8 et 9 montrent un réchauffeur à foyer tubuiai- re horizontal, et les figs.10 et Il montrent un réchauffeur qui consiste en deux appareils séparés, superposés.
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Enfin,la fig. 12 est une coupe verticale d'une chau- dière à. tubes d'eau disposée suivant l'invention.
Le réchauffeur consiste en un récipient 1,(figs. 1 et 2) muni en haut d'un ajutage tubulaire 5 pour la vapeur qui est chassée de la solution, et d'un ajutage 3 pour l'évacua- tion des boues. A l'intérieur dU récipient, de trouvent des parois 6 et 7 avec des tubes de foyer sortis 8. Les tubes 8 forment avec les parois 6 et 7 un bouilleur dans lequel la vapeur passe par la canalisation 10 dans les espaces entre les tubes, tandis que l'eau de condensation est evacuée par la canalisation 11. Au-dessus du bouilleur se trouve un vase 13 ouvert avec un fond ovale, sphérique ou plat 14.
Le vase 13 se trouve en communication au moyen ci' une canalisation extérieure e avec la chambre qui se trouve en-dessous du fond 6.
Entre les parois du récipient 1 et celles du vase 13 se trouve une chambre annulaire, dans laquelle la solution qui s'échappe du bouilleur est conduite le long du fond 14.
Au-dessus du rebord supérieur au vase 13 se trouve une surfa- ce en forme de toit 15, qui conduit la solution en ebullition dans .le vase 13. La section de la chambre annulaire est plus petite ou égale à la somme des sections des tubes de foyer, cependant, elle doit être suffisamment grande pour qu'elle ne produise pas un étranglement du liquide qui y circule.
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.tI41/)1ÛJt.t4'±l.Jd,tuJ. La solution/évaporer s'écoule dans le vase 13 par la canalisation 12.
L'évaporateur illustré fonctionne de la manière sui- vante:
Afin que l'ébullition de la solution dans le bouil- leur soit empêchée comme dit dans le préambule, l'on doit maintenir au-dessus d'elle une colonne liquide d'une telle hauteur que sa pression augmentée de la pression de la vapeur Située au-dessus ou de la pression atmosphérique soit plus élevée que la tension de la vapeur saturée à la température
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atteinte par la soluion à sa sortie du bouilleur.
La solution réchauffée dans tes tubes 8 est conduite dans l'espace annulaire situé entre le récipient 1 et le vase 13, où après qu'elle a atteint le niveau pour lequel la pres- sion de la colonne de solution qui s'y trouve est plus bas que la tension de vapeur saturée correspondant à la température donnée, elle commence à bouillir, et la vapeur qui s'échappe prend la solution avec elle et la projette dans le vase 13.
Pendant que le mélange de vapeur et de solution vient heurter la surface 19 'en forme de toit, elle se divise,, et la vapeur s'échappe par l'ajutage 5, tandis que la solution refroidie par suite des évaporations s'écoule dans le vase 13, d'OÙ elle revient par la canalisation 9 dans le radiateur 8.
De cette manière, on fait faire 4 la solution un circuit, ce qui ' n'entraîne pas une diminution de la vitesse de passage par une augmentation de la colonne liquide au-dessus du bouilleur pour un choix convenable de sa section, comme c'était le ces avec les évaporateurs connus jusqu'à présent mais elle aug- mentera encore, car la vapeur qui se forme dans l'espace entr le récipient 1 et le vase 13 agit d'une macère analogue à celle de l'air dans une pompe à air comprimé.La solution est ainsi pompée de l'espace entre le récipient et le vase 13, dans ce dernier.
Comme la solution s'évapore seulement dans l'espace annulaire, le dépôt n'a lieu que dans cet espace, et plus le chemin parcouru par les cristaux est long, plus leur croissan- ce sera abondante.
Dans la fig. 3, il est montré un évaporateur genre Robert, qui se differentie de celui décrit en cela que le tuyau de circulation 9 ne se trouve pas à l'extérieur, mais à l'intérieur du récipient. son mode de fonctionnement est le même que celui de l'évaporateur montré dans les fige* 1 et 2.
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Les figs. 4 et 5 montrent un évaporateur qui se dif- férentie des précédents en cela que son réchauffeur est adap- té à un combustible sellas ou liquide.
Entre les tubes 8 se trouvent disposées des parois de séparation 28 qui forcent les gaz de combustion à parcou- rir un plus long chemin entre les tubes.
La fig. 6 montre une coupe verticale faite da--s l'é- vaporateur universellement connu à tubes verticaux, type
Robert, avec la chambre de vaporisation suspendue. Le c?nal pour la vaporisation de la solution chaude est formé ici d' un côté par les parois prolongées 29 d'un bouilleur cylindri- que 30, et d'un autre côté de nouveau par le tuyau de circu- lation prolongé 9. La section du dit canal correspond aux conditionsénumérées à propos de la description de l'évapora- teur décrit dans les figs. 1 et 2. La fig.7 montre un évapo- rateur qui se différentie des précédents en cela qu'il n'a pas de tube de circulation 9. Les parois 29 du bouilleur se terminent en un tronc de cône, dans l'ouverture duquel se trouve fixé un cylindre ouvert 30.
Ce dernier joue ici le rô- le d'une canalisation à l'intérieur de laquelle la solution est évaporée, tandis que l'espace situé entre lui et le réci- pient 1 remplit la fonction du vase 13 et du tuyau de circu- lation.
Les figs. 8 et 8 montrent un évaporateur analogue.
Cet évaporateur se différentie de celui illustré dans la fig.
7,, dans lequel les bouilleurs sont identiques à tous ceux u- tilisés dans les évaporateurs précédents.
La fig. 8 en est notamment une section transversale verticale et la fig.9 une coupe longitudinale verticale d'un évaporater couché, c'est-à-dire en forme de coffre.
Cet évaporateur montre, comme le précédent, un mocte de réalisation dans lequel le bouilleur et la canalisation d' évaporation se trouvent situés dans un même vase, dont les côtés longitudinaux sont désignés par 1, le côté transveren côtés longitudinaux sont décignés par 1, le côté transversal
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antérieur par 6 et le postérieur par 7, le fond par 2 et le couvercle en forme de moitié de cylindre par 18.
Les parties inférieures des côtés transversaux 6 et 7 sont formas en même temps comme des tamis dans le quels les tubes de foyer 8 sont sertis horizontalement ou légèrement in- clinés. La vapeur de chauffage arrive dans la boite . vapeur 20 par le tuyau 10, et l'eau de condensation quitte la boite 21 par le tuyau 11.
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M1-JIIllL Le lic:uidées conduit . l'évaporateur par le tuyau .d / 12, tandis que la quantité qui en est évaporée s'échappe par l'ajutage 5.
Dans cet évaporateur universellement connu se trouve fixée)suivant l'invention, sur toute sa longueur, attenant aux côtés transversaux e et 7, une paroi séparatrice uniforme qui consiste en une partie inclinée 9 ayant un rebord infé- rieur recourbé un peu vers le bas, et en une partie verticale 13 parallèle aux côtés et au couvercle de l'évaporateur 18.
L'ajutage 5 se prolonge jusqu'à une faible distance en-dessous du rebord supérieur de la paroi séparatrice 13.
L'écartement entre la paroi séparatrice 13 du côté 1 de l'évaporateur est choisi de telle manière qu'il reste en- tre eux un passage, c'est-à-dire un canal pour le liquide chaud, doitla longueur est limitée par le rebord 15 de la pa- roi séparatrice 13 et le couvercle 18 de l'évaporateur. L'es- pace qui se trouve entre le côté gauche 1 de l'évaporateur, la paroi séparatrice 9-13 et les parties latérales 6 et 7, forme un récipient pour le liquide refroidie qui correspond au vase 13 des figs. 1 et 3. La partie inclinée 9 de la paroi séparatrice correspond au cône 14 des figs, 1 et 3, et le pas- sage entre le recourbement dirigé vers le bas de la paroi séparatrice 9 et le côté gauche 1 de l'évaporateur prend ici la fonction du tuyau de circulation 9 de la fig 3.
Le niveau constant du liquide 16 reste ici en-dessous du bord du passage 15.
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Dans)des cas spéciaux, la paroi séparatrice ne doit pas atteindre le sommet du couvercle 18, ou même son comnen- cement, mais alors on doit disposer au-dessus du canal une surface en forme de toit, qui conduit le liquide dans le ré- cipient.
La fige 10 montre un évaporateur qui consiste en un bouilleur et un séparateur, qui sont situés dans des reci- pients séparés.
:Le bouilleur de cet évaporateur peut être constitué d'une chaudière ou d'un réchauffeur à vapeur construit de toute manière.
Le séparateur consiste en un vase horizontal ou in- cliné à côtés 31 et à fond convexe ou concave. Ce vase joue en même temps le rôle du récipient pour le liquide refroidi et correspond au vase 13 de la fig.l.
Le liquide réchauffé dans le bouilleur est conduit dans un canal 34, dont la section correspond aux conaitions mentionnées ci-dessus. Cette canalisation pénètre dans l'é- vaporateur d'en bas ou de côté et atteint avec son rebord
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supérieur 15 un point plus élevé que le niveau constant de .(,Uf.1u l:i.qU1deJ.A l'autre extrémité du récipient 31 est dérivé un tube 9 conduisant le liquide refroidi dans le bouilleur, Ce tube peut avoir son commencement directement au fond de 1' évaporateur 31, ou atteindre à l'intérieur le niveau cons- tant du liquide 16. Dans ce dernier cas, l'on dispose un a- jutage 3 au fond du récipient 3 pour l'évacuation du préci- pité qui se sépare du liquide en ébullition.
La fig. il montre un évaporateur qui consiste en deux récipients qui se différentie des précédents seulement en cela que son séparateur est un vase fixe dont la construc- tion est tout à fait identique à celle décrite dans les des- criptions précédentes relatives aux figs.l et 2.
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La fig. 12 montre un évaporateur à deux vases, qui se differentie des précédents en cela que son séparateur est identique à celui décrit précédemment et illustré dans la fig. 7, et le réchauffeur forme un récipient à tubes d'eau dont la construction fut décrite dans les figs. 4 et 5.
L'on peut conduire le liquide chauffé de plusieurs réchauffeurs séparés dans une canalisation de réparation commune, quand les températures du liquide dans les divers réchauffeurs ne sont pas très différentes les unes des au- tres, ce qui permet d'obtenir la chaleur pour chacun des réchauffeurs de sources différentes, par exemple l'un par de la Vapeur$ l'autre par du feu, le troisième pourrait être chauffé électriquement. Dans ce but, une condition doit être remplie et notamment, pour la hauteur requise du niveau de liquide constant chacune des sources de chaleur doit % être capable de réchauffer le liquide dans son réchauffeur jusqu' à une température pour laquelle la tension de la vapeur qui sort du rechauffeur ne dépasse pas la pression de la colonne liquide qui se trouve dans la canalisation commune.
Le liquide réchauffé dans un grand réchauffeur peut être conduit dans plusieurs séparateurs, pourvu que le niveau constant de liquide dans les séparateurs, c'est-à-aire dans les récipients du liquide refroidi pour les divers évapora- teurs soit maintenu au même niveau.
Les dispositifs décrits de vaporisation et de généra- tion de vapeur ont répondu dans la pratique à toutes les non- ditions, c'est-à-dire lorsqu'on fait évaporer la solution la surface chauffante est libre de tous dépôts, et par consé- quent son rendement en tenant compte du choix convenable de section pour le passage du liquide chauffé, est augmenté considérablement par rapport aux évaporateurs connus Jusqu' à présent.
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METHOD AND DEVICE FOR VAPORIZING SOLUTIONS.
SALTS, SUGARS AND OTHERS, AND VAPOR GENERATION
In the vaporization of solutions of salts, sugars and the like, and in the generation of vapor in steam boilers, there is deposition on the heating surfaces of substances contained in the solution. Not only do these deposits considerably reduce the coefficient of heat conductivity and reduce the efficiency of the evaporator apparatus. or the boiler, but they often produce, by heating the flame, the perforation of the walls of the heater.
The formation of encrustations on the heating surfaces must be attributed to the adhesive power of the small particles of substances contained in the solution at the time of their formation, in particular at the time of the formation of vapor bubbles in the solution. It is known that these can in particular form only when the pressure
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at these given places is lower than the V-voltage corresponding to the temperature of those places.
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In order to prevent the formation of deposits on the heating surface, it is necessary according to the invention to produce in the heater a pressure which exceeds the voltage of the saturated vapor for the temperature reached by the solution when. it comes out of the heater. This pressure is increased according to the invention, by maintaining above the heater a liquid column of such a height that its pressure is increased by the pressure of the vapor which is above or by atmospheric pressure. , is higher than the voltage of the saturated vapor for a temperature equal to that possessed by the liquid when it leaves the heater.
To do this, the pipe which carries the preheated liquid from the heater to the separator must have a section which does not exceed the section of passage of the liquid through the heater. In this way, the boiling of the liquid in the heater is avoided and the formation of deposits on the heating surfaces.
The following drawing shows some modified devices according to the present invention, for vaporization and the generation of vapor, and in particular: the fies, 1 and 2 show a Robert evaporator in vertical and horizontal section, and FIG. 3 shows an evaporator fitted with a circulation pipe; figs. 4 and 5 show respectively a vertical and horizontal section of a heater used as a steam boiler; figs. 6 and 7 show a heater with suspended steam boxes; figs. 8 and 9 show a heater with a horizontal tubular hearth, and figs. 10 and 11 show a heater which consists of two separate, superimposed devices.
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Finally, fig. 12 is a vertical section through a boiler. water tubes arranged according to the invention.
The heater consists of a receptacle 1 (Figs. 1 and 2) provided at the top with a tubular nozzle 5 for the steam which is expelled from the solution, and with a nozzle 3 for the discharge of sludge. Inside the container, there are walls 6 and 7 with protruding hearth tubes 8. The tubes 8 form with the walls 6 and 7 a boiler in which the steam passes through the pipe 10 in the spaces between the tubes, while the condensed water is discharged through line 11. Above the boiler is an open vessel 13 with an oval, spherical or flat bottom 14.
The vessel 13 is in communication by means of an external pipe with the chamber which is located below the bottom 6.
Between the walls of the container 1 and those of the vessel 13 there is an annular chamber, in which the solution which escapes from the boiler is conducted along the bottom 14.
Above the upper rim of vessel 13 is a roof-shaped surface 15, which conducts the boiling solution into vessel 13. The section of the annular chamber is less than or equal to the sum of the sections of the vessels. focus tubes, however, it must be large enough that it does not constrict the liquid flowing through it.
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.tI41 /) 1ÛJt.t4 '± l.Jd, tuJ. The solution / evaporator flows into the vessel 13 through line 12.
The evaporator shown operates as follows:
In order that the boiling of the solution in the boil- er is prevented as said in the preamble, a liquid column must be maintained above it of such a height that its pressure increased by the pressure of the vapor Located above or atmospheric pressure is higher than the pressure of saturated vapor at temperature
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reached by the solution on leaving the boiler.
The heated solution in the tubes 8 is conducted into the annular space between the vessel 1 and the vessel 13, where after it has reached the level at which the pressure of the column of solution therein is lower than the saturated vapor pressure corresponding to the given temperature, it begins to boil, and the escaping vapor takes the solution with it and projects it into the vessel 13.
As the mixture of steam and solution strikes the roof-shaped surface 19 ', it splits, and the steam escapes through the nozzle 5, while the solution cooled by evaporations flows into vessel 13, from where it returns via line 9 to radiator 8.
In this way, the solution is made to make a circuit, which does not entail a decrease in the passage speed by an increase in the liquid column above the boiler for a suitable choice of its section, as it is. was the same with the evaporators known until now but it will increase still further, because the vapor which forms in the space between the receptacle 1 and the vessel 13 acts of a maceration similar to that of the air in a compressed air pump. The solution is thus pumped from the space between the container and the vessel 13, into the latter.
As the solution evaporates only in the annular space, the deposition takes place only in this space, and the longer the path traveled by the crystals, the more they will grow abundantly.
In fig. 3, it is shown a Robert type evaporator, which differs from that described in that the circulation pipe 9 is not located outside, but inside the container. its operating mode is the same as that of the evaporator shown in figs * 1 and 2.
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Figs. 4 and 5 show an evaporator which differs from the previous ones in that its heater is suitable for sellas or liquid fuel.
Between the tubes 8 there are partition walls 28 which force the combustion gases to travel a longer path between the tubes.
Fig. 6 shows a vertical section made through the universally known vertical tube evaporator, type
Robert, with the suspended vaporization chamber. The channel for the vaporization of the hot solution is formed here on one side by the extended walls 29 of a cylindrical boiler 30, and on the other side again by the extended circulation pipe 9. The section of said channel corresponds to the conditions enumerated in connection with the description of the evaporator described in figs. 1 and 2. Fig. 7 shows an evaporator which differs from the previous ones in that it does not have a circulation tube 9. The walls 29 of the boiler end in a truncated cone, in the opening of which is fixed an open cylinder 30.
The latter here plays the role of a pipe inside which the solution is evaporated, while the space between it and the receptacle 1 fulfills the function of the vessel 13 and the circulation pipe. .
Figs. 8 and 8 show a similar evaporator.
This evaporator differs from that illustrated in fig.
7 ,, in which the boilers are identical to those used in the preceding evaporators.
Fig. 8 is in particular a vertical cross section and Fig.9 a vertical longitudinal section of a lying evaporator, that is to say in the form of a box.
This evaporator shows, like the previous one, an embodiment in which the boiler and the evaporation pipe are located in the same vessel, the longitudinal sides of which are designated by 1, the transverse side, the longitudinal sides are denoted by 1, the transverse side
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anterior by 6 and the posterior by 7, the bottom by 2 and the cover in the form of half of a cylinder by 18.
The lower parts of the transverse sides 6 and 7 are at the same time formed as sieves in which the hearth tubes 8 are crimped horizontally or slightly inclined. The heating vapor arrives in the box. steam 20 through pipe 10, and the condensed water leaves box 21 through pipe 11.
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M1-JIIllL The lic: uideas leads. the evaporator through pipe .d / 12, while the quantity which is evaporated from it escapes through nozzle 5.
In this universally known evaporator is fixed) according to the invention, over its entire length, adjoining the transverse sides e and 7, a uniform dividing wall which consists of an inclined part 9 having a lower edge curved a little downwards. , and in a vertical part 13 parallel to the sides and to the cover of the evaporator 18.
The nozzle 5 extends a short distance below the upper edge of the dividing wall 13.
The spacing between the separating wall 13 on side 1 of the evaporator is chosen such that there remains between them a passage, that is to say a channel for the hot liquid, must the length be limited by the rim 15 of the separating wall 13 and the cover 18 of the evaporator. The space between the left side 1 of the evaporator, the dividing wall 9-13 and the side parts 6 and 7, forms a container for the cooled liquid which corresponds to the vessel 13 of Figs. 1 and 3. The inclined part 9 of the dividing wall corresponds to the cone 14 of figs, 1 and 3, and the passage between the curving directed towards the bottom of the dividing wall 9 and the left side 1 of the evaporator takes here the function of the circulation pipe 9 in fig 3.
The constant level of liquid 16 here remains below the edge of passage 15.
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In) special cases, the dividing wall must not reach the top of the cover 18, or even its beginning, but then a roof-shaped surface must be arranged above the channel, which leads the liquid into the re. - container.
Fig. 10 shows an evaporator which consists of a boiler and a separator, which are located in separate containers.
: The boiler of this evaporator can be a boiler or a steam heater constructed anyway.
The separator consists of a horizontal or inclined vessel with sides 31 and a convex or concave bottom. This vessel plays at the same time the role of the container for the cooled liquid and corresponds to the vessel 13 of fig.l.
The liquid heated in the boiler is led into a channel 34, the section of which corresponds to the conaitions mentioned above. This pipe enters the evaporator from below or from the side and reaches with its rim
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higher 15 a point higher than the constant level of. (, Uf.1u l: i.qU1deJ. At the other end of the container 31 is derived a tube 9 leading the cooled liquid into the boiler, This tube may have its beginning directly at the bottom of the evaporator 31, or reach inside the constant level of the liquid 16. In the latter case, there is a nozzle 3 at the bottom of the container 3 for the evacuation of the liquid. pity that separates from the boiling liquid.
Fig. it shows an evaporator which consists of two receptacles which differs from the previous ones only in that its separator is a fixed vessel, the construction of which is completely identical to that described in the previous descriptions relating to figs. 1 and 2 .
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Fig. 12 shows an evaporator with two vessels, which differs from the previous ones in that its separator is identical to that described above and illustrated in FIG. 7, and the heater forms a container with water tubes, the construction of which was described in figs. 4 and 5.
It is possible to lead the heated liquid from several separate heaters in a common repair line, when the temperatures of the liquid in the various heaters are not very different from each other, thus obtaining the heat for each. heaters from different sources, for example one by Steam, the other by fire, the third could be heated electrically. For this purpose, a condition must be fulfilled and in particular, for the required height of the constant liquid level each of the heat sources must% be able to heat the liquid in its heater to a temperature for which the vapor pressure which out of the reheater does not exceed the pressure of the liquid column in the common pipe.
The liquid heated in a large heater can be conducted through several separators, provided that the constant level of liquid in the separators, ie in the containers of the cooled liquid for the various evaporators is maintained at the same level.
The devices described for vaporization and for the generation of steam have in practice fulfilled all the nonditions, that is to say when the solution is evaporated the heating surface is free of all deposits, and therefore - that its efficiency, taking into account the suitable choice of section for the passage of the heated liquid, is considerably increased compared to the evaporators known until now.