BR112013006742B1

BR112013006742B1 - evaporador de película descendente

Info

Publication number: BR112013006742B1
Application number: BR112013006742A
Authority: BR
Inventors: Artamo Arvi; Juhola Pentti
Original assignee: Rinheat Oy
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2020-02-04
Also published as: US20130206343A1; WO2012042113A1; US10035077B2; ES2430421T3; CN103153419A; EP2433689B1; BR112013006742A2; EP2433689A1; CN103153419B

Abstract

evaporador de película descendente a invenção trata de um evaporador de película descendente, compreendendo uma estrutura externa formada por uma estrutura cilíndrica (1) e extremidades convexas (2, 3), pelo menos um grupo de tubos (4, 5) formado por tubos verticais (6) dispostos dentro da estrutura, por meio dos quais um vapor condensável de liberação de calor possa ser alimentado nos tubos verticais (6) de baixo para cima, e um líquido condensável recebedor de calor possa ser alimentado para a parte superior do referido grupo de tubos (4, 5) para fluirde cima para baixo ao longo da superfície externa dos tubos verticais (6) como uma camada fina de líquido, por meio da qual meios para descarga de gases não condensáveis contidos no vapor de liberação de calor tenham sido dispostos no grupo de tubos (4, 5). a invenção é caracterizada em que o evaporador compreenda dois ou mais grupos de tubos (4, 5), cada um fornecido com uma placa de tubo (7,8) própria, pela qual os tubos verticais (6) de cada grupo de tubo (4, 5) estejam conectados em suas extremidades inferiores à placa de tubo (7, 8) do grupo de tubos correspondente (4, 5) e em suas extremidades superiores a coletores (9) do grupo de tubos correspondente (4, 5).

Description

EVAPORADOR DE PELÍCULA DESCENDENTE [0001] A presente invenção refere-se a um evaporador de película descendente, compreendendo uma estrutura externa formada por uma estrutura cilíndrica e extremidades convexas, pelos menos um grupo de tubos formado por tubos verticais dispostos dentro da estrutura externa, por meio dos quais um vapor condensável de liberação de calor pode ser alimentado aos tubos verticais de baixo para cima, e pelos quais a partir da extremidade superior do grupo de tubos um líquido vaporizador recebedor de calor pode ser levado a fluir de cima para baixo na superfície externa dos tubos verticais como uma camada fina de líquido, o grupo de tubos sendo fornecido com meio para liberar componentes não condensados no vapor de liberação de calor.

[0002] A partir da Patente Finlandesa N.° 76699, um evaporador do tipo mencionado acima é previamente conhecido. No referido evaporador, os tubos verticais estão conectados em sua extremidade inferior a uma placa de tubo e fechado em sua extremidade superior, onde dentro de cada tubo vertical outro tubo paralelo é disposto, o qual por sua vez está conectado a outra placa de tubo, pela qual o vapor é alimentado a uma câmara de entrada de vapor disposta entre as referidas duas placas de tubo e flui de baixo para cima dentro dos tubos externos e cai por meio destes tubos internos a um espaço disposto abaixo da outra placa de tubo e flui a partir deste local de baixo para cima por meio dos tubos internos dos tubos posicionados no outro lado de uma parede que divide a câmara de entrada de vapor, e por meio dos tubos externos de cima para baixo para um espaço da câmara de entrada de vapor separada pela parede, a partir de

Petição 870190066430, de 15/07/2019, pág. 10/24

2/10 onde o condensado sujo é liberado por meio de um canal de liberação disposto na parte inferior e o vapor não condensado é liberado por meio de um canal de liberação disposto na parte superior do espaço. Entretanto, a referida patente não divulga em qual local o líquido concentrado termina e o local pelo o líquido é liberado a partir do evaporador. Esse tipo de construção torna o evaporador pesado e, portanto, essa construção somente é adequada para dispositivos de tamanho pequeno.

[0003] A partir da Patente Norte-Americana N.° 5.264.531, outro evaporador que operada sob o princípio de película descendente é conhecido. No referido evaporador, um grupo de tubos é formado por uma pluralidade de elementos paralelos de evaporação, cada elemento de evaporação sendo formado por tubos verticais dispostos no mesmo nível, pelos quais as extremidades superiores dos tubos são conectadas a um tubo comum de coleta, e as extremidades inferiores a outro tubo comum de coleta. Todos os tubos superiores de coleta são conectados a uma câmara comum de coleta, e todos os tubos inferiores de coleta estão conectados a outra câmara comum de coleta. De acordo com uma configuração, um vapor condensável é levado à câmara inferior de coleta, pela qual o condensado gerado nos tubos verticais é liberado a partir da parte inferior da referida câmara de coleta, e o vapor que entra na parte superior de coleta da câmara é liberado do evaporador. O líquido a ser evaporado é levado à extremidade superior do grupo de tubos da mesma forma que no evaporador mencionado acima. O líquido concentrado flui em direção à parte inferior do evaporador, de onde é liberado do evaporador ou é retornado à extremidade superior do grupo de tubos para ser

Petição 870190066430, de 15/07/2019, pág. 11/24

3/10 evaporado, e o vapor evaporado do líquido é liberado da extremidade superior por meio de um separador de gotas. A construção desse tipo não é adequada para casos nos quais for utilizado, como uma fonte de calor, um fluxo de vapor contaminante contendo gases não condensáveis.

[0004] O objetivo da presente invenção é apresentar um evaporador que possibilite uma transferência efetiva de calor e também possibilite o uso de fluxos de vapor contaminante contendo gases não condensáveis, como vapor de liberação de calor.

[0005] Isso é alcançado por um evaporador caracterizado em que o evaporador compreende dois ou mais grupos de tubos, cada um sendo fornecido com uma placa de tubo própria, pela qual os tubos verticais de cada grupo de tubos estejam conectados em suas extremidades inferiores à placa de tubo do grupo de tubos correspondente e suas extremidades superiores estejam conectadas a coletores do grupo de tubos correspondente.

[0006] As superfícies internas dos tubos verticais do evaporador, de acordo com a invenção, são substancialmente autolimpáveis devido à queda de cima para baixo da camada do condensado. Além disso, o fluxo de vapor de baixo para cima contra o fluxo do condensado purifica o condensado de forma efetiva por meio de separação. Pelo contrário, a superfície externa dos tubos verticais do grupo de tubos pode ser facilmente limpa devido à construção do grupo de tubos. O evaporador pode, de acordo com a invenção, tanto no lado do tubo quanto no lado do revestimento, ser dividido em compartimentos que podem ser acoplados em paralelo ou em série de diferentes maneiras. O evaporador também possibilita

Petição 870190066430, de 15/07/2019, pág. 12/24

4/10 a diminuição de superaquecimento, quando um vapor superaquecido for utilizado como uma fonte de calor.

[0007] Em uma configuração, o evaporador compreende dois grupos de tubos com formato crescente, cada um fornecido com a sua própria placa de tubo, o grupo de tubos sendo disposto para formar um espaço vazio entre eles, o qual também é utilizável para medidas de manutenção.

[0008] Uma saída para liberação do vapor evaporado é preferencialmente disposta em conjunto com uma câmara de coleta de vapor, a qual é fornecida com um separador de gotas e posicionada na parte inferior do evaporador.

[0009] De acordo com uma configuração preferida da invenção, a placa de tubo de cada grupo de tubos é inclinada com relação ao horizontal para possibilitar que a parte não vaporizada do líquido flua para baixo ao longo da placa de tubo inclinada para um espaço líquido, a partir do qual o vapor é liberado através de uma saída disposta na parte inferior. De preferência, na extremidade inferior dos tubos verticais foi formada uma dobra para possibilitar que os referidos tubos terminem de forma perpendicular à placa de tubo inclinada.

[0010] Especialmente em relação a construções altas de evaporadores, os tubos verticais de cada grupo de tubo são apoiados por estruturas de suporte em no mínimo um ponto entre as extremidades do tubo. As referidas estruturas de suporte facilitam a montagem do evaporador e dão suporte aos tubos verticais e aos grupos de tubos durante o transporte, evitando vibração simultânea prejudicial e quebra durante o uso.

[0011] Os tubos verticais do grupo de tubos são

Petição 870190066430, de 15/07/2019, pág. 13/24

5/10 convencionalmente feitos de metal, mas podem em alguns casos ser feitos de um material de plástico fino, o qual é especialmente vantajoso do ponto de vista da limpeza.

[0012] Quando o dispositivo compreender diversos grupos de tubos, é possível guiar aos grupos de tubos vapores de diferentes qualidades e/ou diferentes pressões.

[0013] Os grupos de tubos individuais também podem ser divididos em grupos de tubos parciais, para os quais diferentes vapores podem ser levados.

[0014] Abaixo de cada placa de tubo, uma câmara de entrada de vapor para o grupo de tubos correspondente é disposto, por meio da qual a extremidade inferior de pelo menos um tubo vertical conectado a uma extremidade dos tubos de coleta é disposta para terminar em um espaço de separação separado da câmara de entrada de vapor.

[0015] Na extremidade superior dos tubos verticais nos quais o vapor flui de baixo para cima, uma abertura de controle de fluxo é disposta. A referida abertura de controle de fluxo possibilita que um vapor uniforme flua para os tubos verticais e que a liberação dos gases não condensáveis ocorra a partir dos tubos verticais.

[0016] Cada grupo de tubos do evaporador pode ter o seu próprio circuito líquido contendo diferentes concentrações, por meio do qual o espaço líquido do evaporador é dividido por paredes de separação em compartimentos para manter as diferentes circulações de líquido separadas umas das outras.

[0017] O espaço de vapor entre os grupos de tubos também pode ser dividido em uma parede de separação para permitir a disposição de duas etapas de evaporação no mesmo evaporador.

[0018] A seguir, a invenção é descrita em maiores detalhes

Petição 870190066430, de 15/07/2019, pág. 14/24

6/10 com relação a um desenho que mostra uma seção longitudinal de uma configuração de um evaporador, de acordo com a invenção.

[0019] A estrutura externa do evaporado mostrado na figura consiste de um revestimento cilíndrico 1 e extremidades convexas 2, 3.

[0020] Na configuração mostrada, foram dispostos dois grupos de tubos 4, 5 dentro do revestimento cilíndrico.

[0021] Os tubos verticais 6 que formam uma superfície de transferência de calor estão conectados em suas extremidades inferiores a uma placa de tubo 7 e 8, respectivamente, do grupo de tubos correspondente 4 e 5, respectivamente. As placas de tubo 7, 8 são inclinadas, e as extremidades inferiores dos tubos verticais 6 possuem uma dobra correspondente à inclinação. Os tubos verticais 6 são conectados às placas de tubos 7, 8 em um ângulo reto (90°) . Em suas extremidades superiores, os tubos verticais 6 são conectados aos coletores 9.

[0022] Acima do grupo de tubos 4, 5, dispositivos de distribuição de líquidos 10, 11 são dispostos para liberar um líquido a ser vaporizado em direção ao referido grupo de tubos. Abaixo das placas de tubo 7, 8, são dispostas câmaras de entrada de vapor 12, 13, onde uma câmara de coleta de vapor 15 fornecida com um separador de gotas 14 é disposta abaixo das câmaras de entrada de vapor. A parte inferior da estrutura 1 e a extremidade inferior 3 formam um recipiente de bombeamento 16 para o líquido ser evaporado.

[0023] No evaporador mostrado, o vapor de liberação de calor é conduzido através das câmaras de entrada de vapor 12 e 13 para os tubos verticais 6 de baixo para cima.

[0024] É possível alimentar ambos os grupos de tubos 4, 5

Petição 870190066430, de 15/07/2019, pág. 15/24

7/10 com o mesmo tipo de vapor ou vapores diferentes uns dos outros tanto em qualidade quanto em pressão. Um grupo de tubos individual também pode ser dividido em grupos de tubos parciais, para os quais diferentes vapores podem ser conduzidos.

[0025] O vapor que flui nos tubos verticais de baixo para cima condensa, e o condensado flui de cima para baixo contra o fluxo de vapor e até a parte inferior das câmaras de entrada de vapor 12, 13, a partir das quais o condensado é liberado por meio de peças conectoras 17, 18. As extremidades superiores dos tubos verticais 6, nos quais o vapor flui de baixo para cima, são fornecidas com aberturas de controle de fluxo para garantir um fluxo uniforme de vapor aos tubos 6 e liberação dos gases não condensáveis dos tubos 6.

[0026] A parte não condensada do vapor flui através das aberturas do controle de fluxo até os tubos de coleta 9 que conectam as extremidades superiores dos tubos verticais 6, a partir dos quais é conduzida ao tubos verticais extremos dos tubos de coleta, onde a parte condensada e o condensado gerado fluem de cima para baixo.

[0027] Os tubos verticais 6, nos quais a direção de fluxo do vapor é de baixo para cima, formam uma primeira passagem de tubo do grupo de tubos 4, 5, e os tubos nos quais o fluxo acontece de cima para baixo formam uma segunda passagem de tubo. A segunda passagem de tubo resfria o fluxo de vapor, fazendo com que uma parte seja condensada. O condensando e a parte ainda sendo condensada são conduzidos para um espaço de separação 19, 20, a partir do qual o condensado é liberado da parte inferior do espaço através de saídas 21, 22, e parte não condensada do fluxo de vapor é liberada a partir da parte

Petição 870190066430, de 15/07/2019, pág. 16/24

8/10 superior do espaço através das saídas 23, 24.

[0028] Quando fontes de calor como vapores forem utilizadas e que, além do vapor de água, contenham gases não condensáveis, por exemplo, ar, e compostos como metanol, que condensa a uma temperatura mais baixa que o vapor de água, o fluxo de vapor deve ser resfriado para permitir a maior proporção possível para ser condensada. Por outro lado, é direcionado para evitar que metanol, por exemplo, seja condensado e para obter um condensado o mais limpo possível, nesse caso não é necessário purificar separadamente, por exemplo, por separação.

[0029] No evaporador, de acordo com a invenção, a primeira passagem de tubo no grupo de tubos 4, 5 condensa a parte principal do fluxo de vapor. O vapor que flui para cima contra o fluxo do condensado aquece o condensado que flui para baixo e é vaporizado (tiras), por exemplo, o condensado de metanol. Portanto, o condensado do primeiro fluxo contínuo é obtido de forma limpa a partir do evaporador.

[0030] A segunda passagem de tubo no grupo de tubos 4, 5 resfria e condensa o restante do fluxo de vapor. Na segunda passagem de tubo, o metanol condensável, por exemplo, é misturado com o condensado da segunda passagem de tubo e é obtido a partir do evaporador em conjunto com o condensado sujo.

[0031] Como grande parte do grupo de tubos 4, 5 a forma da segunda passagem de tubo depende especialmente do conteúdo de outros componentes condensáveis, por exemplo, metanol, e do conteúdo de componentes não condensáveis, por exemplo, ar, no fluxo de vapor.

[0032] O líquido a ser vaporizado é levado à parte

Petição 870190066430, de 15/07/2019, pág. 17/24

9/10 superior do evaporador por meio de um tubo de entrada 25 e é distribuído por meio de dispositivos de distribuição de líquidos 10, 11 para fluir para baixo ao longo da superfície externa dos tubos verticais 6 como uma camada uniforme de líquido. Uma parte do líquido é vaporizada na superfície de transferência de calor, e o vapor gerado é conduzido através do espaço de vapor 2 6 entre os grupos de tubos 4, 5 até a parte inferior do evaporador, a partir da qual é conduzido através de um separador de gotas 14 até uma câmara de coleta de vapor 15 e mais ainda até uma saída 29.

[0033] Além de ser suportada pelas placas de tubo 7, 8 e pelos coletores 9, os tubos verticais 6 dos grupos de tubos 4, 5 também são suportados pela lateral externa em distâncias predeterminadas. As estruturas de suporte 27 tem o objetivo de facilitar a montagem do dispositivo, suportar os tubos verticais 6 e os grupos de tubos 4, 5 durante o transporte e evitar a vibração prejudicial e a quebra dos tubos verticais 6 durante o uso.

[0034] A parte não evaporada do fluxo de líquido flui para baixo ao longo da placa de tubo inclinada 7, 8 e cai em um espaço líquido 16 da parte inferior, a partir de onde é liberada através de uma saída 29. Ambos os grupos de tubos 4, 5 e possíveis grupos de tubos parciais podem ter as suas próprias circulações de líquidos, por meio dos quais, por exemplo, durante a concentração de líquido, as circulações de líquido podem ter concentrações diferentes. As diferentes concentrações são mantidas separadas umas das outras por meio da divisão do espaço de líquidos 16 da parte inferior por paredes de separação em compartimentos necessários, onde o espaço de vapor é comum a todas as partes.

Petição 870190066430, de 15/07/2019, pág. 18/24

10/10 [0035] Também é possível dispor paredes de separação no espaço de vapor entre os grupos de tubos 4, 5 para formar espaços de vapor separados. Devido a isso, é possível dispor, por exemplo, duas etapas de evaporação no mesmo evaporador.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Evaporador de película descendente, compreendendo uma estrutura externa formada por uma estrutura cilíndrica (1) e extremidades convexas (2, 3), pelo menos um grupo de tubos (4, 5) formado por tubos verticais (6) dispostos dentro da estrutura externa, por meio da qual um vapor condensável de liberação de calor possa ser alimentado nos tubos verticais (6) de baixo para cima, e um líquido vaporizável recebedor de calor possa ser alimentado na extremidade superior do referido grupo de tubos (4, 5) para cair ao longo da superfície externa dos tubos verticais (6) como uma camada fina de líquido, por meio da qual meios (23, 24) para liberação de componentes não condensados contidos no vapor de liberação de calor são dispostos em conexão com o grupo de tubos (4, 5), caracterizado pelo fato de o evaporador compreender dois ou mais grupos de tubos (4, 5), cada um sendo fornecido com uma placa de tubo (7, 8) própria, anexada nas extremidades inferiores dos tubos verticais (6) de cada grupo de tubos (4, 5) e com tubos de coleta (9) anexados nas extremidades superiores dos tubos verticais do grupo de tubos (4, 5) .
2. Evaporador de película descendente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de uma saída (28) para liberação do vapor evaporado tenha sido disposta em conexão com uma câmara de coleta de vapor (15) fornecida com um separador de gotas (14) e posicionado na parte inferior do evaporador.
3. Evaporador de película descendente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de a(s) placa(s) de tubo (7, 8) ser(em) inclinada(s)

Petição 870190066430, de 15/07/2019, pág. 20/24

2/3 horizontalmente .
4. Evaporador de película descendente, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de ser formada uma dobra na extremidade inferior dos tubos verticais (6) para possibilitar que os tubos (6) terminem na placa de tubo (7, 8) de forma perpendicular.
5. Evaporador de película descendente, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizado pelo fato de os tubos verticais (6) de cada grupo de tubos (4, 5) serem suportados por estruturas de suporte (27) em pelo menos um ponto entre as extremidades dos tubos.
6. Evaporador de película descendente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os tubos verticais (6) do grupo de tubos (4, 5) serem feitos de metal ou um material plástico fino.
7. Evaporador de película descendente, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de um dos grupos de tubos (4, 5) ser dividido em grupos de tubo parciais.
8. Evaporador de película descendente, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de abaixo de cada uma das placas de tubo (7, 8) uma câmara de entrada de vapor (12, 13) do grupo de tubos correspondente (4, 5) ser disposta, e que pelo menos um tubo vertical (6) conectado a uma extremidade de cada tubo de coleta (9) esteja em sua extremidade inferior disposto para terminar em um espaço de separação (19) separado da câmara de entrada de vapor (12, 13).
9. Evaporador de película descendente, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de uma abertura de

Petição 870190066430, de 15/07/2019, pág. 21/24

3/3 controle de fluxo ser disposta na extremidade superior dos tubos verticais (6) nos quais o vapor flua para cima.
10. Evaporador de película descendente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cada grupo de tubos (4, 5) ter o seu próprio circuito de líquido diferindo em concentração, por meio do qual um espaço líquido (16) disposto na parte inferior do evaporador tenha sido dividido por paredes de separação em compartimentos para manter líquidos dos diferentes circuitos de líquidos separados uns dos outros.
11. Evaporador de película descendente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de um espaço de vapor (26) entre os grupos de tubos (4, 5) ser dividido por uma parede de separação.