CS253061B1 - A method of heat exchange between two separate, countercurrent fluid streams - Google Patents

A method of heat exchange between two separate, countercurrent fluid streams Download PDF

Info

Publication number
CS253061B1
CS253061B1 CS845130A CS513084A CS253061B1 CS 253061 B1 CS253061 B1 CS 253061B1 CS 845130 A CS845130 A CS 845130A CS 513084 A CS513084 A CS 513084A CS 253061 B1 CS253061 B1 CS 253061B1
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
heat
heat exchange
separate
stream
fluid streams
Prior art date
Application number
CS845130A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CS513084A1 (en
Inventor
Josef Komurka
Stanislav Krejci
Emil Gemza
Jiri Kaspar
Vaclav Macha
Miloslav Novotny
Cestmir Miksa
Original Assignee
Josef Komurka
Stanislav Krejci
Emil Gemza
Jiri Kaspar
Vaclav Macha
Miloslav Novotny
Cestmir Miksa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Josef Komurka, Stanislav Krejci, Emil Gemza, Jiri Kaspar, Vaclav Macha, Miloslav Novotny, Cestmir Miksa filed Critical Josef Komurka
Priority to CS845130A priority Critical patent/CS253061B1/en
Publication of CS513084A1 publication Critical patent/CS513084A1/en
Publication of CS253061B1 publication Critical patent/CS253061B1/en

Links

Landscapes

  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

Způsob výměny tepla mezi oddělenými protiproudně uspořádanými proudy kapalin spočívá v tom, že se u ochlazovaného proudu v jednom nebo více stupních sníží tlak, vzniklá pára předá své kondenzační teplo opět v jednom nebo více stupních ohřívanému proudu.The method of heat exchange between separate countercurrently arranged liquid streams consists in reducing the pressure in the cooled stream in one or more stages, and the resulting steam transfers its condensation heat back to the heated stream in one or more stages.

Description

Vynález se týká způsobu výměny tepla mezi dvěma oddělenými protiproudně uspořádanými kapalinovými proudy.The invention relates to a method of heat exchange between two separate countercurrently arranged liquid streams.

Výměna tepla se provádí známým nepřímým způsobem ve výměnících tepla (rekuperátorech). Výměna probíhá prostupem tepla dělicí stěnou. Z hlediska termodynamického je nejvýhodnějším způsobem výměna v protiproudých zařízeních. Pro dosažení výhodných prostupných součinitelů se tato výměna provádí v zařízeních jedno- i vícechodých. Toto jednoduché uspořádání je prakticky nemožné tehdy, vznikájí-li v jednom nebo obou proudech tuhé usazeniny.Heat exchange is carried out in a well-known indirect way in heat exchangers (recuperators). The exchange takes place by heat transfer through a dividing wall. From a thermodynamic point of view, the most advantageous method is exchange in counter-current devices. To achieve advantageous permeability coefficients, this exchange is carried out in single- and multi-pass devices. This simple arrangement is practically impossible if solid deposits form in one or both streams.

Řešení podle vynálezu se týká případu, kdy tuto nepříjemnou vlastnost má jeden z proudů. Jak bude dále ukázáno, představuje způsob podle našeho návrhu výhodu i v případech, kdy k usazeninám nedochází, protože lze v navrhovaném uspořádání dosahovat až dvojnásobných hodnot součinitelů prostupu tepla.The solution according to the invention concerns the case where one of the streams has this unpleasant property. As will be shown below, the method according to our proposal is advantageous even in cases where deposits do not occur, because in the proposed arrangement it is possible to achieve up to double the values of the heat transfer coefficients.

Podstata způsobu výměny tepla mezi dvěma protiproudně uspořádanými oddělenými proudy kapalin podle vynálezu spočívá v tom, že se u ochlazovaného proudu v jednom nebo více stupních sníží tlak, vzniklá pára předá své kondenzační teplo opět v několika stupních ohřívaného proudu. Snížení tlaku lze docílit škrticím ventilem, vývěvou nebo parním ejektorem.The essence of the method of heat exchange between two separate countercurrently arranged liquid streams according to the invention is that the pressure of the cooled stream is reduced in one or more stages, the resulting steam transfers its condensation heat again in several stages of the heated stream. The pressure reduction can be achieved by a throttle valve, a vacuum pump or a steam ejector.

Způsobem podle vynálezu se dosáhne značné úspory energie a tím následně i zlepšení životního prostředí.The method according to the invention achieves significant energy savings and consequently also improves the environment.

Podstata způsobu podle vynálezu je zřejmá z obr. 1 až z obr. 4.The essence of the method according to the invention is clear from Fig. 1 to Fig. 4.

Na obr. 1 je zakreslen případ, kdy výměna tepla probíhá při tlaku vyšším než je tlak atmosférický, kde případně přítomný plyn (inert) je odváděn přes škrticí ventil 17 do atmosféry. Na obr. 2 je zakreslen případ, kdy k výměně tepla dochází při tlaku nižším než je tlak atmosférický a případně přítomný plyn (inert) je odváděn vývěvami 18. Jako vývěva 18 jsou v našem případě uvažovány parní ejektory. Pára potřebná pro provoz vývěvy 18 je dále spotřebovávána pro ohřev chladnějšího proudu ve zvláštním kondenzátoru 16.Fig. 1 shows the case where heat exchange takes place at a pressure higher than atmospheric pressure, where any gas (inert) present is discharged through a throttle valve 17 into the atmosphere. Fig. 2 shows the case where heat exchange takes place at a pressure lower than atmospheric pressure and any gas (inert) present is discharged by vacuum pumps 18. In our case, steam ejectors are considered as vacuum pumps 18. The steam required for the operation of vacuum pump 18 is further consumed for heating a colder stream in a separate condenser 16.

Výměna tepla probíhá v několika stupních (na obrázcích jsou zakresleny čtyři). Ochlazovaný proud 3e přiváděn do spodní části výměníků 21, 22, 23, 24, kde se odpařuje při tlacích, kterým odpovídají teploty Tg, Tg, Tg, T^, Vzniklá pára kondenzuje na trubkách výměníků 21, 22, 23, 24 umístěných v horní části jednotlivých dílů. Kondenzující pára ohřívá svým kondenzačním teplem proud ohřívané kapaliny Pg.Heat exchange takes place in several stages (four are shown in the figures). The cooled stream 3 is fed to the lower part of the exchangers 21, 22, 23, 24, where it evaporates at pressures corresponding to the temperatures Tg, Tg, Tg, T^. The resulting steam condenses on the tubes of the exchangers 21, 22, 23, 24 located in the upper part of the individual parts. The condensing steam heats the stream of heated liquid Pg with its condensation heat.

Příklad 1Example 1

Využití odpadního tepla z odtahovaných louhů při výrobě chloridu vápenatého.Utilization of waste heat from withdrawn liquors in the production of calcium chloride.

Odtahované louhy (uváděné jako DS louh), které mají teplotu 90 až 95 °C, obsahují rozpuštěný chlorid vápenatý a sodný a nerozpustné látky, hydroxid vápenatý, uhličitan vápenatý, síran vápenatý a jiné. V roztoku je po usazení nerozpustných podílů přítomno rovnovážné množství síranu a hydroxidu vápenatého, které jsou zdrojem následujících potíží. Ochlazováním roztoku dochází k posunu rovnováhy a vylučování pevného síranu a hydroxidu vápenatého, které se usazují na trubkách běžných výměníků tepla a zabraňují přestupu tepla. Popis navrhovaného způsobu výroby chloridu vápenatého využitím odpadního tepla DS louhu podle vynálezu znázorňuje obr. 3.The withdrawn liquors (referred to as DS liquors), which have a temperature of 90 to 95 °C, contain dissolved calcium chloride and sodium and insoluble substances, calcium hydroxide, calcium carbonate, calcium sulfate and others. After the insoluble components settle, an equilibrium amount of sulfate and calcium hydroxide is present in the solution, which are the source of the following problems. Cooling the solution shifts the equilibrium and precipitates solid sulfate and calcium hydroxide, which settle on the tubes of conventional heat exchangers and prevent heat transfer. A description of the proposed method for producing calcium chloride by utilizing the waste heat of DS liquors according to the invention is shown in Fig. 3.

DS louh ze sodárny J natéká do dekantéru A, kde dochází k usazení pevné fáze, která se kontinuálně odčerpává na kalové rybníky 2· Vyčeřený DS louh 2 se rozdělí na dva pruhy. Část 4 natéká do zásobníku B a část 5 natéká do výměníku tepla C, kde předává své teplozahuštovanému roztoku. Po ochlazení ve výměníku tepla se proud 6 rozdělí na část 2< odcházející do Labe a část 2, použitou v množství 11 t/h ve výrobně siloxidu. Vlastní zahušiování vyčeřeného louhu probíhá ve věži D, kde proudem vzduchu'dochází k odpařování vody z roztoku. Připouště3 ním (kontinuálním) louhu £ a odtahem zahuštěného roztoku 12 je udržována koncentrace cirku•lujícího roztoku konstantí. Ze zásobníku B je roztok 9_ veden do výměníku tepla C. Ohřátý proud 10 se dělí na recykl 11 do chladicí věže D a část 12, odebíranou k dalšímu zpracování v trubkových odparkách na konečný produkt tohoto zařízení, v chladicí věži D se část vody odpaří a odpařená voda ve směsi se vzduchem odchází do atmosféry 13.DS liquor from soda plant J flows into decanter A, where the solid phase settles, which is continuously pumped to sludge ponds 2. The clarified DS liquor 2 is divided into two streams. Part 4 flows into tank B and part 5 flows into heat exchanger C, where it transfers its heat to the thickened solution. After cooling in the heat exchanger, stream 6 is divided into part 2< going to the Elbe and part 2, used in an amount of 11 t/h in the siloxide production plant. The actual thickening of the clarified liquor takes place in tower D, where the air flow evaporates the water from the solution. By admitting (continuously) liquor £ and withdrawing the thickened solution 12, the concentration of the circulating solution is kept constant. From the reservoir B, the solution 9_ is led to the heat exchanger C. The heated stream 10 is divided into a recycle 11 to the cooling tower D and a part 12, taken for further processing in tubular evaporators to the final product of this device, in the cooling tower D, part of the water evaporates and the evaporated water mixed with air is discharged into the atmosphere 13.

Navrhovaný způsob odstraňuje výše zmíněné potíže. Na schematickém obrázku (obr. 4) i-tého dílu je ve spodní části znázorněn tok teplejšího média (odtahovaného louhu) o hmotovém průtoku M2 a příslušných teplotách T2£+1 a T2£, v horní části tok ohřívaného média o hmotovém průtoku M| a teplotách a Výměna tepla je uskutečňována pomocí vodní páry, která se uvolňuje z teplejšího média expanzí a její průtok je označen M a teplota T2^. Tím je vyloučen přímý styk roztoku s chladnějšími stěnami trubek a převod tepla z teplejší kapaliny do chladnější zajišťuje vodní pára. Protože teplejší médium je přiváděno do dílu tepelného výměníku při určité teplotě a uvnitř výměníku je teplota nižší (odpovídající tlaku vodní páry při této teplotě na výstupu) dochází v otvorech přívodní trubky teplejšího média k expanzi a uvolnění vodní páry. Potřebný tlak uvnitř dílu výměníku (přesněji podtlak, protože se jedná o teploty pod b.v. vody) je zajištěn vývěvou, např. ejektorem.The proposed method eliminates the above-mentioned problems. In the schematic diagram (Fig. 4) of the i-th part, the lower part shows the flow of the warmer medium (withdrawn liquor) with a mass flow rate M 2 and the corresponding temperatures T 2 £ +1 and T 2 £, and in the upper part the flow of the heated medium with a mass flow rate M| and temperatures and. Heat exchange is carried out using water vapor, which is released from the warmer medium by expansion and its flow rate is denoted by M and temperature T 2 ^. This eliminates direct contact of the solution with the cooler walls of the tubes and the transfer of heat from the warmer liquid to the cooler one is ensured by water vapor. Since the warmer medium is fed into the heat exchanger section at a certain temperature and the temperature inside the exchanger is lower (corresponding to the water vapor pressure at this outlet temperature), expansion and release of water vapor occur in the openings of the supply pipe of the warmer medium. The necessary pressure inside the exchanger part (more precisely, negative pressure, because the temperatures are below the boiling point of water) is provided by a vacuum pump, e.g. an ejector.

V jednotlivých dílech výměníku jsou udržovány tlaky odpovídající tlaku nasycených vodních par při teplotách vystupujícího teplejšího média, tj. T2^ (viz tabulka rozložení teplot v jednotlivých dílech).In the individual parts of the exchanger, pressures corresponding to the saturated water vapor pressure at the temperatures of the outgoing warmer medium, i.e. T 2 ^ (see the table of temperature distribution in the individual parts), are maintained.

Rovnice celkové bilance tepla:The total heat balance equation:

M1C1<T1Í - T1._1) = m2c M 1 C 1< T 1Í - T 1 ._ 1 ) = m 2 c

2(T2i-l T2i) 2 (T 2i-l T 2i )

Označíme-li poměr tepelných kapacit obou proudů B, potom:If we denote the ratio of the heat capacities of both streams B, then:

Tli = Tli-1 + B(T2i+l - T2i> T li = T li-1 + B(T 2i + l - T 2i>

Pro výstupní teplotu z trubkového systému (systém s rozloženými parametry) lze odvodit:For the outlet temperature from the pipe system (system with distributed parameters), the following can be derived:

Tli = *2i - (T2i - Tli-l’ eXP T2i sn^ení teploty vodní páry nad roztokem. T li = *2i - (T 2i - T li-l' eX P T 2i decrease in the temperature of water vapor above the solution.

Za předpokladu, že jednotlivé díly tepelného výměníku mají stejnou teplosměnnou plochu i stejný koeficient prostupu tepla je exponenciální člen v rovnici konstantní. Označíme-li tento člen A, potom:Assuming that the individual parts of the heat exchanger have the same heat transfer area and the same heat transfer coefficient, the exponential term in the equation is constant. If we denote this term A, then:

A = exp / K.F. \ (--Τη· = τ, . , + (T-. - T,. - T, . , \ IX n-1 2x 2i lr-1 ) (1 - A)A = exp / K.F. \ (--Τη· = τ, . , + (T-. - T,. - T, . , \ IX n-1 2x 2i lr-1 ) (1 - A)

Rozlomení teplot v obou proudech v jednotlivých dílecj výměníku lze tedy vyjádřit:The temperature distribution in both streams in the individual parts of the exchanger can therefore be expressed as:

kde B = poměr tepelných kapacit proudů.where B = ratio of heat capacities of the currents.

Pro libovolný počet dílů tepelného výměníku lze odvodit následující vztah (předpokládáme, že T2Í je pro všechny díly stejné):For any number of heat exchanger sections, the following relationship can be derived (we assume that T2Í is the same for all sections):

(T21 T2 (T 21 T 2

(1 - A) (1 - B) kde Tln a Tlo jsou výstupní a vstupní teploty ohřívaného média T21 vstuPn4 teplota proudu dodávajícího teplo n je počet dílů děleného výměníku.(1 - A) (1 - B) where T ln and T lo are the outlet and inlet temperatures of the heated medium T 21 inlet P n 4 temperature of the heat-supplying stream n is the number of sections of the split exchanger.

Označíme-li výměnné teplo můžeme velikost teplosměnné plochy i-tého dílu vypočítat z:If we denote the heat exchange, we can calculate the size of the heat exchange area of the ith part from:

F. = 1 1 ln 1 + —-— BF. = 1 1 ln 1 + —-— B

K 1 - BK 1 - B

F celková = n.F.F total = n.F.

Zadané parametry výpočtu:Entered calculation parameters:

1. Teplejší médium T23 = 40 °C (požadovaná výstupní teplota)1. Warmer medium T 23 = 40 °C (desired outlet temperature)

T2n+3 = 85 °C (vstupní hodnota)T 2n+3 = 85 °C (input value)

2. Ohřívané médium = 70 °C (požadovaná výstupní hodnota)2. Heated medium = 70 °C (desired output value)

T^q = 30,3 °C (vstupní hodnota)T^q = 30.3 °C (input value)

3. Poměr tepelných kapacit proudů B = 0,882275863. Ratio of heat capacities of streams B = 0.88227586

-2 -1 -1-2 -1 -1

4. Koeficient prostupu tepla K byl zvolen K = 8 373,6 kJ.m .h .deg.4. The heat transfer coefficient K was chosen as K = 8,373.6 kJ.m.h.deg.

5. Teplota uvolňované páry T2^ je odlišná od teploty vystupujícího teplejšího proudu T2^, protože rozpuštěná látka způsobí, že teplota páry a vroucího roztoku se liší. Z tabulek byla odečtena příslušná hodnota 1 °C, tedy T2 = 1 °C.5. The temperature of the released steam T 2 ^ is different from the temperature of the outgoing warmer stream T 2 ^ because the dissolved substance causes the temperature of the steam and the boiling solution to differ. The appropriate value of 1 °C was read from the tables, so T 2 = 1 °C.

Výpočetní část: C = 1,608881Calculation part: C = 1.608881

Počet dílů n Number of parts n F.(m2) F.(m 2 ) Fcelková = n F total = n 4 4 17,555 17,555 70,22 70.22 5 5 8,279 8,279 41,40 41.40 6 6 5,787 5,787 34,72 34.72 7 7 4,498 4,498 31,48 31.48

Významné snížení celkové přestupní Byl tedy zvolen pětidílný výměník.Significant reduction in overall transfer rate A five-piece exchanger was therefore chosen.

plochy nastává při přechodu ze čtyř- na pětidílný výměník. Výpočet rozložení teplot obou proudů na pětidílném výměníku:area occurs when changing from a four- to a five-section exchanger. Calculation of the temperature distribution of both streams on a five-section exchanger:

Ohřívaný proud Heated stream Teplejší proud Warmer current T1Q = 30,30 °C T1Q = 30.30 °C T21 = 40 °C T21 = 40°C Τ = 36,80 °C Τ = 36.80 °C T22 = 47,37 °C T22 = 47.37 °C Τχ2 = 43,96 °C Τχ2 = 43.96 °C T23 = 55,48 °C T23 = 55.48 °C T13 = 51,82 °C T13 = 51.82 °C T24 = 64,40 °C T24 = 64.40 °C Τχ4 = 60,48 °C Τχ4 = 60.48 °C T25 = 74,21 °C T25 = 74.21 °C T15 = 70 °C T15 = 70°C T26 = 85 °C T26 = 85 ° C

Pro n = 5 je F. = 8,279 m .For n = 5, F. = 8.279 m.

Tabulka bilančních hodnot jednotlivých proudů:Table of balance values of individual streams:

Proud č. Current No. Hmotový průtok (t.h“1) Mass flow rate (th“ 1 ) Měrné teplo proudu (kJ.kg l.deg Specific heat of the stream (kJ.kg l.deg Teplota proudu (°C) Stream temperature (°C) 1 1 168,30 168.30 3,672 3,672 93 93 2 2 34,41 34.41 3,672 3,672 84 84 3 3 - 133,89 - 133.89 3,672 3,672 85 85 4 4 12,96 12.96 3,672 3,672 85 85 5 5 120,94 120.94 3,672 3,672 85 85 6 6 120,94 120.94 3,672 3,672 40 40 7 7 109,94 109.94 3,672 3,672 40 40 8 8 11,00 11.00 3,672 3,672 40 40 9 9 151,79 151.79 3,316 3,316 30 30 10 10 151,79 151.79 3,316 3,316 70 70 11 11 144,17 144.17 3,316 3,316 70 70 12 12 7,62 7.62 3,316 3,316 70 70 13 13 5,33 5.33 - - - - 14 14 138,84 138.84 3,316 3,316 24,5 24.5

Z provedených bilancí vyplývá, že při bezztrátovém provozu lze využitím odpadního tepla DS louhu vyrobit 7,62 t/h 17% roztoku chloridu vápenatého, tj. přibližně 1,3 t/h 100% chloridu gThe balances carried out show that in loss-free operation, 7.62 t/h of 17% calcium chloride solution can be produced by using the waste heat of the DS liquor, i.e. approximately 1.3 t/h of 100% chloride g

vápenatého. Popsaným způsobem je využito asi 20.10 kJ/h tepla odpadního DS louhu.The described method uses about 20.10 kJ/h of heat from waste DS liquor.

Využitím odpadního tepla DS louhu k zahušťováním z 9% na 17% chlorid vápenatý lze dosáhnout úspory 6 000 kg páry za hodinu nebo 800 kg oleje za hodinu.By using the waste heat of DS liquor to thicken from 9% to 17% calcium chloride, savings of 6,000 kg of steam per hour or 800 kg of oil per hour can be achieved.

Claims (1)

Způsob výměny tepla mezi dvěma oddělenými, protiproudně uspořádanými proudy kapalin, vyznačující se tím, že se u ochlazovaného proudu v jednom nebo více stupních sníží tlak, vzniklá pára předá své kondenzační teplo opět v jednom nebo více stupních ohřívanému proudu.Method of heat exchange between two separate, countercurrently arranged fluid streams, characterized in that in the cooled stream in one or more stages the pressure is reduced, the resulting steam transfers its condensation heat again in one or more stages of the heated stream.
CS845130A 1984-07-02 1984-07-02 A method of heat exchange between two separate, countercurrent fluid streams CS253061B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS845130A CS253061B1 (en) 1984-07-02 1984-07-02 A method of heat exchange between two separate, countercurrent fluid streams

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS845130A CS253061B1 (en) 1984-07-02 1984-07-02 A method of heat exchange between two separate, countercurrent fluid streams

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CS513084A1 CS513084A1 (en) 1987-03-12
CS253061B1 true CS253061B1 (en) 1987-10-15

Family

ID=5395594

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS845130A CS253061B1 (en) 1984-07-02 1984-07-02 A method of heat exchange between two separate, countercurrent fluid streams

Country Status (1)

Country Link
CS (1) CS253061B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
CS513084A1 (en) 1987-03-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5582690A (en) Method of and means for water desalinization
US3303106A (en) Falling film evaporator
US3243359A (en) Closed-circuit thermal power plant with waste-heat utilization in a distillation plant
CN104211130B (en) A kind of low-temperature evaporation condensing crystallizing system and method utilizing used heat
US2895803A (en) Isotope concentration system
US4318781A (en) Desalinazation apparatus
CN102512835B (en) Multi-effect plate type rising film countercurrent evaporation concentration device and method thereof
WO2002032813A1 (en) Process and plant for multi-stage flash desalination of water
WO1991000759A1 (en) Method and apparatus for evaporation of liquids
CN105217702A (en) A kind of desulfurization wastewater treatment system
US3322648A (en) Modular multiple-effect falling-film evaporator
GB1312292A (en) Evaporators
CN206853151U (en) A kind of Multi-effect evaporation compression apparatus, the evaporated crystallization device of sulfur acid and its salting liquid
CN105692744B (en) A kind of medical multi-effect water distillator
US4330364A (en) Process of strengthening dilute phosphoric acid
CN101525196A (en) Multi-effect distilled seawater desalting plant with pre-heater
WO2001072638A1 (en) Desalination device
CN104014143A (en) Multiple-effect evaporation system steam condensation water heat energy reutilizationoun device
US4132588A (en) Concentration process by multistage, multiple effect evaporator
CS253061B1 (en) A method of heat exchange between two separate, countercurrent fluid streams
CN109758780A (en) Acid bath flash crystallization device and technique
US4019951A (en) Magma cooling tower
CN101564648A (en) Device and method for concentrating and separating chemical products
CN104014144A (en) Multiple-effect evaporation system evaporation condensation water heat energy reutilizationoun device
CS249509B2 (en) Equipment for glycol&#39;s aqueous solution concentration by means of evaporation