CZ37499U1

CZ37499U1 - A device for condensation of waste vapours from a multi-stage evaporator

Info

Publication number: CZ37499U1
Application number: CZ2023-41401U
Authority: CZ
Inventors: Marek Vondra; Vondra Marek Ing. Mgr., Ph.D.; David Horňák; David Ing. Horňák; Václav Miklas; Václav Ing. Miklas; Michal Touš; Touš Michal Ing., Ph.D.
Original assignee: Vysoké učení technické v Brně, Brno
Priority date: 2023-10-20
Filing date: 2023-10-20
Publication date: 2023-11-20

Description

Zařízení pro kondenzaci brýdových par z vícestupňové odparkyEquipment for condensation of vapors from a multi-stage evaporator

Oblast technikyField of technology

Technické řešení se týká kondenzátoru brýdových par z vícestupňových odpařovacích zařízení, které je určeno zejména pro aplikace týkající se zpětného získávání odpadních vod a/nebo druhotných surovin.The technical solution refers to a condenser of vapors from multi-stage evaporation devices, which is intended especially for applications related to the recovery of waste water and/or secondary raw materials.

Dosavadní stav technikyCurrent state of the art

Při kondenzaci brýdových par se nejčastěji uplatňuje nepřímý přenos tepla v deskových či trubkových tepelných výměnících. V případě vícestupňových odparek to znamená, že pro každý ze stupňů (komor) odparky je určen alespoň jeden kondenzační výměník. Jejich počet se může pohybovat až v nižších desítkách. Zároveň se vyšší počet komor odparky typicky pojí s menšími teplotními spády v kondenzačních sekcích; kondenzační výměníky tedy mají jednak velkou teplosměnnou plochu, jednak jsou zapotřebí ve velkém počtu. Z pohledu investičních nákladů proto takové kondenzátory často tvoří dominantní část celkové pořizovací ceny odpařovací technologie. Navíc tento soubor kondenzačních výměníků zaujímá významnou zastavěnou plochu a zvyšuje tak prostorovou náročnost celé technologie.Indirect heat transfer in plate or tube heat exchangers is most often used when condensing steam vapors. In the case of multi-stage evaporators, this means that at least one condensing exchanger is designated for each of the stages (chambers) of the evaporator. Their number can be in the lower tens. At the same time, a higher number of evaporator chambers is typically associated with smaller temperature drops in the condensing sections; condensing exchangers therefore have a large heat exchange surface and are needed in large numbers. Therefore, from the point of view of investment costs, such condensers often form a dominant part of the total purchase price of evaporation technology. In addition, this set of condensing exchangers occupies a significant built-up area and thus increases the space requirements of the entire technology.

Další nevýhodou nejrozšířenějších kondenzačních výměníků jsou provozní aspekty. Tlakovou ztrátu kondenzačních výměníků zapojených do série je nutno na straně chladicího média překonat čerpadly, jejichž příkon negativně ovlivňuje provozní náklady. Protože chladicím médiem kondenzačních výměníků je často nástřik odpařovacího zařízení, jedná se v případě odpadních vod či odsolování o zanášivou aplikaci, která vyžaduje časté, časově i ekonomicky náročné čištění pojící se s odstávkami provozu. V sestavě kondenzačních výměníků je nutno regulovat tlakové poměry mezi jednotlivými komorami na potrubní větvi vzdušiny. Ta obvykle vede velmi malý objem brýdových par, jež v kondenzačních výměnících zůstávají v plynném skupenství. Kvůli malým tokům vzdušiny je řízení tlakových poměrů značně obtížné.Another disadvantage of the most common condensing heat exchangers are operational aspects. The pressure loss of the condensing exchangers connected in series must be overcome on the side of the cooling medium by pumps, the power consumption of which negatively affects the operating costs. Since the cooling medium of condensing exchangers is often the injection of evaporation equipment, in the case of waste water or desalination, it is a fouling application that requires frequent, time-consuming and economically demanding cleaning associated with service shutdowns. In the assembly of condensing exchangers, it is necessary to regulate the pressure ratios between the individual chambers on the pipe branch of the air. This usually leads a very small volume of vapors, which remain in the gaseous state in the condensing exchangers. Because of the small air flows, the control of the pressure ratios is quite difficult.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Uvedené nevýhody dosavadního stavu techniky podstatně omezuje zařízení ke kondenzaci brýdových par z vícestupňové odparky, které je tvořeno kondenzátorem, do nějž ústí odtahová potrubí brýdových par a který je spolu s čerpadlem, děličem k oddělení kondenzátu a s chladičem zapojen do okruhu chladicí kapaliny. Podstata tohoto zařízení spočívá vtom, že vertikálně situovaný kondenzátor se vstupem chladicí kapaliny v horní části a jejím výstupem ve spodní části obsahuje sypanou výplň, přičemž protékající chladicí kapalina tvoří v sypané výplni sloupec kapaliny s hydrostatickým tlakem narůstajícím směrem dolů a přičemž odtahová potrubí jednotlivých stupňů odparky jsou do kondenzátoru zaústěna s vertikálními odstupy tak, že čím je tlak ve stupni odparky ve srovnání s ostatními stupni vyšší, tím je zaústění jeho odtahového potrubí do kondenzátoru umístěno níže.The mentioned disadvantages of the prior art are substantially limited by the device for condensing the vapors from a multi-stage evaporator, which consists of a condenser into which the exhaust pipe of the vapors opens and which, together with a pump, a separator to separate the condensate and a cooler, is connected to the coolant circuit. The essence of this device lies in the fact that a vertically situated condenser with a cooling liquid inlet in the upper part and its outlet in the lower part contains a bulk filling, while the flowing cooling liquid forms a column of liquid in the bulk filling with a hydrostatic pressure increasing downwards, and while the exhaust pipes of the individual stages evaporate are opened into the condenser with vertical distances, so that the higher the pressure in the evaporator stage compared to the other stages, the lower the opening of its exhaust pipe into the condenser is located.

K zaústění odtahových potrubí do kondenzátoru jsou s výhodou připojeny distributory k rozvedení brýdových par do vnitřního profilu kondenzátoru.Distributors are preferably connected to the outlet of the exhaust pipes into the condenser to distribute the vapors from the edges into the inner profile of the condenser.

V horní části kondenzátoru se nachází hrdlo pro odvod nekondenzujících plynů.In the upper part of the condenser there is a nozzle for the discharge of non-condensable gases.

Sypaná výplň kondenzátoru je tvořena sypaným ložem kroužků či sedel, jejichž materiálem je keramika, plast či ocel.The bulk filling of the condenser consists of a bulk bed of rings or seats, the material of which is ceramic, plastic or steel.

- 1 CZ 37499 UI- 1 CZ 37499 UI

Objasnění výkresuClarification of the drawing

Technické řešení je dále objasněno pomocí výkresu, přičemž obr. 1 představuje schéma zařízení pro přímou kondenzaci brýdových par připojeného na třístupňovou odparku.The technical solution is further clarified with the help of a drawing, while Fig. 1 represents a diagram of a device for direct condensation of edge vapors connected to a three-stage evaporator.

Příklady uskutečnění technického řešeníExamples of implementing a technical solution

Zařízení pro kondenzaci brýdových par podle obr. 1 je tvořeno kondenzátorem 1, čerpadlem 2, děličem 3 a chladičem 4 zapojenými v tomto pořadí do okruhu chladicí kapaliny. Chladicí kapalinou je s výhodou voda, která je zpravidla hlavní složkou brýdových par a zároveň může sloužit jako absorpční činidlo pro některé obtížně kondenzující kontaminanty. Snižuje pak objem nekondenzujících plynů a nároky na jejich vývěvu. Chladič 4 je v tomto provedení třístupňový. Dělič 2 může být v jiných provedeních zapojen mezi stupně chladiče 4 a/nebo za chladičem.The device for condensing edge vapors according to Fig. 1 consists of a condenser 1, a pump 2, a divider 3 and a cooler 4 connected in this order to the coolant circuit. The cooling liquid is preferably water, which is usually the main component of steam vapors and at the same time can serve as an absorption agent for some contaminants that are difficult to condense. It then reduces the volume of non-condensable gases and the requirements for their extraction. The cooler 4 is three-stage in this design. In other embodiments, the divider 2 can be connected between the stages of the cooler 4 and/or behind the cooler.

Zařízení je určeno ke kondenzaci brýdových par odváděných z třístupňové odparky 5, jejíž komory - stupně Οι, O2, O3 jsou zapojeny v sérii. Kondenzátor 1 - válcová nádoba se svislou osou-je zaplněn sypanou keramickou, plastovou či ocelovou výplní 6 v běžném průmyslovém provedení (kroužky, sedla apod.) Účelem sypané výplně 6 je zvýšení turbulence, zintenzivnění přenosu tepla a teplotní i koncentrační homogenizace. Do kondenzátoru 1, resp. jeho výplně 6 z boku ústí připojovacími hrdly odtahová potrubí brýdových par jednotlivých stupňů O odparky 5. Na každé připojovací hrdlo je uvnitř kondenzátoru 1 připojen distributor 7, který má za úkol rozvést přiváděné brýdové páry do celého vnitřního profilu kondenzátoru ý.The device is designed to condense vapors removed from the three-stage evaporator 5, whose chambers - stages Ои, O2, O3 are connected in series. Condenser 1 - a cylindrical vessel with a vertical axis - is filled with loose ceramic, plastic or steel filling 6 in a common industrial design (rings, seats, etc.). The purpose of loose filling 6 is to increase turbulence, intensify heat transfer and temperature and concentration homogenization. To capacitor 1, or its filling 6 opens from the side through the connection ports of the exhaust pipes of the edge vapors of the individual stages O evaporators 5. A distributor 7 is connected to each connection port inside the condenser 1, which has the task of distributing the supplied edge vapors to the entire internal profile of the condenser ý.

V popisovaném příkladu provedení jsou distributorem perforované kotouče nacházející se nad připojovacími hrdly. Výplň 6 je pak uložena ve vrstvách nad distributory 7. V jiných provedeních mohou mít distributory charakter např. perforovaných trubek zanořených do výplně 6.In the described embodiment, the distributor is the perforated discs located above the connection sockets. The filling 6 is then stored in layers above the distributors 7. In other embodiments, the distributors can have the character of e.g. perforated pipes immersed in the filling 6.

Kondenzátor 1 je v horní části opatřen přívodem chladicí kapaliny nad vrstvu výplně 6 a vespod odvodem kondenzátu. V horní části kondenzátoru 1 se rovněž nachází hrdlo pro odvod nekondenzujících plynů.Condenser 1 is provided in the upper part with a coolant supply above the filling layer 6 and a condensate outlet below. In the upper part of the condenser 1, there is also a nozzle for the discharge of non-condensable gases.

Chladicí kapalina je nahoře přiváděna nad vrstvu výplně 6 a proudí jí v celém průřezu kondenzátoru 1 seshora dolů za současného zvyšování teploty a hydrostatického tlaku. Brýdové páry zároveň stoupají vzhůru a postupně kondenzují. Jedná se tedy o protiproudou konfiguraci. Brýdové páry z jednotlivých komor O odparky 5 jsou přiváděny samostatně do kondenzátoru 1 připojovacími hrdly umístěnými s vertikálními odstupy tak, že hydrostatický tlak ve vertikální poloze připojovacího hrdla odtahového potrubí odpovídá tlaku v příslušné komoře Οι, O2, O3. První komora Oi o nej vyšším tlaku je tedy připojena nejblíže ke dnu kondenzátoru 1 do místa s nej vyšším hydrostatickým tlakem chladicí kapaliny, zatímco poslední komora je připojena nejvýše.The cooling liquid is supplied above the filling layer 6 and flows through it in the entire cross-section of the condenser 1 from top to bottom, simultaneously increasing the temperature and hydrostatic pressure. At the same time, the vapors rise upward and gradually condense. This is therefore a countercurrent configuration. The vapors from the individual chambers O evaporators 5 are fed separately to the condenser 1 through the connection ports located at vertical distances so that the hydrostatic pressure in the vertical position of the connection port of the exhaust pipe corresponds to the pressure in the respective chamber Ои, O2, O3. Thus, the first chamber Oi with the highest pressure is connected closest to the bottom of the condenser 1 to the place with the highest hydrostatic pressure of the cooling liquid, while the last chamber is connected the highest.

Relativně teplá chladicí kapalina jez kondenzátoru 1 odváděna čerpadlem 2 do děliče 3, jenž prostřednictvím ručně či elektronicky řízeného ventilu odvádí přebytečnou kapalinu vzniklou kondenzací par. Hlavní proud z děliče 3 je připojen k chladiči 4, který může být realizován jako jednostupňový nebo jako série více stupňů, jak je tomu v na obrázku. Chladicím médiem může být vzduch, voda nebo některý z procesních proudů, nej častěji relativně chladný recirkulát z posledního stupně O3 vícestupňové odparky 5.The relatively warm cooling liquid from the condenser 1 is drained by the pump 2 to the divider 3, which, through a manually or electronically controlled valve, drains the excess liquid created by condensation of steam. The main flow from the divider 3 is connected to the cooler 4, which can be realized as a single stage or as a series of several stages, as in the figure. The cooling medium can be air, water or one of the process streams, most often the relatively cold recirculate from the last O3 stage of multi-stage evaporators 5.

Technické řešení najde využití zejména při zpracování odpadních vod a jiných zanášivých látek, zejména v případech, kdy jsou v nástřiku odparky obsaženy plyny rozpustné ve vodě či existují-li prostorová omezení. Díky snížené potřebě údržby a robustnějšímu řízení tlakových poměrů je zařízení vhodné také tam, kde je kladen důraz na dlouhodobou stabilitu provozu.The technical solution finds use especially in the treatment of waste water and other fouling substances, especially in cases where water-soluble gases are contained in the evaporator spray or when there are space limitations. Due to the reduced need for maintenance and more robust control of pressure ratios, the device is also suitable where the emphasis is placed on long-term stability of operation.

Claims

PROTECTION CLAIMS

1. A device for condensing vapors from a multi-stage evaporator, which consists of a condenser (1), into which the exhaust pipe of vapors flows and which, together with a pump (2), a separator (3) for condensate separation and a cooler (4) is connected to of the cooling liquid circuit, characterized by the fact that the vertically situated condenser (1) with the cooling liquid inlet in the upper part and its outlet in the lower part contains a bulk filling (6), while the flowing cooling liquid forms a column of liquid with hydrostatic pressure in the bulk filling (6) pressure increasing downwards, and while the exhaust pipes of the individual stages (O) of the evaporator (5) are connected to the condenser (1) with vertical distances, so that the pressure in the stage (O) of the evaporator (5) is higher compared to the other stages, thus the outlet of its exhaust pipe to the condenser (1) is located lower.

2. Device according to claim 1, characterized in that distributors (7) are connected to the mouth of the exhaust pipes to distribute the vapors from the edges into the inner profile of the condenser (1).

3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that in the upper part of the condenser (1) there is a nozzle for the discharge of non-condensable gases.

4. Device according to claims 1 to 3, characterized in that the filling (6) of the condenser (1) is formed by a loose bed of rings or saddles, the material of which is ceramic, plastic or steel.