DE2309161A1

DE2309161A1 - Mehrstufenverdampfer

Info

Publication number: DE2309161A1
Application number: DE19732309161
Authority: DE
Inventors: Shunichi Machida; Shintaro Nakaya; Masaharu Tsujita; Ryoji Ueno
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1972-02-25
Filing date: 1973-02-23
Publication date: 1973-09-06
Also published as: GB1411676A; JPS4888071A; JPS5237992B2; US3875988A

Description

1A-458 2 . Februar 1973

EBARA MANUFACTURING CO., LTD., Tokyo, Japan

Mehrs tufenverdampfer

Die Erfindung betrifft einen Mehrstufenverdampfer mit einer Vielzahl von Verdampferkammern und mit einer Vielzahl von Wärmeaustauschrohren, deren oberen Enden über eine Einrichtung zur Erzeugung einer Druckdifferenz und über eine Flussigkeitsverteileinrichtung mit einer Flüssigkeitswanne verbunden sind und deren untere Enden durch eine untere Trennwand der Verdampferkammer geführt sind.

Bei den herkömmlichen Verdampfern mit einem vielfachen Verdampfungseffekt und mit einer Vielzahl von Verdampferkammern, welchejeweils mit einer Vielzahl von vertikalen Wärmeaustauschrohren ausgerüstet sind und mit einer Fliissigkeitswanne oberhalb der Wärmeaustauschrohre, wird der in der oberen Kammer verdampfte Dampf von der nicht verdampften Lösung getrennt und der Verdampfungskammer um die Wärmeaustauschrohre herum zugeführt und als Wärmequelle verwendet, während nicht verdampfe Lösung nach unten in die Flüsdgkeitswaime der nächst unteren Kammer abfließt und zwar durch die Einrichtung zur Aufrechterhaltung einer Druckdifferenz und durch die Einrichtung zur Verteilung der Flüssigkeit und dann zu den Wärmeaustauschrohren der nächst unteren Kammer. Wenn nun der Dampf durch die Einrichtung zur Aufrechterhaltung einer Druckdifferenz Strömt, so wird der Dampfdruck reduziert. Demgemäß verdampft

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die Lösung bei einer Temperatur, welche unterhalb der Verdampfungstemperatur in der oberen Kammer liegt. Der der Verdampfungskammer zugeführte Dampf enthält nicht kondensierte Gase. Hierdurch wird die Konzentration der nicht kondensierten' Gas in der Verdampferkammer je nach der Kondensation des Dampfes durch Wärmeabfuhr in den Wärmeaustauschrohren relativ erhöht. Wenn die Konzentration der nicht kondensierten Gase erhöht wird, so wird die Strömung frischen Dampfes gestört und der Verdampfungskoeffizient wird herabgesetzt. Insbesondere bei den herkömmlichen Verdampfern mit einer Vielzahl von Verdampfungseffekten sind eine Vielzahl von Wärmeaustauschrohren in der Mitte einer Verdampferkammer angeordnet und der Dampf strömt von den peripheren Bereichen der Kammer zur Mitte hin. Hierbei werden die nicht kondensierten Gase in der Gruppe der Wärmeaustauscherrohre gehalten. Bei den herkömmlichen Geräten wird der Einlaß des Rohrs zur Entfernung nicht kondensierte. Gases in die Mitte der Wärmeaustauschrohrgruppe verlegt. Dieser Aufbau ist recht kompliziert und nicht sehr effektiv.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen wirtschaftlichen und einfachen Mehrstufenverdampfer zu schaffen, welcher durch einen hohen Verdampfungskoeffizienten ausgezeichnet ist und bei dem ein Stau nicht kondensierten Gases durch eine gerichtete Strömung des Dampfes vermieden und eine gleichförmige thermische Belastung der Wärmeaustauschrohre gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß duroh einen Mehrstufenverdampfer der genannten Art gelöst, welcher durch einen Dampfströmungskanal zur jeweils nächst unteren Verdampferkammer gekennzeichnet ist, so daß in jeder Verdampferkammer zur Erhöhung des Wärmeaustausohkoeffizienten eine gerichtete Dampfableitung vorgesehen ist.

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Der erfindungsgemäße Verdampfer eignet sich insbesondere zur Einengung von Lösungen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mehrstufenverdampfers;

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie I-I in Fig. 1 und

Fig. 3 einen Schnitt durch eine zweite Ausfiihrungsform des erfindungsgemäßen Mehrstufenverdampfers.

In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleifhe oder sich entsprechende Bauteile. Gemäß Fig. 1 befinden sich eine Vielzahl von Verdampferkammern 6 innerhalb eines zylindrischen Mantels 1. Diese Kammern sind durch Platten 12, 13 unterteilt. Eine Vielzahl von vertikalen Wärmeaustauschrohren 5 sind auf den Platten 12, 13 befestigt und eine Wanne oder ein Gefäß 2 zur Zufuhr einer Lösung über eine Einrichtung 3 zur Aufrechterhai tung einer Druckdifferenz und über eine Lösungsverteilereinrichtung 4 ist oberhalb der Wärmeaustauschrohre angeordnet. Die Wanne 2 wird durch eine Seitenwandung 13¹ und durch die obere Platte 13 gebildet und ein Teil der Seitenwandung 13' ist an der Bodenplatte der oberen Kammer befestigt, so daß ein Dampfstrom von den Wärmeaustauschrohren der oberen Kammer verhindert wird. Ferner ist ein Dampfdurchgang 7 in der Seitenwandung 13' vorgesehen. Hierdurch wird das Innere der Wanne zur Verdampferkammer 6 hin geöffnet. Der Dampfabfluß durch den Dampfdurchgang 7 zur Verdampferkammer 6 verläuft asymmetrisch zur Mittelachse der Kammer 6, so daß die Dampfströmung durch eine Seite einer Gruppe von Wärmeaustauschrohren zur

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entgegengesetzten Seite gerichtet ist und kondensiert wird. Eine Dampf/Flüssigkeit-Trenneinrichtung 17 kann im Dampfdurchlaß 7 vorgesehen sein. Bei dieser Ausführungsform sind die Einrichtung 2 zur Aufrechterhaltung einer Druckdifferenz nnd die Lösungsverteileinrichtung 3 separat voneinander ausgebildet. Sie dienen der Druckverminderung der kondensierten Lösung und der Verteilung der Lösung auf die verschiedenen Wärmeaustauscherrohre. Die Einrichtung zur Druckverminderung der kondensierten Lösung hat die Form einer Trennwand mit .einem Iris-Auslaß, welcher von der Lösung bedeckt ist. Die Einrichtung zur gleichförmigen Verteilung der Lösung, welche einen geringen Druckverlust aufweist, ist oberhalb der obersten Enden der Fallfilm-Wärmeaustauschrohre angeordnet md die Trennwand mit dem Iris-Auslaß, welche von der Lösung bedeckt ist, ist oberhalb der Verteileinrichtung angeordnet. Die Einrichtung, welche den Iris-Auslaß zur Reduzierung des Drucks, der durch die Lösung in der Wanne abgeschlossen ist, aufweist, sowie die Verteileinrichtung mit niedrigem Widerstand ist äußerst wirksam in einem Fallfilm-Verdampfer mit einer Vielzahl von vertikalen Wärmeaustauschrohren in den Verdampferkammern.

An der gegenüberliegenden Seite des Dampfdurchganges 7 ist ein Dampfströmungsdurchgang 11 vorgesehen, welcher die Verdampferkammer 6 mit der nächsten Verdampferkammer 6 verbindet und ein Regelventil 10 liegt im Dampfströmungsdurchgang. In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 8 Auslaßrohre für die kondensierte Flüssigkeit und das Bezugszeichen 9 bezeichnet eine Zufuhrleitung für die Lösung. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet ein Pumpe und das Bezugszeichen Q bezeichnet die ursprüngliche Lösung. Das Bezugszeichen S bezeichnet die Dampfströmung und das Bezugszeichen θ bezeichnet den Winkel des Dampfdurchlaßes. Das Verdampfungsverhältnis (das Verhältnis der Verdampfungsgeschwindigkeit innerhalb der Wärmeaus-

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tauschrohre zur Geschwindigkeit (S) der Dampfströmung aus der oberen Kammer) wird erhöht, wenn man den Winkel θ des Dampfdurchlaßes vergrößert. Falls der Winkel θ des Dampfdurchlasses vergrößert wird, so daß die Strömung vom gesamten Umfang der Bodenplatte 12 stattfindet, so verbleibt nicht kondensiertes Gas rund um die Wärmeaustauschrohre 5, so daß eine Strömung des Dampfes verhindert wird und die Menge des Dampfes, welcher nicht kondensiert und durch den DampfStrömungsdurchgang 11 nach unten abfließt, erhöht wird. Hierdurch wird das Verdampfungsverhältnis herabgesetzt.

Unter diesen Gesichtspunkten sollte der Winkel des Dampfdurchlasses ausgewählt werden. Der Dampf (S), welcher in der oberen Kammer gebildet wird, wird von der nicht verdampften Lösung Q oberhalb der Wanne der unteren Kammer abgetrennt und strömt zur Verdampferkammer 6 rund um die Wärmeaustauschrohre 5, so daS der Dampf als Wärmequelle verwendet wird. Andererseits tritt nicht verdampfte Lösung in die Wanne der unteren Kammer ein und fließt durch die Einrichtung 3 zur Aufrechterhaltung einer Druckdifferenz und durch die Verteileinrichtung 4 in das Innere der Wärmeaustauschrohre 5 der unteren Kammer. Wenn die nicht verdampfte Lösung durch die Einrichtung 3 zur Aufrechterhai tung einer Druckdifferenz fließt, so/wird der Druck reduziert und die Verdampfung findet bei einer Temperatur statt, welche unterhalb der Verdampfungstemperatur der oberen Kammer liegen. Die Dampfströmung S, welche vom Dampfdurchlaß 7 abwärts gerichtet ist, wenn der Dampf S der Kammer 6 zugeführt wird, fließt unsymmetrisch zur Mittelachse des zylindrischen Mantels 1 , so daß die Dampfströmung S von einer Seite der Gruppe der Wärmeaustauschrohre air anderen Seite derselben stattfindet. Hierbei v/ird der Dampf zunehmend abgekühlt und kondensiert. Somit wird die Konzentration des nicht kondensierten Gases in der Dampfströmung relativ erhöht und das nicht kondensierte Gas wird über den Dampfströmungsdurchgang 11 im Mantel der letzten Kammer entlassen.

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Das durch den Dampfströmungsdurchgang 11 entlassene Gas enthält eine gewisse Verunreinigung mit Dampf. Das Gas wird zur unteren Kammer geführt, um die Wärme zurückzugewinnen und Dampf durch den Dampfs tr ömungsdurchgang 11 in der letzten Kammer durch eine Vakuumpumpe abgesaugt.

Bei dieser Ausführungsform wird ein Stau nicht kondensierten Gases lediglich durch eine Modifizierung der Seitenwand 13' der Wanne verhindert, wobei ein Dampfdurchlaß vorgesehen ist, und durch den DampfStrömungsdurchgang am Mantel des Verdampfers. Hierdurch werden die Konstruktionskosten erheblich gesenkt.

Bei dieser Ausführungsform des Verdampfers ist die Seitenwandung der überhalb den Wärmeaustauschrohren angeordneten Wanne asymmetrisch ausgebildet, so daß ein gerichteter Dampfstrom die Gruppe der Wärmeaustauschrohre umspült, wobei ein Stau a. nicht kondensiertem Gas rund um die Wärmeaustauschrohre vermieden wird. Hierdurch wird der Verdampfungskoeffizient merklich erhöht und die thermische Belastung der Wärmeaustauschrohre ist gleichförmig. Die Dampfströmung wird auf den Dampfströmungsdurchgang konzentriert und der Dampf wird abgekühlt und kondensiert, so daß die Dampfmenge vermindert wird. Auch kann die Zahl der Wärmeaustauschrohre herabgesetzt werden, so daß alle Wärmeaustauschrohre im wesentlichen die gleiche Rückgewinnleistung zeigen. Dartiber hinaus kann der Dampfströmungsdurchgang in der Menge des Mantels des Verdampfers vorgesehen sein. Hierdurch kann die Vorrichtung vereinfacht und kompakt aufgebaut sein und leicht zusammengebaut werden. Darüber hinaus kann eine Standardisierung des Gerätes leicht durchgeführt werden.

Pig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verdampfers. Bei dieser Ausführungsform ist der DampfStrömungsdurchgang, welcher als Auslaß für nicht kondensiertes Gas dient,

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in der Mitte der Gruppe der Wärmeaustauscherrohre angeordnet und der Dampfströmungsdurchgang umfaßt eine Iris-Einrichtung. Gemäß Fig. 3 strömt die Lösung Q von den oberen Wärmeaustauschroliren 25 ab und in die Wanne 21 hinein. Am Boden der Wanne 1 befindet sich eine Einrichtung 22 zur Aufrechterhaltung einer Druckdifferenz. Diese wird durch die Lösung verschlossen, so daß sich zwischen der oberen Kammer und der unteren Kammer eine Druckdifferenz ausbildet. Eine Lösungs-Verteileinrichtung 3 ist unterhalb der Einrichtung 22 zur Aufrechterhaltung einer Druckdifferenz angeordnet. Die Lösung Q fließt durch beide Einrichtungen in die Wärmeaustauschrohre 25, wo die Verdampfung stattfindet. Der in den Wärmeaustauschrohren 25 gebildete Dampf 28 strömt durch die Einrichtung 24 zur Trennung des Dampfes vom Wasser in die Verdampferkammer 26. DJem* Dampf dient zum Aufheizen der Wärmeaustauschrohre 25. Der abgekühlte Dampf wird kondensiert und durch den Auslaß 31 des kondensierten Wassers entnommen. Die verbleibende Lösung Q gelangt in die Wanne 21 der nächst unteren Kammer und wird nach und nach verdampft. Andererseits strömt das in der Verdampferkammer 26 verbliebene nicht kondensierte oder nicht kondensierbare Gas

29 abwärts durch eine Vielzahl feiner Löcher in einem Rohr 27, welches sich mitten in der Gruppe der Wärmeaustauschrohre 25 befindet. Sodann strömt dieses Gas durch die Iris-Einrichtung

30 am Ende des Rohrs 27 in die nächste Kammer und entweicht durch den Dampfströmungsdurchgang. Die feinen Löcher in dem Rohr 27 können z. B. durch eine Vielzahl runder Öffnungen oder kleiner anders geformter Öffnungen, wie z. B. Schlitze oder dgl. gebildet sein. Das nicht kondensierte Gas staut sich leicht rund um die Mitte an. Demgemäß wird der Stau an nicht kondensiertem Gas wirksam vermieden und ein ausgezeichneter Wärmelibergang kann erzielt, werden. Es ist ferner möglich, den Durchtritt des Dampfes durch den Dampfströmungsdurohgang für das entvä.chende Gas dadurch zu regeln, daß man eine variable Iris vorsieht, wie z. B. ein Handventil oder ein Regelventil anstelle einer feststehenden Iris. Diese Iris ist an einem Ende des Ableitungsrohrs flir das nicht kondensierte Gas vorgesehen.

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Die Druckdifferenz zwischen der oberen Kammer und der unteren Kammer kann in geeigneter Weise aufrechterhalten werden, indem man die Iris-Einrichtung vorsieht. Der nicht kondensierte Dampf fließt zusammen mit dem nicht kondensierbaren Gas abwärts zum Gasableitungsrohr 27 des GasStrömungsdurchgangs und gelangt unter vermindertem Druck zu der unteren Kammer, so daß die Wärme in wirksamer Weise zurückgewonnen wird. Erfindungsgemäß ist der Dampfetrömungsdurchgang des Entladungsrohrs für das nicht kondensierte Gas in der Mitte der Gruppe der Wärmeaustauscherrohre vorgesehen und die Iris-Einrichtung ist am Ende des Auslasses des Ableitungsrohrs für das nicht kondensierte Gas vorgesehen, wodurch das nicht kondensierte oder nicht kondensierbare Gas, welches sich ansonsten rund um die Wärme austauschrohre stauen würde, und den Wärmeübergang verhindern oder stören würde, glatt abgeleitet wird. Hierdurch wird der Wärmeübergang verbessert. Darüber hinaus wird eine Druckdifferenz zwischen der oberen Kammer und der unteren Kammer wirksam aufrechterhalten und die Wärmerückgewinnung wird verbessert und der Dampf wird in wirksamer Weise kondensiert.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Mehrstufen-Verdampfer mit einer Vielzahl von Verdampferkammern und mit einer Vielzahl von Wärmeaustauschrohren, deren obere Ende über eine Einrichtung zur Erzeugung einer Druckdifferenz und über eine Flüssigkeitsverteileinrichtung mit einer Flüssigkeitswanne verbunden sind und deren untere Enden durch eine untere Trennwand der Verdampferkammer geführt sind, gekennzeichnet durch einen Dampfströmungsdurchgang (11,27) zur jeweils nächst unteren Verdampferkammer (6,26), so daß in jeder Verdampferkammer (6,26) zur Erhöhung des Wärmeaustauschkoeffizienten eine gerichtete Dampfableitung vorgesehen ist.

2. Mehrstufen-Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfströmungsdurchgang (11,27) durch eine Vielzahl feiner Löcher gebildet ist, welche mit der nächst unteren Verdampferkammer (6, 26) verbunden sind.

3. Mehrstufen-Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfströmungsdurchgang (27) in der Mitte der jeweiligen Verdampferkammer (26) vorgesehen ist.

4. Mehrstufen-Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfströmungsdurchgang (11) in einer asymmetrischen Position an der Wandung der Verdampferkammer (6) vorgesehen ist.

5. Mehrstufen-Verdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die feinen Löcher in dem Dampfströmungsdurchgang als Einrichtung zur Aufrechterhaltung einer Druckdifferenz dienen.

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6. Mehrstufenverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der oberen feinen Löcher kleiner ist als der Durchmesser der unteren feinen Löcher.

7. Mehrstufenverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfströmungsdurchgang (11, 27) eine Iris-Einrichtung (10,30) zur Regelung der Druckdifferenz zwischen zwei benachbarten Verdampferkammern (6,26) aufweist.

8. Mehrstufenverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Durchgängen für nicht kondensiertes Gas.

9. Mehrstufenverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis C, gekennzeichnet durch eine vertikale Anordnung.

10. Mehrstufenverdampfer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen Dampfdurchlaß (7,24) in der Wandung (13^!) der FlUssigkeitswanne (2) asymmetrisch oder symmetrisch zur Mittelachse des Verdampfers.

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