DE621110C

DE621110C - Process and device for increasing the performance of evaporators

Info

Publication number: DE621110C
Application number: DEC46105D
Authority: DE
Original assignee: HERMANN CLAASSEN DR
Current assignee: HERMANN CLAASSEN DR
Priority date: 1932-02-27
Filing date: 1932-02-27
Publication date: 1935-11-01

Description

Verfahren und Einrichtung zur Erhöhung der Leistung von Verdampfern Es ist bekannt, die Leistung von Verdampfern der üblichen Bauarten mit senkrecht stehenden Heizrohren dadurch zu erhöhen, daß die zu verdampfende Flüssigkeit mit erhöhter Geschwindigkeit an den Heizflächen vorbeigeführt wird, und diese Erhöhung der Geschwindigkeit durch Rührwerke, Umwälzpumpen oder auch durch die an der Heizfläche erzeugten Dampfblasen hervorzurufen. Umwälzpumpen wirken gut bei besonders gebauten Umlaufverdampfern, in denen Flüssigkeitsgeschwindigkeiten in den Rohrheizflächen von 3 bis 4 m in der Sekunde erzeugt. werden ; bei den gebräuchlichen Verdampfern mit senkrecht stehenden Heizrohren wäre jedoch wegen der großen Zahl der Heizrohre zur Erzeugung solcher Geschwindigkeiten eine außergewöhnlich große Kraftleistung nötig, die das Verfahren unwirtschaftlich machen würde.Method and device for increasing the performance of evaporators It is known, the performance of evaporators of the usual types with vertical To increase heating pipes that the liquid to be evaporated with increased Speed is moved past the heating surfaces, and this increase in speed by agitators, circulation pumps or by the vapor bubbles generated on the heating surface to evoke. Circulation pumps work well with specially built circulation evaporators, in which liquid velocities in the tubular heating surfaces of 3 to 4 m in the Second generated. will ; in the case of common vaporizers with vertical ones Heating pipes would, however, because of the large number of heating pipes for generating such Speeds an extraordinarily large power output necessary for the process would make it uneconomical.

Durch das neue Verfahren wird eine wesentliche Verbesserung der Leistung der gehräuchlichen Verdamp fer mit senkrecht stehenden Heizrohren auf einfache Weise dadurch erreicht, daß sie mit verhältnismäßig kleinen Nebenverdampfern verbunden werden, und zwar in der bisher nicht bekannten Weise, daß die zu verdampfende Flüssigkeit im Umwälzverfahren durch den Nebenverdampfe r mit großer Geschwindigkeit hindurchströmt, dabei über ihren Siedepunkt erhitzt und das bei der nachfolgenden Entspannung entstehende Flüssigkelts-Dampf-Gemisch unter die Heizrohre des Hauptverdampfers geleitet wird, in die es mit viel größerer Geschwindigkeit als nach anderen Arbeitsweisen eintritt. The new process will result in a significant improvement in performance the common evaporator with vertical heating pipes in a simple way achieved in that they are connected to relatively small secondary evaporators be, in the previously unknown manner that the liquid to be evaporated flows through the secondary evaporator r at high speed in the circulation process, heated above their boiling point and the result of the subsequent relaxation The liquid-vapor mixture is passed under the heating pipes of the main evaporator, which it enters at a much greater rate than other ways of working.

Es ist allerdings bereits bekannt, bei Verdampfern, deren Heizrohre in schräger Richtung (unter einem Neigungswinkel von weniger als 45°) liegen, einen l mlauf der zu verdampfenden Flüssigkeit derart zu bewirken, daß die aus den Heizrohren herauskochende Flüssigkeit nach ihrer Trennung vom Dampf mittels einer Fördervorrichtung durch ein oder mehrere mit Dampf beheizte, waagerecht liegende Rohre in den Raum unter den schräg liegenden Heizrohren des Verdampfers geführt wird. Bei dieser Einrichtung wird die Flüssigkeit jedoch nur in geringem Maße erwärmt, so daß Dampfblasen nicht oder nur in kleiner Zahl entstehen. Aber selbst wenn deren Zahl erheblich wäre, würde nicht ein gleichmäßiges Flüssigkeits-Dampf-Gemisch entstehen und unter die Heizrohre des Hauptverdampfers gelangen, weil sich die Dampfblasen bereits in dem weiten waagerechten Rohr nach oben absondern und in dem Raum unter den Heizrohren vollständig von der Flüssigkeit trennen. Der Dampf steigt in diesem Raum nach oben und strömt fast ohne Flüssigkeit. durch die oberen Rohrreihen. während die von den Dampfblasen befreite Flüssigkeit mit geringer Geschwindigkeit durch die unteren Rohrreihen fließt. Da sich somit in solchen Verdampfern mit schräg liegenden Heizrohren niemals ein gleichmäßiges Gemisch von Flüssigkeit und Dampf bildell und iti die Heizrohre gelangeil kann. so tritt auch nicht die günstige wirkung eines solchen Gemisches ein. However, it is already known for evaporators, their heating tubes in an inclined direction (at an angle of inclination of less than 45 °), one To cause the liquid to be evaporated to flow out of the heating pipes boiling liquid after it has been separated from the vapor by means of a conveying device into the room through one or more horizontal pipes heated with steam is guided under the inclined heating pipes of the evaporator. At this facility However, the liquid is only heated to a small extent, so that vapor bubbles do not occur or arise only in small numbers. But even if their number were considerable, a uniform liquid-vapor mixture would not arise and under the The heating pipes of the main evaporator arrive because the vapor bubbles are already in the Secret a wide horizontal pipe upwards and in the space under the heating pipes completely separate from the liquid. The steam rises in this room and flows almost without liquid. through the upper rows of tubes. while those of the Vapor-free liquid at low speed by the lower rows of pipes flows. Since, therefore, in such evaporators with inclined Heating pipes never have an even mixture of liquid and vapor figuratively and iti the heating pipes can be successful. this also does not have the beneficial effect of one such a mixture.

Ganz anders ist die Wirkung des neuen Verfahrens in einem Hauptverdampfer mit senkrecht stehenden Heizrohren. Bei dem üblichen Betrieb dieser Verdampfer ist der Flüssigkeitsstrom im unteren Teil der Heizrohre anniihertlcl Null und die Wärmeübertraging vom Dampf auf die Flüssigkeit sehr gering. Erst in einer Höhe von etwa einem Fünftel der Gesamtlänge der Heizrohre begingen sich Dampfblasen zu bilden, die einen Teil der Flüssigkeit hochheben und nach oben zu mit zunehmender Geschwindigkeit bewegen. In dem oberen Teil der Rohre strömt daher die Flüssigkeit mit größerer Geschwindigkeit an der Heizrohrwand vorbei. so daß die Wärmedurchgangszahl hier hoch ist; im unteren Teil dagegen ist sie kaum so groß wie in gewöhnlichen Wärmern, so daß die durchschnittliche Wärmedurchgangszahl, besonders bei konzentrierten Lösungen oder Säften, sehr niedrig bleibt. The effect of the new process in a main evaporator is completely different with vertical heating pipes. In normal operation this evaporator is the liquid flow in the lower part of the heating pipes is close to zero and the heat transfer from the vapor to the liquid very little. Only at a height of about a fifth the total length of the heating pipes began to form vapor bubbles, which are a part Lift the liquid up and move it upwards at increasing speed. In the upper part of the tubes, therefore, the liquid flows at greater speed past the heating pipe wall. so that the heat transfer coefficient is high here; at the bottom On the other hand, it is hardly as large as in ordinary warmers, so that the average Heat transfer coefficient, especially with concentrated solutions or juices, very low remain.

Nach dem neuen Verfahren wird der gebräuchliche Verdampfer mit senkrecht stehenden Heizrohren mit einem Nebenverdampfer verbunden, dessen Heizfläche nur etwa ro bis 20 % von der des Hauptverdampfers ist. Die Zahl und der Gesamtquerschnitt der Rohre wird so gewählt, daß die durch die Umwälzpumpe erzeugte Geschwindigkeit der Flüssigkeit innerhalb der Rohre ungefähr 4 mlSek. beträgt. Dadurch wird der Wärmeübergang zur Flüssigkeit stark erhöht und diese um mehrere Grade über ihren Siedepunkt erhitzt. According to the new process, the common evaporator is vertical standing heating pipes connected to a secondary evaporator whose heating surface only about ro to 20% of that of the main evaporator. The number and the total cross-section of the tubes is chosen so that the speed generated by the circulation pump of the liquid inside the tubes approx. 4 mlsec. amounts to. This will make the Heat transfer to the liquid is greatly increased and this is several degrees above theirs Boiling point heated.

Die überhitzte Flüssigkeit entspannt sich teilweise bereits im Nebenverdampfer, zum größten Teil aber erst beim Eintritt in den Raum unter der Heizkammer des Hauptverdampfers, wohin sie durch die Umwälzpumpe gedrückt wird. Das so entstandene Flüssigkeits-Dampf-Gemisch ist völlig homogen und wird in dieser Beschaffenheit, falls nötig, durch beliebige Verteilungsvorrichtungen, auch gleichmäßig auf alle Heizrohre des Hauptverdampfers verteilt. Da das Gemisch den vielfachen Raum der umgewälzten Flüssigkeit einnimmt, so ist auch die Geschwindigkeit, mit der das Flüssigkeits-Dampf -Gemisch unten in die Heizrohre eintritt, entsprechend größer und beträgt etwa 0.25 bis 1,0 m/Sek.The superheated liquid is partially relaxed in the secondary evaporator, but for the most part only when entering the space under the heating chamber of the main evaporator, where it is pushed by the circulation pump. The resulting liquid-vapor mixture is completely homogeneous and is in this condition, if necessary, by any Distribution devices, also evenly on all heating pipes of the main evaporator distributed. Since the mixture takes up a multiple of the space of the circulated liquid, so is the speed with which the liquid-vapor mixture down in the heating pipe enters, correspondingly larger and is about 0.25 to 1.0 m / sec.

Die NVärmedurchgangszahl ist hier daher ungefähr so groß wie durchschnittlich bei den üblichen Verdampfern und steigt nach oben entsprechend der im oberen Teil der Rohre stark zunehmenden Geschwindigkeit weiter an, so daß sie im Durchschnitt annähernd einen doppelt so großen Wert wie den eines üblichen Verdampfers erreicht. The N heat transfer rate here is therefore roughly as large as average with the usual evaporators and rises to the top corresponding to that in the upper part the pipes continue to increase in speed so that they are on average almost twice as high as that of a conventional vaporizer.

Das aus den Heizrohren des Hauptverdampfers oben austretende Gemisch von Flüssigkeit und Dampf wird in Dampf, der, wie üblich, oben abgeleitet wird, und in Flüssigkeit getremlt, die durch den Rücklauf im Heizrohrsystem (mittleres Rohr oder ringförmiger Raum zwischen Heizrohrsystem und Außenwand des Verdampfers) nach unten geleitet und dort w wieder von der Umwälzpumpe aufgenommen wird. The mixture emerging from the heating pipes of the main evaporator at the top of liquid and vapor is converted into vapor, which, as usual, is derived above, and separated into liquid that flows through the return in the heating pipe system (middle Pipe or ring-shaped space between the heating pipe system and the outer wall of the evaporator) directed downwards and there w is taken up again by the circulation pump.

Das nachfolgende Beispiel soll den \organg noch weiter erläutern. The following example should explain the process further.

Ein gewöhnlicher Verdampfer stehender Bauart mit 2000 Heizrohren von 1.5 m Lillge und 32 min Durchmesser, entsprechend einer Verdampffläche von 300 m2, wird mit einem Nebenverdampfer verbunden, der 145 Heizrohre von 4 ni Länge und 22 mm Durchmesser und eine Heizfläche von Ao m2 hat. A common vertical type evaporator with 2000 heating tubes 1.5 m long and 32 min diameter, corresponding to an evaporation area of 300 m2, is connected to a secondary evaporator, the 145 heating pipes of 4 ni length and 22 mm in diameter and a heating surface of Ao m2.

Die Umwälzpumpe drückt die Flüssigkeit mit einer Geschwindigkeit von 4 m in der Sekunde durch die Rohre, so <laß in der £ekunde 0,216 m3 gefördert werden, auf die durch die Heizfläche von 40 m2 bei einer Wärmedurchgangszahl von ungefähr 3joo XVärmeeinheiten und einem Temperaturgefälle von I20° auf 110° so viel Wärme übertragen wird, daß in der Sekunde 0.73 kg = 0,88 m3 Dampf erzeugt werden. Das in der Sekunde aus dem Nebenverdampfer austretende Flüssigkeits-Dampf-Gemisch beträgt also 1,10 m3; es verteilt sich uiiter die Heizrohre des Hauptverdampfers, deren gesamter freier Querschnitt 1,6 m2 beträgt. In diese Heizrohre tritt das Gemisch daher mit einer Geschwindigkeit von 0,68 m in der Sekunde ein und strömt mit zunehmender Geschwindigkeit nach oben, so daß die Wärmeübertragung fast auf das Doppelte der üblichen erhöht werden kann. Die Gesamtleistung der beiden miteinander verbundenen Verdampfer von zusammen 340 m2 kann also auch auf ungefähre das Doppelte derjenigen gebracht werden, die der hauptverdampfer von 300 m2 allein ohne diese Kombination hatte.The circulation pump pushes the liquid at a speed of 4 m per second through the pipes, so 0.216 m3 per second is conveyed by the heating surface of 40 m2 with a heat transfer coefficient of about 3,000 units of heat and a temperature gradient from 120 ° to 110 ° as much Heat is transferred so that 0.73 kg = 0.88 m3 of steam are generated per second. The liquid-vapor mixture leaving the secondary evaporator every second so is 1.10 m3; it is distributed over the heating pipes of the main evaporator, whose total free cross-section is 1.6 m2. The mixture enters these heating pipes therefore it enters at a speed of 0.68 m per second and flows in at an increasing rate Speed up, so that the heat transfer is almost double that usual can be increased. The overall performance of the two connected Evaporators of a total of 340 m2 can therefore also approximately double that that the main evaporator of 300 m2 alone without this combination would have.

Auf der Zeichnung ist die Anlage zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung an einem Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung veranschaulicht. The drawing shows the system for carrying out the process illustrated according to the invention in an exemplary embodiment in a schematic representation.

Die Einrichtung besteht aus dem Hauptverdampfer A, dem Nebenver. lampfer B und <ler Umw,:ilzp;mpe P. Aus dem Nebenverdampfer B tritt das Flüssigkeits-Dampf-Gemisch in den ringförmigen Raum C, in dem der normale Druck des Hauptverdampfers 4 herrscht; hier entspannt sich die beim Durchströmen durch den Nebenverdampfer B um einige Grade überhitzte Flüssigkeit und gelangt in den uiiteren Teil des Hauptverdampfers A. In diesem wird sie entspannt und das Gemisch von Flüssigkeit und Dampfblasen strömt durch die senkrecht stehenden Heizrohre des Hauptverdampfers A mit steigender Geschwindigkeit nach oben. Über den Rohren entweicht der Dampf, während die Flüssigkeit in dem mittleren Umlaufrohr E des Heizkörpers nach unten abfließt. The device consists of the main evaporator A, the Nebenver. lampfer B and <ler Umw,: ilzp; mpe P. The liquid-vapor mixture emerges from secondary evaporator B. into the annular space C, in which the normal pressure of the main evaporator 4 prevails; here the relaxes by a few when flowing through the secondary evaporator B Grade superheated liquid and gets into the outer part of the Main evaporator A. In this it is expanded and the mixture of liquid and vapor bubbles flows through the vertical heating tubes of the main evaporator A with increasing speed upwards. The steam escapes through the pipes, while the liquid in the central circulation pipe E of the radiator is down drains.

Die Verlängerung dieses Umlaufrohres E geht durch den Entspannungsraum C und schließt sich an die Saugleitung der Pumpe P an.The extension of this circulation pipe E goes through the relaxation room C and connects to the suction line of pump P.

Die Lage des Nebenverdampfers B zum Hauptverdampfer A wird so gewählt, daß die Pumpe P eine möglichst geringe Höhe zu überwinden hat; der Nebenverdampfer B kann zu diesem Zweck waagerecht gelegt werden, damit in ihm hauptsächlich nur der Reibungswiderstand der Flüssigkeit in den Rohren zu überwinden ist. The position of the secondary evaporator B to the main evaporator A is chosen so that that the pump P has to overcome the lowest possible height; the secondary evaporator For this purpose, B can be placed horizontally, so mainly in it only the frictional resistance of the liquid in the pipes has to be overcome.

Vorteilhaft ist es, den Heizdampf des Hauptverdampfers A zunächst durch den Heizraum des Nebenverdampfers B zu führen. It is advantageous to use the heating steam of the main evaporator A first through the boiler room of the secondary evaporator B.

Dadurch wird die Geschwindigkeit des Dampfes in der ganzen Länge des Heizraumes des Nebenverdampfers B start erhöht und die Wärmeübertragung vom Dampf auf die Heizwand gesteigert, weil der Dampfstrom das auf der Dampfseite sich niederschlagende Wasser mit sich reißt und die dicke der an der Heizwand verbleibenden Wasserschicht stark verringert.This will increase the speed of the steam along the entire length of the Boiler room of the secondary evaporator B start increased and the heat transfer from the steam on the heating wall, because the steam flow is what is precipitated on the steam side Water carries with it and the thickness of the water layer remaining on the heating wall greatly reduced.

Als Verteilungsvorrichtungen in dem unteren Raum des Hauptverdampfers können Lenkbleche, Prallbleche, grob gelochte Siebbleche oder andere passende Vorrichtungen dienen. As distribution devices in the lower room of the main evaporator can be deflector plates, baffle plates, coarsely perforated sieve plates or other suitable devices to serve.

Wenn im Ausführungsbeispiel und in der Beschreibung stets senkrecht stehende Rohre angegeben sind, ist es doch selbstverständlich, daß auch bei einer geringen Neigung der Rohre im Hauptverdampfer die gleiche Wirkung erreicht werden kann, sofern der Strom des Flüssigkeits-Dampf-Gemisches beim Übertritt vom Nebenverdampfer zum Hauptverdampfer keine so weitgehende Ablenkung erfährt, daß eine gleichmäßige Verteilung auf die Rohre des Hauptverdampfers in Frage gestellt wird. Der Raum unter den Rohren des Hauptverdampfers soll keine Umkehrkammer, sondern eine Verteilungskammer darstellen. If in the exemplary embodiment and in the description, always perpendicular standing pipes are given, it goes without saying that even with one the same effect can be achieved in the main evaporator with a slight inclination of the tubes can, provided the flow of the liquid-vapor mixture when passing from the secondary evaporator to the main evaporator is not distracted to such an extent that a uniform Distribution to the tubes of the main evaporator is in question. The space below the tubes of the main evaporator should not have a reversal chamber, but a distribution chamber represent.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E: 1. Procedure for increasing the performance of tube evaporators with a main evaporator with vertical heating tubes is connected to a secondary evaporator and the liquid to be evaporated through a circulating device is kept in constant circulation in such a way that the liquid passes through the secondary evaporator under the heating pipes of the main evaporator, iii its In the upper space, the steam from the liquid, which flows back to the circulation device, is removed separates, characterized in that the liquid to be evaporated by a circulation pump in the heating tubes of the secondary evaporator, the heating surface of which is approximately 10 to 20% of the heating surface of the main evaporator, a speed of about 4 m / sec. receives and that the generated in the secondary evaporator, under the heating pipe system of the main evaporator vapor-liquid mixture evenly on all vertical heating pipes is distributed and enters this with considerable speed.

2. Embodiment of the method according to claim 1, characterized in that that the heat transfer in the secondary evaporator, including its performance, in the It is increased in ways that the heating steam first passes through the boiler room of the secondary evaporator and from this is first passed into the main evaporator.

3. Device for carrying out the method according to claim 1 and 2, characterized by the connection of a main evaporator with vertical ones Heating pipes (A) with a secondary evaporator (B) by means of a collection and expansion space (C), further through a return pipe (E) and the circulation pump (P).