DE7935135U1

DE7935135U1 - Liquid distributors for thin film evaporators, falling film absorbers or film heat exchangers with vertical tubes

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Publication number: DE7935135U1
Application number: DE7935135U
Authority: DE
Original assignee: SnamProgetti SpA
Current assignee: SnamProgetti SpA
Priority date: 1978-12-15
Publication date: 1983-02-17

Description

EUROPEAN PATENTATTORNEYS Din.-CHBH.M.i.iHEiHB«» von mchiiannEUROPEAN PATENTATTORNEYS Din.-CHBH.M.i.iHEiHB «» by mchiiann Anm.i Snamprogetti S.p.A. . schweigerstrasse2Note by Snamprogetti S.p.A. . Schweigerstrasse2

telefon: (089) «so ji teleokaum: rbotectpatbnt telex: {14070phone: (089) «so ji teleo: rbotectpatbnt telex: {14070

20. September 198220th September 1982

Beschreibungdescription

Flüssigkeitsverteiler für Dünnschichtverdampfer, FaIlfilmabsorber oder Film-Wärmeaustauscher mit vertikalen Rohren -7Liquid distributor for thin-film evaporators, fall-film absorbers or film heat exchanger with vertical tubes -7

Die Neuerung betrifft einen Flüssigkeitsverteiler für dünnschichtverdampfer, Fallfilmabsorber oder Film-Wärmeaustauscher mit vertikalen Rohren.The innovation concerns a liquid distributor for thin-film evaporators, falling film absorbers or film heat exchangers with vertical tubes.

Die Verteilung einer Flüssigkeit in Form eines Films in einem Wärmeaustauscher ist von besonderer Bedeutung, da Film-Wärmeaustauscher in zunehmendem Maße für die Zu- oder Abfuhr von Wärme zur Anwendung gelangen. Ein bekanntes System zum Wärmeübergang durch teilweise Verdampfung einer flüssigen Phase oder Absorption einer Dampf- oder Gasphase in einer flüssigen Phase sind Dünnschichtverdampfer bzw. Fallfilmabsorber. Bei diesem System wird an den inneren Wandungen von vertikalen Rohren, die die eigentliche wärmeübertragende Fläche (Heizfläche) sind, eine gleichmäßige Flüssigkeitsschicht gebildet, welche unter der Einwirkung der Schwerkraft entlang der Rohrwände von oben nach unten fließt. The distribution of a liquid in the form of a film in a heat exchanger is of particular importance, since film heat exchangers are increasingly used for the supply or removal of heat. A known system for heat transfer through partial evaporation of a liquid phase or absorption of a vapor or gas phase in a liquid phase are thin-film evaporators or falling film absorbers. In this system, a uniform layer of liquid is formed on the inner walls of vertical pipes, which are the actual heat-transferring surface (heating surface) , which flows under the action of gravity along the pipe walls from top to bottom.

Bine derartige Vorrichtung beeteht aue einer oberen Sam- ' nelkaoffler für Flüssigkeit, deren Boden die obere Rohrplatte für dae Rohrbündel darstellt, und einer unteren Samffiolkaffliner, deren Decke die untere Rohrplatte für das Rohrbündel iet« Bine Such a device beeteht aue an upper Sam- 'nelkaoffler for liquid whose bottom is the upper tube plate for tube bundles dae, and a lower Samffiolkaffliner whose ceiling iet the lower tube plate for tube bundles "

Die oberen Rohrenden, über welche die Flüssigkeit eintritt» bleiben nioht frei, weil sonst die Flüssigkeit über die Wände hinweg fließen würde, anstatt an diesen einen gleichmäßigen FiIo 2U bilden» Die Eintrittsseiten der Rohre sind daher mit einem entsprechenden Verteiler zu versehen, der die Ausbildung dye Films begünstigt.The upper ends of the pipe through which the liquid enters » do not remain free, because otherwise the liquid would flow over the walls instead of on them Form an even FiIo 2U »The entry sides the pipes are therefore equipped with an appropriate distributor which favors the formation of dye films.

üblicherweise sind selche Verteiler Rohrstücke, welche oben eine Reihe von tangentialen Bohrungen oder Schlitze aufweisen, durch welche die Flüssigkeit strömen kann« Werden diese Rohrstüeke nun in Drehung gesetzt, so wird der gesamte innere Umfang des Verteilerrohre benetzt und damit an der Innenfläche der Fallrohre ein Flüssigkeiten film ausgebildet«Usually such manifolds are pipe sections, which at the top a series of tangential holes or slots through which the liquid can flow «If these pipe sections are now set in rotation, then will the entire inner circumference of the manifold is wetted and so that a liquid film is formed on the inner surface of the downpipes «

Sind jedoch diese Rohretücke nicht exakt gearbeitet, so kann es innerhalb eines Teils des Rohrs zur Tropfenbildung kommen, also nicht zu einer Strömung entlang der Wand. Darüber hinaus beanspruchen diese Verteilerrohre in dem oberen feil des Fallrohrs viel Raum* womit die verfügbare Heizfläche verringert wird.However, if these pipe sections are not worked exactly, then so Droplets may form within part of the pipe come, so not to a current along the wall. In addition, these stress distribution pipes In the upper part of the downpipe there is a lot of space * which reduces the available heating surface.

Ein weiterer Nachteil dieser Art von Rohrstücken ist das Auftreten von schweren Korrosionserscheinungen in den Rohren unmittelbar unterhalb dieses Rohrteils, wenn korrosive Flüssigkeiten behandelt werden. Dies beruht auf einer gewissen Turbulenz beim Übergang von der Wand des Rohrteils auf die Wand des Fallrohrs.Another disadvantage of this type of pipe sections is the occurrence of severe corrosion phenomena in the Pipes immediately below this pipe part when corrosive liquids are being handled. This is based on a certain turbulence in the transition from the wall of the pipe part to the wall of the downpipe.

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Ein weiterer beträchtlicher Nachteil sind die mit der Kompliziertheit und den strengen Anforderungen an die Toleranz bei den Bohrungen des Rohrbeilsι die tangential in die innere zylindrische oder konische Fläche des Rohrteils münden» verbundenen Herstellungskosten«Another significant disadvantage is those with the Complexity and the strict requirements for the tolerance in the bores of the Rohrbeilsι the tangential into the inner cylindrical or conical surface of the pipe part lead to "associated manufacturing costs"

Aus der DE-AS 10 61 743 1st ein Flüssigkeitsverteiler für Dünnschichtverdampfer bekannt, der aus einem massiven zylindrischen Körper besteht, welcher an seinem Umfang mit schraubenförmigen Nuten versehen ist.From DE-AS 10 61 743 1st a liquid distributor known for thin film evaporators, which consists of a solid cylindrical body which is provided with helical grooves on its circumference.

Ein derartiger Flüssigkeitsverteiler verhindert aber nicht, daß ein Teil der Flüssigkeit aufgrund der Haftung an der Unterseite des zylindrischen Körpers gegen die Mitte der Verdampferrohre fließt*However, such a liquid distributor does not prevent a part of the liquid from adhering to the underside of the cylindrical body against the middle of the evaporator tubes flows *

Aufgabe der Neuerung 1st es, die angegebenen Nachteile der bekannten Flüssigkeitsverteiler zu vermeiden.The object of the innovation is to avoid the stated disadvantages of the known liquid distributors.

Die Neuerung geht aus von obigem Flüssigkeitsverteiler in Form eines massiven Zylinders mit einem Rand zur Begrenzung der Einsetztiefe des Zylinders in das Rohr und schraubenförmigen Rillen am Zylindermantel, wobei die Verbesserung darin besteht, daß in der unteren Fläche des Zylinders eine Ausnehmung eingearbeitet ist derart, daß in dieser ein kreisförmiger Rand verbleibt; die Tiefe der Rillen soll geringer als die Breite dieses Randes sein. Die Ausnehmung ist vorzugsweise kegelstumpfförmig, wobei die obere Fläche eben ist und der Kegelmantel einen Neigungswinkel von 20 bis 60°, vorzugsweise 45°, hat.The innovation is based on the above liquid distributor in the form of a solid cylinder with a rim to limit the depth of insertion of the cylinder into the tube and helical grooves on the cylinder jacket, the improvement being that in the lower surface of the A recess is incorporated into the cylinder in such a way that a circular edge remains in it; the depth of the Grooves should be less than the width of this edge. The recess is preferably frustoconical, with the upper surface is flat and the surface of the cone has an angle of inclination of 20 to 60 °, preferably 45 °.

Mit lern neuerungsgemäßen Verteiler werden überraschenderweise die Nachteile der bekannten Verteiler vermieden. Der neuerungsgemäße Flüssigkeitsverteiler eignet sich für einen breiten Bereich der Strömungsgeschwindigkeit,With distributors according to the invention, the disadvantages of the known distributors are surprisingly avoided. The liquid distributor according to the innovation is suitable for a wide range of flow velocities,

so d>ß eine einwandfreie Filmbildung an der Innenseite der Fallrohre sowohl bei hoher Strömungsgeschwindigkeit als auch bei »ehr geringer Strömungsgeschwindigkeit ge währleistet wird. Solehe weite Schwankungen in der StrÖ-Bungsgesohwlndigkeit können vorübergehend und momentan sein oder während bestimmter Wartungearbeiten wie zum Reinigen« z.B. beim Waschen mit Chemikalien» erforderlich werden« so that a perfect film formation on the inside of the downpipes is guaranteed both at high flow rates and at low flow rates. Only wide fluctuations in the StrÖ exercise habit can be temporary and momentary or during certain maintenance work such as cleaning «eg when washing with chemicals» become »necessary«

Bei dem erfindungsgemäßen Flüssigkeitsverteiler sind in der Hantelfläche dieses Zylinders minimal zwei Rillen vorhanden; die maximale Anzahl hängt von den Dimensionen des Zylinders ab und damit auch von dem Fallrohr; sie soll jedoch in jedem Fall nicht mehr als 20 betragen. Die Rillen sollen eine Steigung zwischen 160 und 18° haben und können mit einem Rand oder Anschlag versehen sein. Sie haben vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt* können aber auch vieleckigen oder runden Querschnitt haben» Die maximale Tiefe der Rillen liegt zwischen 0,05 und 10 mm und ist geringer als die Stärke des Randes in der unteren Fläche des Zylinders.In the liquid distributor according to the invention, there are at least two grooves in the dumbbell surface of this cylinder available; the maximum number depends on the dimensions of the cylinder and thus also on the downpipe; she however, should not be more than 20 in any case. The grooves should have a slope between 160 and 18 ° and can be provided with an edge or stop. They preferably have a rectangular cross-section * but can also have a polygonal or round cross-section have »The maximum depth of the grooves is between 0.05 and 10 mm and is less than the thickness of the Edge in the lower surface of the cylinder.

Die neuerungsgemäße Vorrichtung arbeitet wie folgt:The device according to the innovation works as follows:

Die Flüssigkeit» welche auf der oberen Rohrplatte des vertikalen Rohrbündels steht, tritt in den Kanal, der von der Rille und der Innenfläche des Fallrohrs, in welches der Zylinder eingesetzt ist, gebildet wird, ein, läuft durch diesen Kanal und wird unter dem Zylinder in Form eines Films über die ganze Wand des Fallrohrs verteilt. The liquid which stands on the upper tube plate of the vertical tube bundle enters the channel which is formed by the groove and the inner surface of the downpipe in which the cylinder is inserted, a, runs through this channel and is distributed under the cylinder in the form of a film over the entire wall of the downpipe.

Die Neuerung wird an Hand der Figuren weiter erläutert.The innovation is further explained with reference to the figures.

Fig. 1 zeigt einen Wärmeaustauscher mit eingesetzten neuerungsgeottßen Flüssigkeiteverteilernj Fig. 1 shows a heat exchanger with renewed liquid distributors inserted

Fig. 2 zeigt einen vereinfachten Schnitt entlang A-A aus Fig. 3* Fig. 2 shows a simplified section along AA from Fig. 3 *

Fig« 3 ißt eine Draufsicht auf einen neuerungageffläßen Flüssigkeitsverteiler undFig. 3 is a top plan view of a novel liquid distributor and

Fig« 4 zeigt eine Seitenansicht dee Verteilers, aus der eich die Rillen entnehmen lassen»Fig. 4 shows a side view of the distributor from which have the grooves removed »

Die Anlage nach Fig* 1 umfaßt die obere Flüssigkeiten kammer 1 mit der oberen Rohrplatte 2» dem Bündel der Fallrohre 3 und die untere Flüssigkeitskammer 5, abgedeckt mit der vmteren Rohrplatte 4. Xm oberen Teil der Fallrohre sind die Flüssigkeitsverteiler 6 eingesetzt. Die konstruktiven Details des Verteilers gehen aus den Fig. 2 bis 4 hervor. Der Flüssigkeitsverteiler 6 besteht aus einem Zylinder 8» der mit engem Spiel und geringem Druck vollständig in den oberen Teil des Fallrohrs eingesetzt ist und in diesem durch den Rand 9 gehalten wird. Der Verteiler weist uiSten eine konvexe Ausnehmung 10 auf (kegelstumpfförmig), deren Mantelfläche 11 z.B. tarn 40° geneigt ist und deren obere Fläche 12 eben ist.The system according to Fig * 1 includes the upper liquids chamber 1 with the upper tube plate 2 »the bundle of downpipes 3 and the lower liquid chamber 5, covered with the vmteren tube plate 4. Xm upper part The liquid distributors 6 are inserted into the downpipes. The constructive details of the distributor go from Figs. 2 to 4 out. The liquid distributor 6 consists of a cylinder 8 »with a narrow clearance and low pressure is completely inserted into the upper part of the downpipe and held in this by the edge 9 will. The distributor has a convex recess at the very least 10 on (frustoconical), the outer surface of which 11 e.g. camouflaged at 40 ° and its upper surface 12 is flat is.

Bevorzugt sind 6 Rillen 13 vorgesehen, jedoch kann die Anzahl der Rillen je nach den Anforderungen größer oder kleiner sein. Die Neigung der Rillen ist normalerweise 45°, jedoch kann diese je nach den Anforderungen auch größer oder kleiner sein.6 grooves 13 are preferably provided, but the number of grooves can be greater or greater, depending on the requirements be smaller. The inclination of the grooves is normally 45 °, but this can also be depending on the requirements be bigger or smaller.

Dadurch, daß die Flüssigkeit bereits mit der Innenwand des Fallrohrs in Berührung ist, wenn sie durch die RillenIn that the liquid is already in contact with the inner wall of the downpipe when it passes through the grooves

fließt, wird das Problem der üblichen Verteiler in Form von Rohrstücken vermieden, daß der Flüssigkeitsfilm über die Stufe zwischen dem Rohrteil und dem Fallrohr fließen muß, wo es bei korrosiven Flüssigkeiten durch die Turbulenz zu schweren Korrosionen kommt - wie oben bereits darauf hingewiesen -.flows, the problem becomes the usual manifold in shape avoided by pipe pieces that the liquid film flow over the step between the pipe part and the downpipe must, where there is severe corrosion in corrosive liquids due to the turbulence - as above pointed out -.

6 Rillen mit einer Neigung von 45° können als Optimum angesehen werden, um Kontinuität des Flüssigkeitsfilms in einem extrem kleinen Abstand unter dem Verteiler zu erreichen. Der Verteiler reicht in das Fallrohr nicht weit hinein, so daß die Summe der Verteilerhöhe und der Strecke bis zur Ausbildung eines kontinuierlichen-Films im allgemeinen nicht die normale Dicke der Rohrplatte übersteigt, wodurch für die Ausbildung des Flüssigkeitsfilms keine Heizfläche oder Austauscherfläche geopfert werden muß.6 grooves with an inclination of 45 ° can be considered the optimum be considered to increase continuity of the liquid film at an extremely small distance below the manifold reach. The distributor does not reach far into the downpipe, so that the sum of the distributor height and the Generally not the normal thickness of the tubesheet stretch to form a continuous film exceeds, whereby no heating surface or exchanger surface is sacrificed for the formation of the liquid film must become.

Die kegelstumpfförmige Ausnehmung 10 mit ihrer Mantelfläche 11, deren Neigung etwa 45° beträgt, verhindert, daß die Flüssigkeit an der unteren Fläche des Verteilers gegen die Mitte des Fallrohrs fließt, wodurch ein Teil der Flüssigkeit für die Filmbildung verloren ginge. Der verbleibende Ring um die Ausnehmung 10 muß immer stärker sein als die Tiefe der Rillen, um die angestrebte Arbeitsweise zu gewährleisten.The frustoconical recess 10 with its lateral surface 11, the inclination of which is approximately 45 °, prevents that the liquid on the lower surface of the manifold flows towards the center of the downcomer, whereby a part the liquid for film formation would be lost. The remaining ring around the recess 10 must always be stronger than the depth of the grooves to ensure the desired operation.

Aus den Fi«. 2 bis 4 entnimmt man die Einfachheit und Widerstandsfähigkeit des neuerungsgemäßen Flüssigkeitsverteilers, welcher bei Gewährleistung der Funktionsfähigkeit einen minimalen Aufwand für die Herstellung erfordert.From the Fi «. 2 to 4 you can see the simplicity and resistance of the liquid distributor according to the innovation, which while ensuring functionality requires minimal effort to manufacture.

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Claims

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1. Liquid distributor for thin film evaporators, Fall film absorber or film heat exchanger with vertical tubes, which has the shape of a solid cylinder, with an edge to limit the depth of insertion of the cylinder into the pipe and helical grooves on the cylinder jacket is provided, characterized in that it has a recess (10) in the lower surface of the cylinder (8), so that a circular edge remains in this, .With the depth of the grooves (13) is less than the width of the edge.

2. Liquid distributor according to claim 1, characterized in that the recess (10) is frustoconical and has a flat upper surface and a lateral surface inclined at an angle of 20 to 60 °.

3 «liquid distributor according to claim 2, characterized in that the outer surface of the recess (10) is inclined at an angle of 49 ° to the flat upper surface.

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