EA018126B1

EA018126B1 - Submerged evaporator

Info

Publication number: EA018126B1
Application number: EA201001723A
Authority: EA
Inventors: Лауно Лилья; Сеия Курки; Теему Ритасало; Яри Халькола
Original assignee: Ототек Оюй
Priority date: 2008-06-19
Filing date: 2009-06-17
Publication date: 2013-05-30
Also published as: FI121163B; CN102065965B; WO2009153403A1; FI20080410A0; CN102065965A; EA201001723A1; FI20080410A

Abstract

The invention relates to a submerged evaporator, which can attenuate the surface fluctuation of the liquid in the evaporator by means of the structures positioned inside it and thus control the vibration that is generated and prevent the formation of splashes.

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к погружному выпаривателю, который ослабляет поверхностное волнение находящейся в нем жидкости с помощью расположенных в нем элементов, благодаря чему уменьшается вызываемая волнением вибрация и не образуются брызги.The invention relates to a submersible evaporator, which attenuates the surface waves of the liquid in it by means of the elements located therein, thereby reducing the vibration caused by the waves and not creating splashes.

Предпосылки создания изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION

Погружной выпариватель - это устройство, в котором горячие топочные газы подают в выпариваемую жидкость ниже ее поверхности, в результате чего происходит испарение жидкости и соответственно кристаллизация находящегося в ней желательного продукта.Submersible evaporator is a device in which hot flue gases are supplied to the evaporated liquid below its surface, as a result of which the liquid evaporates and, accordingly, the desired product is crystallized in it.

При прямом погружном выпаривании выходящие из погружной трубы горячие газы перемещаются по жидкости в виде пузырьков. Таким путем осуществляется высокоэффективная передача вещества и тепла от газов в выпариваемую жидкость. Поскольку не требуется никаких теплообменников, проблемы, связанные с материалами, отсутствуют. Поэтому погружные выпариватели прямого действия используются особенно в химических и металлургических процессах, в которых коррозионные условия обусловливают проблемы с материалами. Обычно подобные проблемы возникают при нагревании, выпаривании и кристаллизации сильнокислотных растворов, таких как растворы сульфатов металлов.In direct immersion evaporation, hot gases leaving the immersion tube move in the form of bubbles in the liquid. In this way, a highly efficient transfer of matter and heat from gases to the evaporated liquid is carried out. Since no heat exchangers are required, there are no material problems. Therefore direct immersion evaporators are used especially in chemical and metallurgical processes in which corrosive conditions cause problems with materials. Typically, such problems arise when heating, evaporating and crystallizing strongly acidic solutions, such as metal sulfate solutions.

В погружных выпаривателях погружную трубу обычно устанавливают вертикально, чтобы как можно меньше материала соприкасалось с обрабатываемой жидкостью.In immersion evaporators, the immersion tube is usually mounted vertically so that as little material as possible comes into contact with the fluid being treated.

В И8 4278494 описан погружной выпариватель с одной большой трубой для подачи горячего газа. При такой конструкции возникает вибрация выпаривателя и разбрызгивание жидкости, поэтому выпариватель снабжен горизонтальной камерой сгорания и соединительным элементом с сильфоном. При увеличении количества газа размер образующихся пузырьков тоже возрастает, так как газ не может подаваться с очень большой скоростью, поскольку, как известно, проникающая способность газовой струи увеличивается с увеличением скорости. При сравнительно небольшой скорости газ плохо поглощается жидкостью, в которую его подают, и поэтому из-за выталкивающей силы происходит интенсивное образование газовых пузырьков.I8 4278494 describes an immersion evaporator with one large pipe for supplying hot gas. With this design, the evaporator vibrates and the liquid splashes, so the evaporator is equipped with a horizontal combustion chamber and a connecting element with a bellows. With an increase in the amount of gas, the size of the resulting bubbles also increases, since the gas cannot be supplied at a very high speed, since, as is known, the penetrating ability of a gas jet increases with increasing speed. At a relatively low speed, the gas is poorly absorbed by the liquid into which it is supplied, and therefore, due to the buoyancy force, intense formation of gas bubbles occurs.

В И8 2867972 описан погружной выпариватель, в котором для минимизации вибрации используют газовыпускную трубу, снабженную зубьями с пилообразным профилем.I8 2867972 describes an immersion evaporator in which a gas outlet pipe equipped with teeth with a sawtooth profile is used to minimize vibration.

Погружной выпариватель согласно ИЕ 3447337 работает с использованием всасывания, поэтому газовыпускная труба может быть погружена только на очень небольшую глубину. В устройстве используются отдельные установленные наклонно трубы. Недостатком этого выпаривателя является необходимость вынимать систему труб при обслуживании и ремонте, поэтому крышка должна иметь отверстие соответствующего размера.The submersible evaporator according to IE 3447337 works with the use of suction, so the exhaust pipe can only be immersed to a very shallow depth. The device uses separate pipes installed obliquely. The disadvantage of this evaporator is the need to remove the pipe system during maintenance and repair, so the lid must have an opening of an appropriate size.

В устройстве согласно ΕΙ 85337 газ подают в выпариваемую жидкость по нескольким довольно маленьким вертикальным трубам. Преимущество такого решения состоит в том, что газ можно подавать со сравнительно большой скоростью, но из-за небольшого размера сопла проникающая способность остается небольшой. Несмотря на это на практике ослабление волнения оказывается недостаточным.In a device according to ΕΙ 85337, gas is supplied to the evaporated liquid through several rather small vertical pipes. The advantage of this solution is that the gas can be supplied at a relatively high speed, but due to the small size of the nozzle, the penetration capacity remains small. Despite this, in practice, the weakening of the excitement is insufficient.

Цель изобретенияThe purpose of the invention

Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы уменьшить недостатки, свойственные погружным выпаривателям, такие как поверхностное волнение, которое вызывает разбрызгивание, приводящее к коррозии и вибрации всего выпаривателя, что дополнительно усиливает волнение.The aim of the present invention is to reduce the disadvantages inherent in submersible evaporators, such as surface waves, which cause splashing, leading to corrosion and vibration of the entire evaporator, which further enhances the waves.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Основные особенности изобретения указаны в его формуле.The main features of the invention are indicated in its formula.

Изобретение относится к погружному выпаривателю, содержащему цилиндрический контейнер для жидкости, прикрепленную к нему погружную трубу, по которой горячий газ через несколько отдельных каналов и соединенные с ними сопла подается в жидкость ниже ее поверхности, и циркуляционную трубу с отверстиями, охватывающую погружную трубу, причем к внутренней стенке циркуляционной трубы прикреплены по меньшей мере три радиальные вертикальные пластины.The invention relates to an immersion evaporator comprising a cylindrical liquid container, an immersion pipe attached to it, through which hot gas is supplied into the liquid below its surface through several separate channels and nozzles connected to them, and a circulation pipe with holes covering the immersion pipe, at least three radial vertical plates are attached to the inner wall of the circulation pipe.

Количество вертикальных пластин, прикрепленных к циркуляционной трубе, составляет по меньшей мере 3, предпочтительно от 4 до 6. Обычно между вертикальными пластинами и погружной трубой выпаривателя имеется зазор, позволяющий удалять погружную трубу, оставляя на месте циркуляционную трубу.The number of vertical plates attached to the circulation pipe is at least 3, preferably 4 to 6. Typically, there is a gap between the vertical plates and the immersion tube of the evaporator to remove the immersion pipe, leaving the circulation pipe in place.

Согласно одному варианту осуществления изобретения к вертикальным пластинам прикреплена горизонтальная пластина, расположенная по существу в горизонтальном положении вблизи поверхности жидкости, но ниже этой поверхности. Ширина горизонтальной пластины предпочтительно составляет 28% от длины окружности циркуляционной трубы.According to one embodiment of the invention, a horizontal plate is attached to the vertical plates, located essentially in a horizontal position near the surface of the liquid, but below this surface. The width of the horizontal plate is preferably 28% of the circumference of the circulation pipe.

Согласно другому варианту осуществления изобретения резервуар для жидкости содержит решетку из пластин, состоящую из двух перпендикулярных друг другу пластин. Решетка находится ниже поверхности жидкости, а ее высота составляет 2-7% от высоты цилиндрической части резервуара.According to another embodiment of the invention, the liquid reservoir comprises a plate grid consisting of two plates perpendicular to each other. The grate is located below the surface of the liquid, and its height is 2-7% of the height of the cylindrical part of the tank.

Перечень фигурList of figures

На фиг. 1 схематично показан известный погружной выпариватель; на фиг. 2 - другой известный погружной выпариватель; на фиг. 3 - погружной выпариватель со средствами ослабления волнения согласно изобретению; на фиг. 4 - разрез погружного выпаривателя, представленного на фиг. 3.In FIG. 1 schematically shows a known submersible evaporator; in FIG. 2 is another known submersible evaporator; in FIG. 3 - submersible evaporator with means of weakening the waves according to the invention; in FIG. 4 is a sectional view of the submersible evaporator of FIG. 3.

- 1 018126- 1 018126

Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

На фиг. 1 схематично изображен известный погружной выпариватель, содержащий резервуар 1 с выпариваемой жидкостью 2 и одну большую погружную трубу 3, по которой в жидкость ниже ее поверхности подается горячий газ. Жидкость поступает в резервуар через патрубок 4, а газы выходят через патрубок 5. Кристаллизированную соль извлекают из нижней части резервуара через патрубок 6. Известно, что вокруг газовой струи образуется зона разрежения, в результате чего раствор в этой зоне, особенно около выпускного отверстия, хорошо смешивается со струей. Чем больше скорость струи, тем интенсивней смешивание.In FIG. 1 schematically shows a known immersion evaporator comprising a reservoir 1 with an evaporated liquid 2 and one large immersion pipe 3 through which hot gas is supplied to the liquid below its surface. The liquid enters the reservoir through the nozzle 4, and the gases exit through the nozzle 5. The crystallized salt is removed from the bottom of the reservoir through the nozzle 6. It is known that a rarefaction zone is formed around the gas jet, as a result of which the solution in this zone, especially near the outlet, is well mixes up with a stream. The higher the speed of the jet, the more intense the mixing.

При использовании погружных выпаривателей, особенно больших, скорость газа нужно уменьшить, чтобы снизить его проникающую способность. Поэтому газ выходит на поверхность жидкости в виде больших пузырьков. Как схематично показано на чертеже и известно из практики, большие пузырьки создают заметное поверхностное волнение, вызывающее вибрацию всего погружного выпаривателя.When using submersible evaporators, especially large ones, the gas velocity must be reduced to reduce its penetration. Therefore, the gas comes to the surface of the liquid in the form of large bubbles. As schematically shown in the drawing and is known from practice, large bubbles create a noticeable surface wave, causing vibration of the entire submersible evaporator.

На фиг. 2 показан другой погружной выпариватель, состоящий из резервуара 7 и погружной трубы 8. В нижней части погружной трубы имеется несколько направленных вниз трубок 9, по которым газ поступает в находящуюся в резервуаре жидкость 10. Жидкость подают в резервуар через патрубок 11, газы удаляют через патрубок 12, а кристаллизованную соль - через нижний патрубок 13. Система погружных трубок образована отдельными газовыми каналами, окруженными циркуляционной трубой 14 с отверстиями, из которых газ, подаваемый в жидкость, или газожидкостная смесь могут поступать в жидкость.In FIG. 2 shows another immersion evaporator, consisting of a tank 7 and an immersion pipe 8. At the bottom of the immersion pipe there are several downward tubes 9 through which gas enters the liquid 10 located in the tank. The liquid is supplied to the tank through the pipe 11, the gases are removed through the pipe 12, and crystallized salt through the lower pipe 13. The system of immersion tubes is formed by separate gas channels surrounded by a circulation pipe 14 with openings from which the gas supplied to the liquid or the gas-liquid mixture can step into liquid.

В погружном выпаривателе, изображенном на фиг. 2, сначала образуются отдельные небольшие струи, но они имеют тенденцию объединяться в сравнительно большие струи, образующие пузырьки, поднимающиеся вверх в циркуляционной трубе. Преимуществоу этого способа по сравнению со способом согласно фиг. 1 состоит в большей скорости газового потока при сохранении достаточной проникающей способности газа. В результате значительно уменьшается выталкивающая сила и, как следствие, поверхностное волнение будет меньше, чем в выпаривателе согласно фиг. 1. В отношении потока решение, представленное на фиг. 2, очень хорошее, однако практика показала, что использование отдельных труб не является самым лучшим решением.In the submersible evaporator shown in FIG. 2, separate small jets are initially formed, but they tend to combine into relatively large jets, forming bubbles rising upward in the circulation pipe. The advantage of this method compared to the method of FIG. 1 consists in a higher gas flow rate while maintaining sufficient gas penetration. As a result, the buoyancy force is significantly reduced and, as a result, surface waves will be less than in the evaporator according to FIG. 1. With respect to flow, the solution shown in FIG. 2, very good, but practice has shown that the use of individual pipes is not the best solution.

На фиг. 3 и 4 показан выпариватель 15 согласно изобретению, содержащий цилиндрический резервуар 16 для жидкости и погружную трубу 17. Жидкость, подлежащая нагреванию и выпариванию, подается через патрубок 18, газ выводится через патрубок 19, а кристаллизованное твердое вещество через выпускную трубу 20, соединенную с нижней конической частью резервуара. В дне погружной трубы имеется несколько каналов 21, выполненных либо при изготовлении трубы, либо при ее последующей механической обработке. Износ каналов в погружной трубе меньше, чем износ отдельных трубок. Погружная труба окружена циркуляционной трубой 22, снабженной отверстиями, через которые газ, подаваемый в жидкость, или газожидкостная смесь могут поступать в жидкость.In FIG. 3 and 4, an evaporator 15 according to the invention is shown, comprising a cylindrical liquid tank 16 and an immersion pipe 17. The liquid to be heated and evaporated is supplied through a pipe 18, gas is discharged through a pipe 19, and a crystallized solid through an exhaust pipe 20 connected to the bottom the conical part of the tank. At the bottom of the submersible pipe there are several channels 21, made either in the manufacture of the pipe, or during its subsequent machining. The wear of the channels in the immersion pipe is less than the wear of individual tubes. The immersion pipe is surrounded by a circulation pipe 22 provided with openings through which the gas supplied to the liquid or the gas-liquid mixture can enter the liquid.

Для ослабления поверхностного волнения жидкости 23 и вызываемой им вибрации погружного выпаривателя в циркуляционной трубе установлены по меньшей мере три вертикальные пластины 24, предпочтительно от четырех до шести вертикальных пластин 24. Количество вертикальных пластин зависит от размера циркуляционной трубы. Когда вертикальных пластин не меньше трех, можно предотвратить поверхностное волнение по двум направлениям, т.е. в вертикальном и поперечном направлениях. Вертикальные пластины прикреплены предпочтительно радиально к внутренней стенке циркуляционной трубы и обычно они проходят по всей ее длине. Между вертикальными пластинами и стенкой погружной трубы имеется зазор, позволяющий беспрепятственно извлекать погружную трубу для обслуживания и ремонта, оставляя на месте циркуляционную трубу. Вертикальные пластины могут в значительной мере предотвращать образование брызг, из-за которых подвергается коррозии часть погружной трубы, находящаяся над поверхностью жидкости, а также предотвращать поверхностное волнение.To attenuate the surface waves of the liquid 23 and the vibration of the submersible evaporator caused by it, at least three vertical plates 24, preferably from four to six vertical plates 24, are installed in the circulation pipe. The number of vertical plates depends on the size of the circulation pipe. When there are at least three vertical plates, surface waves can be prevented in two directions, i.e. in vertical and transverse directions. The vertical plates are preferably attached radially to the inner wall of the circulation pipe and usually extend along its entire length. There is a gap between the vertical plates and the wall of the immersion pipe, which allows you to freely remove the immersion pipe for maintenance and repair, leaving the circulation pipe in place. Vertical plates can significantly prevent the formation of splashes, due to which the part of the immersion pipe located above the surface of the liquid is corroded, and also prevent surface waves.

Для предотвращения поверхностного волнения циркуляционная труба предлагаемого погружного выпаривателя может дополнительно содержать горизонтальные пластины 25, прикрепленные к вертикальным пластинам 24 и предпочтительно отходящие горизонтально от их обеих боковых сторон. Г оризонтальные пластины расположены вблизи поверхности жидкости, но ниже этой поверхности. Г оризонтальные пластины отходят от стенки циркуляционной трубы к погружной трубе на такое же расстояние, как и вертикальные пластины. Ширина горизонтальной пластины такова, что она не является существенным препятствием для поднимающихся газовых пузырьков. Типичная ширина одной горизонтальной пластины составляет 2-8% от длины окружности циркуляционной трубы.To prevent surface waves, the circulation pipe of the proposed submersible evaporator may further comprise horizontal plates 25 attached to vertical plates 24 and preferably extending horizontally from both sides thereof. Horizontal plates are located near the surface of the liquid, but below this surface. The horizontal plates extend from the wall of the circulation pipe to the immersion pipe at the same distance as the vertical plates. The width of the horizontal plate is such that it is not a significant obstacle to rising gas bubbles. A typical width of one horizontal plate is 2-8% of the circumference of the circulation pipe.

Для дополнительного ослабления поверхностного волнения в резервуаре 16 погружного выпаривателя снаружи от циркуляционной трубы и ниже поверхности жидкости 23 установлена пластинчатая решетка 26. Решетка состоит из двух перпендикулярных друг к другу пластин. Решетка расположена горизонтально, доходит до краев резервуара и имеет высоту, равную примерно 2-7% от высоты цилиндрической части резервуара. Особенно выгодно иметь пластинчатую решетку в сравнительно небольших выпаривателях.For additional attenuation of surface waves in the tank 16 of the submersible evaporator, a plate grating 26 is installed outside the circulation pipe and below the surface of the liquid 23. The grating consists of two plates perpendicular to each other. The lattice is located horizontally, reaches the edges of the tank and has a height equal to about 2-7% of the height of the cylindrical part of the tank. It is especially advantageous to have a plate grate in relatively small evaporators.

Хотя на фиг. 3 и 4 представлены три различных способа ослабления волнения поверхности жидкости в погружном выпаривателе, согласно изобретению можно использовать вертикальные пластины безAlthough in FIG. 3 and 4, there are three different ways of attenuating the disturbance of a liquid surface in an immersion evaporator. According to the invention, vertical plates without

- 2 018126 горизонтальных пластин или без пластинчатой решетки или в сочетании только с горизонтальными пластинами или только с пластинчатой решеткой.- 2 018126 horizontal plates or without a plate grid or in combination only with horizontal plates or only with a plate grid.

Claims

CLAIM

1. An immersion evaporator (15) comprising a cylindrical liquid reservoir (16), an immersion pipe (17) connected to it, through which hot gas is supplied below the liquid surface through several separate gas channels (21), and a circulation pipe (22) with holes covering the immersion pipe, characterized in that at least three radial vertical plates (24) are fixed to the inner wall of the circulation pipe.

2. The submersible evaporator according to claim 1, characterized in that the number of vertical plates is at least 3, preferably 4-6.

3. The immersion evaporator according to claim 1, characterized in that there is a gap between the vertical plates (24) and the immersion pipe (17) to remove the immersion pipe when the circulation pipe (22) remains in place.

4. Submersible evaporator according to claim 1, characterized in that a horizontal plate (25) is attached to the vertical plates (24), located essentially horizontally near the surface of the liquid (23), but below this surface.

5. Submersible evaporator according to claims 1 and 4, characterized in that the width of the horizontal plate (25) is 2-8% of the circumference of the circulation pipe (22).

6. Submersible evaporator according to claim 1, characterized in that the reservoir (16) for the liquid is equipped with a plate grid (26), consisting of two beams installed perpendicular to each other.

7. Submersible evaporator according to claims 1 and 6, characterized in that the plate grate (26) is located essentially below the surface (23) of the liquid, essentially in a horizontal position, and its height is 2-7% of the height of the cylindrical parts of the tank (16).

8. Submersible evaporator according to claim 1, characterized in that the gas channels (21) are made in the bottom of the submersible pipe (17).