ES2304187T3 - Metodo y aparato para tratar agua para su evaporacion. - Google Patents
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Abstract
Un método para suministrar agua a las superficies de transferencia de calor de un evaporador de película en caída, en el que el líquido fluye en forma de película a lo largo de las paredes internas de unos tubos dispuestos en un haz, estando situado un medio de calentamiento en el exterior, mediante el precalentamiento del agua y la distribución de ésta como un rociado de gotitas al comienzo de las superficies de transferencia de calor, caracterizado por que se separan simultáneamente gases esencialmente atmosféricos, solubles en agua, del agua y se extraen a través de la parte superior del evaporador.
Description
Método y aparato para tratar agua para su
evaporación.
La invención se refiere a la producción de vapor
limpio. En particular, la invención se refiere a la extracción de
gases disueltos del agua de alimentación cuando se utiliza un
evaporador de película en caída.
A la hora de producir vapor de agua
especialmente limpio, particularmente para propósitos de
esterilización, el agua de alimentación que se ha de evaporar ha de
ser purificada por lo que respecta a los gases disueltos en ella,
entre otras cosas, para maximizar la concentración del vapor que se
genera y, en consecuencia, el calor de condensación, y para
minimizar el efecto corrosivo. Los gases disueltos en el agua de
alimentación son principalmente gases atmosféricos: nitrógeno,
oxígeno, dióxido de carbono y argón. La solubilidad de los gases en
el agua está en su mínimo cerca el punto de ebullición del
líquido.
De acuerdo con una norma o criterio que se
utiliza habitualmente, por ejemplo, el vapor no puede contener más
del 3,5% de gases no condensables. Con el fin de eliminar los gases
disueltos, se han venido utilizando en la conducción de
alimentación de agua cámaras previas a la desgasificación en las que
el agua calentada permanecía en el espacio para el gas durante un
tiempo en el transcurso del cual los gases tuvieran tiempo de ser
eliminados por burbujeo, tal y como se describe en la Patente
finlandesa Nº 77 380.
Un evaporador de película en caída comprende,
por lo común, un haz de tubos verticales, el medio de calentamiento,
como vapor, un fluido de transferencia de calor o un gas confinado
en conducto, que está situado en el exterior. El líquido que se ha
de evaporar se suministra desde arriba y fluye como una película a
lo largo de las paredes internas de los tubos, evaporándose
parcialmente. El vapor que se ha generado fluye hacia abajo
conjuntamente con la película de líquido y es separado del líquido
no evaporado en la parte inferior del evaporador.
Habitualmente, el problema principal del
evaporador de película en caída es el reparto del líquido en una
película uniforme dentro de los tubos. A menudo se emplea una
disposición de placa perforada, colocada por encima del plano de
extremo allanado de los tubos. Otras soluciones son los
distribuidores o boquillas individuales en los extremos de los
tubos.
Para la desgasificación de líquidos, se conocen
soluciones en las que el líquido, caliente, se rompe en un fino
rociado para hacer que las burbujas de gas que se generan se separen
efectivamente de la fase líquida como resultado de una gran
superficie de separación o interfaz de líquido-gas y
un corto recorrido de desplazamiento. El método se utiliza para la
desgasificación de agua de hervidor para vapor, tal y como se
describe, por ejemplo, en la Patente norteamericana Nº 5.201.366, y
para la eliminación en superficie de sustancias volátiles de una
fase líquida, tal y como se describe en la publicación
EP-A-167 647. Además, se utiliza a
menudo presión negativa en el espacio dentro del cual se rocía la
fase líquida.
Se conoce por la Patente norteamericana Nº
4.816.044 un aparato para la extracción de gases de agua que se ha
de utilizar como agua de enjuagado quirúrgico. El aparato comprende
una cámara de desgasificación y el agua de alimentación es rociada
dentro de la parte superior de la misma. Los gases se extraen por
medio de una disposición de bomba que genera una presión
ligeramente negativa en el espacio para el gas de la cámara de
desgasificación.
Se conocen por las Patentes norteamericanas Nos.
3.332.469 y 4.683.025 métodos y aparatos para distribuir agua de
alimentación uniformemente a la entrada de un conjunto de canales
evaporadores de un evaporador, mediante el uso de boquillas de
rociado.
Se ha inventado ahora el método de acuerdo con
la reivindicación 1 para distribuir agua de alimentación de manera
efectiva al comienzo de las superficies de transferencia de calor de
un evaporador de película en caída, mediante la extracción de los
gases disueltos en el agua y la evitación, al mismo tiempo, de que
vuelvan a disolverse. Otro objeto de la invención es el dispositivo
de acuerdo con la reivindicación 2, que hace posible, en un
evaporador de película en caída, en la misma operación, extraer los
gases del agua suministrada y distribuirlos uniformemente dentro
del haz de tubos del evaporador. El aparato comprende una parte
superior de evaporador y al menos un dispositivo de rociado,
dispuesto en su interior. En este caso, el dispositivo de rociado es
una boquilla, un rociador de neblina o un dispositivo similar,
destinado a crear un rociado de líquido con una forma dada.
La configuración de choque del dispositivo o
dispositivos de rociado se dimensiona de tal manera que, cuando el
agua se suministra a través del dispositivo, el agua se distribuye
uniformemente en forma de gotitas sobre todo el plano de extremo de
los tubos situado bajo la parte superior. Además, el rociado de las
gotitas da lugar a una gran interfaz de
gas-líquido. Como consecuencia del hecho de que el
líquido que se descarga desde el dispositivo de rociado es
calentado, los gases disueltos en el líquido se separan muy
rápidamente de la fase líquida al mismo tiempo que una parte del
líquido se evapora. Debido a que la fase líquida, distribuida como
gotitas, alcanza el conjunto de canales evaporadores en un tiempo
muy corto, no se vuelven a disolver gases en la fase antes de que
se inicie la evaporación, como podría ocurrir en dispositivos de
acuerdo con el estado de la técnica, en los que la separación de
gases se llevaba a cabo, por ejemplo, en una cámara
independiente.
Además del dispositivo de rociado, la parte
superior del evaporador comprende una salida o salidas para la
extracción de los gases. Parte del vapor que se generó en la fase de
descarga actúa como portador en el flujo de salida.
La distribución del líquido al interior del
conjunto de canales evaporadores puede también llevarse a efecto
disponiendo un taladro perforado por encima de los extremos de los
tubos evaporadores, de tal manera que el agua permanece como una
capa delgada antes de fluir al interior de los tubos evaporadores.
Los gases disueltos pueden separarse también de la capa
delgada.
La Figura 1 es una vista lateral en corte del
aparato de acuerdo con la invención, y
la Figura 2 es una vista lateral en corte de
otra realización del aparato de acuerdo con la invención.
La invención se describirá con más detalle en lo
que sigue, con referencia a los dibujos que se acompañan. La
referencia 1 es una parte superior en forma de cúpula de un
evaporador de película en caída. El evaporador se parece a un
intercambiador de calor de tubos y mamparas, colocado en una
posición vertical. El agua de alimentación se suministra a través
de una conducción 2, en la que puede estar en un estado
precalentado, por ejemplo, a 120ºC. En la conducción 2, la presión
es, preferiblemente, entre aproximadamente 0,3 y aproximadamente 6
bar superior a la presión del vapor limpio que se ha de
producir.
La boquilla 3 se selecciona de manera que
proporcione, en el intervalo de presiones utilizado, una
configuración de choque que corresponda sustancialmente a la forma
y al tamaño del plano 4 de extremo de los tubos. Se dispone
comercialmente de boquillas adecuadas que satisfacen los requisitos
de presión y de temperatura. En esta realización, la boquilla está
colocada en una posición simétricamente perpendicular, por encima
del plano de extremo de los tubos, si bien puede también disponerse
de otras maneras. Por otra parte, puede emplearse más de un
dispositivo de rociado con el fin de conseguir una configuración de
choque uniforme. Cuando el agua calentada se descarga desde la
boquilla 3 en forma de un rociado de gotitas, los gases disueltos en
el agua se separan rápidamente de las gotitas y salen a través de
las salidas 5, conjuntamente con una pequeña cantidad de vapor de
arrastre o portador. Las gotitas de agua desgasificadas se
distribuyen uniformemente al interior del conjunto de tubos
evaporadores, y, en contraste con los evaporadores convencionales,
no se requiere necesariamente una placa perforada u otro tipo de
placa de distribución por encima del plano 4 de extremo de los
tubos. El agua alcanza los extremos de los tubos en un tiempo muy
corto, como resultado de lo cual la transferencia de calor desde la
pared de los tubos al agua comienza prácticamente de inmediato.
La distancia entre la boquilla 3 y el plano 4 de
extremo de los tubos es, de preferencia, aproximadamente la mitad
del diámetro del plano 4. El aparato puede dotarse de un cristal de
visión 6.
Preferiblemente, los gases separados y la
corriente de vapor son conducidos a un intercambiador de manera que
la energía térmica de los mismos se utiliza para precalentar el agua
de alimentación.
En la realización que se muestra en la Figura 2,
el aparato está provisto adicionalmente de un taladro 7 que tiene
un fondo perforado y que está dispuesto por encima del plano 4 de
extremo de los tubos, por medio de un separador 8. En esta
realización, se acumula en el taladro 7 una capa delgada de agua de
la que pueden aún separarse gases antes de que el agua se desplace
a los extremos de los tubos evaporadores a través de los orificios
de fondo del taladro.
Claims (4)
1. Un método para suministrar agua a las
superficies de transferencia de calor de un evaporador de película
en caída, en el que el líquido fluye en forma de película a lo largo
de las paredes internas de unos tubos dispuestos en un haz, estando
situado un medio de calentamiento en el exterior, mediante el
precalentamiento del agua y la distribución de ésta como un rociado
de gotitas al comienzo de las superficies de transferencia de
calor, caracterizado porque se separan simultáneamente gases
esencialmente atmosféricos, solubles en agua, del agua y se extraen
a través de la parte superior del evaporador.
2. Un aparato para extraer gases disueltos de
agua que se ha de evaporar en asociación con un evaporador de
película en caída, de tal modo que dicho aparato comprende una parte
superior de evaporador, dispuesta por encima de una disposición de
canales evaporadores del tipo de tubos y mamparas, con un medio de
calentamiento situado por el exterior, y al menos un dispositivo de
rociado (3) en la parte superior del evaporador, a fin de romper el
agua de alimentación en un rociado de gotitas que tienen una
configuración de choque sustancialmente correspondiente al área del
extremo superior (4) de la disposición de canales evaporadores,
caracterizado porque tiene medios precalentadores destinados
a suministrar agua y al menos una salida (5) para los gases
atmosféricos, dispuesta en la parte superior del evaporador.
3. Un aparato de acuerdo con la reivindicación
2, caracterizado porque comprende un taladro que tiene un
fondo perforado y que se extiende por encima del extremo superior
(4) de la disposición de canales evaporadores.
4. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 2
ó la reivindicación 3, caracterizado porque comprende una
cámara sustancialmente semiesférica, de manera que el extremo de la
disposición de tubos evaporadores forma el lado o cara plana de la
misma.
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