FI73138B - Selektiv kondenseringsapparat. - Google Patents

Description

731 38

Selektiivinen lauhdutuslaite

Keksintö koskee höyryn lauhduttamista teollisissa prosesseissa levytyyppiä olevan lauhduttimen avulla.

Monissa teollisissa sovellutuksissa haihduttimessa muodostunut vesi- tai muu höyry lauhdutetaan sen jälkeen höyryn poistamiseksi systeemistä, veden uudelleenkäyttämiseksi tai jostain muusta syystä. Esimerkiksi selluloosa- ja paperiteollisuuden haihdutus järjestelmissä käytetyt pintalauhduttimet tekevät mahdolliseksi höyrystä saadun lämpimän lauhdutetun veden uudelleenkäytön.

Lauhdutettavan vesi- tai muun höyryn kuljettaessa höyrytaasissa mukanaan komponentteja, jotka ovat haihtuvampia kuin vesi tai muut aineet, jotka käsittävät lauhduttamalla saatavan pääasiallisen aineosan, eräs tapa käsitellä höyryä on lauhduttaa kaikki, myös eniten haihtuvat aineet, usein huomattavassa määrässä alijäähdyttämällä.

Erilaisia haihdutus- ja lauhdutusjärjestelmiä on selostettu kuvioissa 11-17 sivuilla 11-25 Perry'n kirjassa "Chemical Engineer's Handbook", neljäs painos, 1963.

Amerikkalainen patentti 3 789 954 koskee tislausmenetelmää ja esittää lauhdutusosan, jossa on vaakasuoran väliseinän erottamat ylempi ja alempi lauhdutuskammio tarkoitettuna erottamaan lauhdutettavan höyryn vähemmän haihtuvat komponentit enemmän haihtuvista. Amerikkalaisessa patentissa 3 261 392 on esitetty haihdutin, jossa on kuumennustilan jakava pystysuorassa sijaitseva väliseinä, ja levytyyppiä olevia lämmönvaihtimia on selostettu amerikkalaisessa patentissa 3 332 469.

On olemassa paljon kokemusperäistä ja muuta julkaistua tietoa, joka koskee teollista lämmönvaihtoteknologiaa yleensä ja erikoisesti erilaisia pintalauhduttimia. Toistaiseksi ei ole kehitetty 2 731 38 täysin tyydyttävää, teollisuudessa yleisen hyväksymisen saavuttanutta systeemiä, joka levytyyppiä olevassa lämmönvaihtimessa tehokkaasti jakaa lauhteen erottaen lauhdutettavan vesi- tai muun höyryn enemmän haihtuvien komponenttien rikasteen vähemmän haihtuvien komponenttien rikasteesta. Tämä keksintö selvittää aikaisemmissa systeemeissä esiintyneet vaikeudet ja aikaansaa erittäin tehokkaan laitteen selektiivistä lauhduttamista varten.

Keksintö koskee näin ollen laitetta haihtuvien aineiden saastuttamien höyryjen selektiiviseksi lauhduttamiseksi, joka laite käsittää koteloon sijoitetun valuvalla kalvolla toimivan lämmönvaihtimen, jossa höyry lauhdutetaan lämmönvaihtoelementtien ulkopintoja myöten alasvaluvan jäähdytysnestevirran avulla, kunkin lämmönvaihtoelementin muodostuessa kahdesta likimain yhdensuuntaisesta, olennaisesti kaikilta reunoiltaan yhteenlii-tetystä levystä, kaikkien lämmönvaihtoelementtien yläosaan yhdistetyn kokoomatilan ja kaikkien lämmönvaihtoelementtien alaosaan yhdistetyn alemman kokoomatilan, ja keksinnön mukainen laite on tunnettu siitä, että alempi kokoomatila on väliseinillä jaettu ainakin kolmeen osastoon ja ylempi kokoomatila on vastaavasti väliseinillä jaettu ainakin kolmeen osastoon, alemman kokooma-tilan ensimmäiseen osastoon on yhdistetty lauhdutettavan höyryn syöttöjohto ja ylemmän kokoomatilan viimeiseen osastoon on yhdistetty lauhtumattomien kaasujen poistojohto, alemman kokooma-tilan jokaisessa osastossa on lauhteen poistojohto, ja ylemmän kokoomatilan jokainen osasto paitsi viimeinen on kanavalla yhdistetty alemman kokoomatilan seuraavaan osastoon siten, että lauhdutettava höyry joutuu virtaamaan ensin ylöspäin alemman ja ylemmän kokoomatilan ensimmäiseen osastoon yhdistettyjen lämmönvaihtoelementtien läpi ja tämän jälkeen alaspäin kanavan kautta alemman kokoomatilan toiseen osastoon, edellä mainitun toiminnan toistuessa alemman ja ylemmän kokoomatilan tähän ja muihin osastoihin yhdistettyjen lämmönvaihtoelementtien kohdalla, jolloin lämmönvaihtoelementtien ensimmäisessä ryhmässä muodostunut suhteellisen puhdas lauhde poistetaan ensimmäisen lauhteenpoisto-johdon kautta, lämmönvaihtoelementtien seuraavissa ryhmissä muodostunut asteettain epäpuhtaampi lauhde poistetaan näiden ryhmien 3 73138 lauhteenpoistojohtojen kautta, ja lauhtumattomat kaasut poistetaan lauhteenpoistojohdon kautta.

Alemman ja ylemmän kokoomatilan ensimmäinen osasto on edullisesti tilavuudeltaan suurempi kuin muut osastot, kun taas viimeinen osasto on edullisesti tilavuudeltaan pienempi kuin muut osastot.

Jäähdytysväliaineena voidaan käyttää jatkuvasti juoksevaa jäähdytysvettä, joka kuumenee höyryä lauhdutlaessaan, tai jäähdy tysvettä, jota kierrätetään kiertopumpun avulla ja jäähdytetään haihduttamalla kuvioissa esitetyn systeemin ulkopuolella ennen sen palauttamista lauhduttimeen, jäähdytysväliaineeksi, tai höyrystettävää nestettä. Viimeksimainitussa tapauksessa, jossa höyrystettävää vettä tai muuta nestettä käytetään jäähdytysväliaineena lämmönvaihtoelementeissä olevan höyryn lauhduttamiseen, nesteen virtaus ohuena kalvona alas lämmönvaihtoelementtien ulkopintoja pitkin aikaansaa huomattavan jäähdytysnestemäärän haihtumisen. Niinpä samalla kun lämmönvaihtoelementtien sisätilat toimivat lauhduttimena, lämmönvaihtoelementtien ulkopuolella ja kammion sisällä oleva tila toimii haihduttimena.

Elementtien ensimmäisestä suurimmasta ryhmästä lähtevä suhteellisen puhdas lauhdevirta on olennaisesti hajuton, ja se voidaan palauttaa tehdaslaitokseen ilman enempää käsittelyä.

Erotettu saastunut vesivirta voidaan johtaa jälkikäsittelyä varten tislauskolonniin tai sentapaiseen.

Nämä ja muut keksinnön mukaisen selektiivisen lauhdutusjärjes-telmän tavoitteet ja edut ilmenevät parhaiten seuraavasta keksinnön yksityiskohtaisesta selityksestä, erikoisesti yhdessä oheisen piirustuksen kanssa.

Piirustus esittää leikkausta keksinnön mukaisesta laitteesta, joka on sovellettu useitten erillisten lauhdevirtojen aikaan saamiseen .

__ - Γ“ . ...

4 73138

Keksinnön mukaisessa lauhduttimessa, joka on yleisesti merkitty viitteellä 110, on vaipan muodostama kammio, joka käsittää olennaisesti pystysuorat etuseinämän ja takaseinämän sekä kaksi sivuseinämää 114. Kammion sisällä sijaitsee ryhmä erillisiä yhdensuuntaisia, alasvaluvan kalvon avulla toimivia lämmönvaihto-elementtejä 115. Lämmönvaihtoelementit 115 ovat sellaista tyyppiä, joka on muodostettu kahdesta erillään toisistaan olevasta leveästä litteästä levystä, jotka on kiinnitetty reunoistaan yhteen suljettujen tilojen aikaansaamiseksi elementtien 115 sisälle. Sopiva menetelmä levyistä tehtyjen lämmönvaihtoelement-tien valmistamiseksi on selostettu aikaisemmassa amerikkalaisessa patentissa 3 512 239. Kuten tähän tekniikkaan perehtyneille on selvää, elementtejä 115 voidaan käyttää niiden sisällä kulkevan vesihöyryn tai muiden höyryjen lauhduttamiseen välillisen lämmönvaihdon avulla, lämmönvaihdon tapahtuessa elementtien 115 ulkopintoja pitkin ohuena kalvona alasvaluvan jäähdytysväliaineen kuten veden kanssa.

Kuvion mukainen laite on jaettu erottamaan toisistaan useita eri lauhteita. Erillisten lämmönvaihtoelementtien 115 ala-aukot 127 ja yläaukot 137 on väliseinillä erotettu neljään ryhmään. Lauhdutettava höyry johdetaan tulojohdon 126 kautta tilaan 100, joka on yhteydessä tiettyyn määrään (kuviossa esitetty 7 kappaletta) lämmönvaihtoelementtejä 115 niiden ala-aukkojen 127 kautta osan höyrystä lauhduttamiseksi näissä elementeissä 115 höyryn virratessa ylöspäin elementtien sisällä. Näiden ensimmäisen ryhmän elementtien 115 läpi ylöspäin kulkenut lauhtumaton höyry päätyy ensimmäisen ryhmän elementtien 115 yläpäitten kohdalla olevaan tilaan 101. Ensimmäisen ryhmän elementeissä muodostunut lauhde on suhteellisen vapaa vaikeasti lauhtuvista aineista, ja se poistetaan elementtien 115 alapäistä poistojohdon 141 kautta lauhteena I. Tila 101 on suljettu lukuunottamatta lämmönvaihtoelementtien ensimmäisen ryhmän aukkoja 137 ja katkoviivoin kuvattua kanavaa C 1, joka johtaa lauhtumattoman höyryn tilasta 101 tilaan 102, joka on yhteydessä elementtien 115 toisen ryhmän kanssa niiden ala-aukkojen 127 kautta. Höyry kulkee ylöspäin 5 731 38 tämän toisen ryhmän elementtien 115 sisällä, jolloin osa siitä lauhtuu ja poistuu poistojohdon 142 kautta lauhteena II, kun sen sijaan lauhtumaton jäännös päätyy elementtien yläpäitten kohdalla olevaan tilaan 103. Prosessi toistuu höyryn kulkiessa alaspäin kanavan C 2 kautta tilaan 104 ja siitä ylöspäin lämmön-vaihtoelementtien 115 kolmannen ryhmän sisällä, jolloin edelleen tapahtuu lauhtumista ja lauhde poistuu poistojohdon 143 kautta lauhdevirtaan III. Ylätilaan 105 päätyvä höyry kulkee alas viimeiseen alatilaan 106 kanavan C 3 kautta, ja viimeinen virtaus ylöspäin useitten lämmönvaihtoelementtien 115 läpi (kuviossa 3 kappaletta elementtejä) aiheuttaa lauhtumattomien höyrykompo-nenttien edelleen lauhtumista aikaansaaden poistojohdon 144 kautta poistuvan lauhdevirran IV, joka sisältää järjestelmässä vaikeimmin lauhtuvien höyryjen lauhteita. Kaasut ja jäljelle jääneet lauhtumattomat höyryt poistuvat lämmönvaihtoelementtien 115 viimeisen ryhmän yläpään kohdalla sijaitsevasta tilasta 107 poistojohdon 136 kautta, kuten on osoitettu oikealla ylhäällä kuviossa.

Välineet jäähdytysnesteen johtamiseksi kammioon ja nesteen jakelemiseksi tasaisesti lämmönvaihtoelementtien 115 pinnoille käsittää rei'itetyn, olennaisesti vaakasuorassa sijaitsevan lau-taslevyn 116, joka on asennettu lämmönvaihtoelementtien 115 yläpuolelle ja erilleen niistä. Vesi tai muu jäähdytysneste virtaa lautaslevyn 116 reikien läpi valuen alas pitkin lämmönvaihtoelementtien 115 ulkopintoja. Sopivimmin jäähdytysnestettä ei juoksuteta suoraan levylle 116, vaan sitä johdetaan levyn 116 yläpuolelle sijoitettuun päältä avoimeen altaaseen 117, nesteen virratessa altaan 117 reunojen yli ja jakaantuessa siten tasaisemmin levylle 116. Käytettäessä hyvin suuria määriä jäähdytys-nestettä allasta 117 ei tarvita. Kuviossa on osoitettu putken 118 johtavan altaaseen 117 jäähdytysnesteen syöttämiseksi siihen.

Kuten kuviossa on esitetty, vesi tai muu jäähdytysneste, joka on kulkenut lämmönvaihtoelementtien 115 yli koko niiden pystysuoralta pituudelta, kerääntyy kammion 11 pohjaan, jossa sisäänpäin suppenevat seinämien alaosat muodostavat kaukalon 124.

6 731 38

Nestettä lasketaan pois kaukalosta 124 poistokanavan 125 kautta. Sisäänjohtoputki 118 voi tarvittaessa syöttää lisää uutta jäähdytysnestettä lautaslevylle 116. Jos jäähdytysnesteen kierrätystä halutaan, voidaan käyttää pumppua ja nesteen-jäähdytysvälinettä ennen nesteen palautusta.

Edullisen rakenteen, joka on yhteydessä lämmönvaihtoelementtien ulkopuolitse tapahtuvan nestevirtauksen kanssa, eräänä tuloksena on tasaisen ja tehokkaan jäähdytysnestevirtauksen aikaansaaminen lämmönvaihtoelementtien 115 ulkopintoja pitkin vesi-tai muun höyryn lauhduttaniseksi elementtien 115 sisällä.

Edellä on käsitelty höyryn virtausta lämmönvaihtoelementtien 115 sisäosien läpi sekä käsitelty lämmönvaihtoelementtien ulkopintoja pitkin alasvaluvaa jäähdytysnestettä ainoastaan lauhdutettavan höyryn jäähdytysväliaineena. On kuitenkin tärkeää ottaa myös huomioon tämän jäähdytysnesteen höyrystyminen lauhtuvasta höyrystä siirtyvän lämmön vaikutuksesta. Veden tai muun jäähdytysnesteen valuessa alas lämmönvaihtoelementtejä 115 pitkin kalvona, huomattava määrä nestettä höyrystyy. Tätä vaikutusta voidaan edullisesti käyttää hyväksi käyttämällä jäähdytysväliaineena haihdutettavaa nestettä. Niinpä lämmönvaihtoelementtien 115 sisätilojen toimiessa lauhduttimena, elementtien 115 ulkopuolella ja kammion sisällä oleva tila toimii haihduttimena.

Esimerkiksi esittämättä jätetyn pumpun avulla lautaslevylle 116 kierrätetty neste sekoitetaan putken 118 kautta johdettuun haihdutettavaan nesteeseen, ja muodostuneet höyryt kulkevat ulospäin lämmönvaihtoelementtien 115 välistä elementtien 115 sisällä olevan kuuman höyryn kuumentaessa nestettä. Muodostunut höyry nousee yläosaan lautaslevyn 116 yläpuolelle. Kammion takaseinä-mä voi sijaita etäällä lähimmästä lämmönvaihtoelementistä 115, niin että muodostunut höyry voi virrata ulos- ja ylöspäin kammion sisällä. Höyryn voidaan antaa sen jälkeen kulkea ylöspäin joko lautaslevyn 116 ohitse tai kanavan kautta kammion yläpäähän, johon pisaranerotin tai sentapainen (ei esitetty

II

7 73138 piirustuksessa) voi olla sijoitettu jäähdytysnesteen haihdutuksessa muodostuneen höyryn käsittelyä varten. Kuviossa on osoitettu höyrynpoiston kammiosta tapahtuvan sen yläpään keskikohdasta 150, mutta tähän tekniikkaan perehtyneille on selvää, että pisaranerotin voidaan sijoittaa viitenumerolla 150 merkittyyn kohtaan höyryvirran mukanaan kuljettamien nestepisaroitten pidättämiseksi.

Edellä on selostettu sovellutusmuoto, joka erottaa neljä erilaista lauhdetta, mutta on selvää, että kolme tai enemmän kuin neljä lauhdetta on erotettavissa keksinnön mukaisessa laitteessa.

Erilaisia muunnoksia, sovellutuksia, osien korvaamisia ja rakenteellisia vaihteluita tällä hetkellä edullisimpana pidetyn sovellutusmuodon muodossa edellä selostetussa laitteessa voi tulla mieleen lämmönvaihtotekniikkaan perehtyneille, ja niiden katsotaan sisältyvän tämän keksinnön suojapiiriin.

Claims (8)

1. 8 731 38
2. 1. Laite haihtuvien aineiden saastuttamien höyryjen selektiiviseksi lauhduttamiseksi, joka laite käsittää koteloon sijoitetun valuvalla kalvolla toimivan lämmönvaihtimen (115) , jossa höyry lauhdutetaan lämmönvaihtoelementtien (115) ulkopintoja myöten alasvaluvan jäähdytysnestevirran avulla, kunkin lämmönvaihtoelementin (115) muodostuessa kahdesta likimain yhdensuuntaisesta, olennaisesti kaikilta reunoiltaan yhteen-liitetystä levystä, kaikkien lämmönvaihtoelementtien (115) yläosaan yhdistetyn kokoomatilan ja kaikkien lämmönvaihtoelementtien (115) alaosaan yhdistetyn alemman kokoomatilan, tunnettu siitä, että alempi kokoomatila on väliseinillä jaettu ainakin kolmeen osastoon (100, 102, 106) ja ylempi kokoomatila on vastaavasti väliseinillä jaettu ainakin kolmeen osastoon (101, 103, 107), alemman kokoomatilan ensimmäiseen osastoon (100) on yhdistetty lauhdutettavan höyryn syöttö-johto (126) ja ylemmän kokoomatilan viimeiseen osastoon (107) on yhdistetty lauhtumattomien kaasujen poistojohto (136), alemman kokoomatilan jokaisessa osastossa (100, 102, 106) on lauhteen poistojohto (141, 142, 144), ja ylemmän kokooma-tilan jokainen osasto (101, 103) paitsi viimeinen (107) on kanavalla (cl, c2, c3) yhdistetty alemman kokoomatilan seu-raavaan osastoon (102, 106) siten, että lauhdutettava höyry joutuu virtaamaan ensin ylöspäin alemman ja ylemmän kokooma-tilan ensimmäiseen osastoon (100, 101) yhdistettyjen lämmönvaihtoelementtien (115) läpi ja tämän jälkeen alaspäin kanavan (cl) kautta alemman kokoomatilan toiseen osastoon (102) , edellä mainitun toiminnan toistuessa alemman ja ylemmän kokoomatilan tähän ja muihin osastoihin yhdistettyjen lämmönvaihtoelementtien (115) kohdalla, jolloin lämmönvaihtoelementtien (115) ensimmäisessä ryhmässä muodostunut suhteellisen puhdas lauhde poistetaan ensimmäisen lauhteenpoistojohdon (141) kautta, lämmönvaihtoelementtien (115) seuraavissa ryhmissä muodostunut asteettaan epäpuhtaampi lauhde poistetaan näiden ryhmien lauhteenpoistojohtojen (142, 144) kautta, ja lauhtu-mattomat kaasut poistetaan lauhteenpoistojohdon (136) kautta. 9 731 38
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että alemman ja ylemmän kokoomatilan ensimmäinen osasto (100, 101) on tilavuudeltaan suurempi kuin muut osastot.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että alemman ja ylemmän kokoomatilan viimeinen osasto (106, 107) on tilavuudeltaan pienempi kuin muut osastot.
5. 4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että se käsittää lämmönvaihtoelement-tien (115) yläpuolella sijaitsevan välineen (116, 117, 118) jäähdytysnesteen jakamiseksi lämmönvaihtoelementtien ulkopinnoille, lämmönvaihtoelementtien alapuolella sijaitsevan osaston (124) jäähdytysnesteen keräämiseksi ja kotelon yläpäähän yhdistetyn poistojohdon (150) jäähdytysnesteestä haihtuneen höyryn poistamiseksi.
6. 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että se käsittää välineet osastoon (124) kerääntyneen jäähdytysnesteen kierrättämiseksi lämmönvaihtoelementtien (115) yläpuolella sijaitsevaan nesteenjakeluvälineeseen (116, 117, 118).
7. 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että alempi ja ylempi kokoomatila on jaettu neljään osastoon (100, 102, 104, 106 ja 101, 103, 105, 107). 731 38 1 o
8. 1. Anordning för selektiv kondensering av med flyktiga ämnen förorenade ängor, vilken anordning omfattar en i ett hölje anordnad med fallande film arbetande värmeväxlare (115), i vilken änga kondenseras med hjälp av ett utmed värmeväxlar-elementens (115) yttre ytor nedrinnande kylvätskeflöde, varvid varje värmeväxlarelement (115) bestär av tvä tillnärmelsevis parallella, utmed väsentligen alla sinä kanter sammanfogade plätar, ett tili samtliga värmeväxlarelements (115) övre partier anslutet samlingsrum och ett tili samtliga värmeväxlarelements (115) undre partier anslutet undre samlingsrum, k ä n n e -tecknad av att det undre samlingsrummet är genom mellan-väggar uppdelat i minst tre avdelningar (100, 102, 106) och det övre samlingsrummet är pä motsvarande sätt genom mellanväggar uppdelat i minst tre avdelningar (101, 103, 107), tili det undre samlingsrummets första avdelning (100) är ansluten en inlopps-ledning (126) för änga som skall kondenseras och tili det övre samlingsrummets sista avdelning (107) är ansluten en utlopps-ledning (136) för okondenserade gaser, i varje avdelning (100, 102, 106) i det undre samlingsrummet ingär en utloppsledning (141, 142, 144) för kondensat, och varje avdelning (101, 103) i det övre samlingsrummet förutom den sista (107) är genom en kanal (c1, c2, c3) förbunden med följande avdelning (102, 106) i det undre samlingsrummet, sä att ängan som skall kondenseras bringas att strömma först uppät genom de tili undre och övre samlingsrummens första avdelningar anslutna värmeväxlarelementen (115) och därefter nedät genom kanalen (cl) tili det undre samlingsrummets andra avdelning (102), varvid ovannämnda förlopp upprepas vid de tili denna och de övriga avdelningarna i de undre och övre samlingsrummen anslutna värmeväxlarelementen (115), varvid det i den första gruppen av värmeväxlarelement (115) bildade förhällandevis rena kondensatet uttages genom den första kondensatutloppsledningen (141), det i de följande grupperna av värmeväxlarelement (115) bildade gradvis orenare kondensatet uttages genom kondensatutloppsledningarna (142, 144) frän dessa grupper, och okondenserade gaser uttages genom kondensatutloppsledningen (136).