FI85337C - Dopproersystem. - Google Patents

Description

1 85337

UPPOPUTKIKKO

Tämä keksintö kohdistuu uppohaihduttimeen, ja erityisesti sellaiseen uppohaihduttimeen, jonka uppoputken alaosa on korvattu keksinnön mukaisella, useammasta putkesta muodostetulla uppoputkikolla. Keksinnön mukaisen uppoputkikon etuna on erityisesti se, että sillä saadaan aikaan värähtelemätön ja tehokas haihdutus, ja siten se on sovelias metallisulfaattiliuosten ja sentapaisten haihdutuksessa ja kiteytyksessä.

Uppohaihduttimella tarkoitetaan sellaista laitetta, jossa kuumia savukaasuja johdetaan haihdutettavan aineen pinnan alle.

Suorassa uppohaihdutuksessa annetaan uppoputkesta purkautuvien kuumien kaasujen kuplia nesteen läpi. Tällä tavalla on mahdollista aikaansaada erittäin tehokas lämmön- ja aineensiirto kaasuista käsiteltävään nesteeseen. Koska lämmönvaihtimia ei tarvita, eivät materiaalikysymykset tuota vaikeuksia. Tämän johdosta suoria uppohaihduttimia käytetään varsinkin sellaisissa metallurgisissa ja kemiallisissa prosesseissa, joissa syöpyvät olosuhteet aiheuttavat materiaalivaikeuksia, kuten voimakkaasti happamien liuosten lämmityksessä ja ha ihdutuksessa.

Uppohaihduttimissa uppoputki on tavallisesti sovitettu pystyasentoon, koska tällöin mahdollisimman pieni materiaalimäärä on suorassa kosketuksessa käsiteltävään nesteeseen.

Ennestään tunnetaan lukuisia erilaisia uppohaihduttimia. Näissä on pyrkimyksenä yleensä ollut mahdollisimman 2 85337 pienikokoisten laitteiden aikaansaaminen investointikustannusten pienentämiseksi. Laitekoon pienentäminen aiheuttaa kuitenkin kaasujen purkauskohdan edellä olevan tilavuuden pienemisen ja tällöin vähäisetkin vaihtelut kaasun syötössä aiheuttavat suuria paineenvaihteluja uppoputkessa.

Uppoputkessa esiintyvät värähtelyt sekä siinä mahdollisesti roiskuvat nestepisarat rasittavat uppoputkea edeltäviä tiloja ja rakenteita yleensä.

US patenttijulkaisussa 4 278 494 on kuvattu uppohaihdutinta, missä kuumat kaasut syötetään nesteeseen yhden suurehkon putken kautta. Tässä voimakkaisiin värähtelyihin ja roiskumiseen on varauduttu mm. sijoittamalla polttokammio vaaka-asentoon ja käyttämällä hyväksi paljetta värähtelyn etenemisen vaimentamiseksi.

Kun on kysymys suuresta haihdutettavan nesteen kapasiteetista ja täten suuremmasta putkikoosta, värähtely pakostakin voimistuu, koska kuplakoko kasvaa eikä kuplakoon pienentämistä voida ajatella tunnetulla tavalla eli nopeutta nostamalla kaasusuihkun liian suuren ja voimakkaan tunkeutuvuuden vuoksi.

US patenttijulkaisusta 2 867 972 tunnetaan uppohaihdutinlaitteisto, missä pysyvää värähtelyä on pyritty poistamaan loveamalla uppoputken pää sahalaitaisesti. Ajatuksena on, että uppoputkesta purkautuva kuuma polttokaasu purkautuisi sivulle lovetuksesta ja siten pehmentäisi virtausta. Julkaisun mukaan loveus vaimentaa värähtelyä ja tehostaa lämmönsiirtoa. On kuitenkin huomattava, että koko ajan kaasun pääsuunta (impulssi) on suoraan alaspäin sitä suurempana mitä suurempi on nopeus ja kaasumäärä.

li 3 85337

Luonnollisesti osa kaasusta purkautuu lovista sivullepäin. On siis aivan selvää, että tilanne paranee. Kuitenkin on koko ajan muistettava, että kaasu muodostaa "kokonaisen" kuplan, mikä pullahtaa pintaan ja aiheuttaa värähtelyä, vaikkakin aikaisempaa tapausta vähemmän.

Tunnetaan myös DE-hakemus julkaisu 34 47 060, missä pisarointi ja siten nesteen jäähdytys tapahtuu haihduttamalla. Julkaisussa kuvattua hyvin matalaa upotussyvyyttä voidaan käyttää, koska laitteisto toimii lähinnä imulla. Julkaisussa on kuvattu erillisiä putkia, jotka ovat lähinnä vinossa asennossa, ja vaatisivat ylösnostoon suuren aukon, mikä monissa tapauksissa on epäedullista.

Tämän keksinnön tarkoituksena on johtaa kuuma kaasu liuokseen siten, ettei myöskään suurella kaasumäärällä muodostu suuria kuplia tai että kaasulle ei tule liian pitkää tunkeutuvuusmatkaa, ja täten voimakkaita värähtelyjä. Keksinnön mukaisen uppoputken alapää on siten muodostettu useammasta suoraan alaspäin suunnatusta putkesta, jolloin etuna on kaasun symmetrinen purkautuminen liuokseen. Keksinnön olennaiset tunnusmerkit käyvät esille oheisista vaatimuksista.

Keksintömme mukaisessa laitteessa kuumat kaasut johdetaan suoraan alaspäin tai tarpeen tullen käännetään pystysuoraan alaspäin kohti liuosta. Vähän ennen liuokseen tunkeutumista kaasuvirta jaetaan useaan putkimaiseen pystysuoraan kanavaan. Kanavista keskimmäiset ovat purkauspäistään suoraan poikkileikattuja ja ulommat vinoon viistettyjä.

Tavanomaisessa tapauksessa, jolloin kaasu purkautuu liuokseen yhden suuren uppoputken kautta, on vaikeus 4 85337 käyttää riittävän suurta kaasun nopeutta, jotta värähtely ei tulisi liian voimakkaaksi. Kaasusuihkun tunkeutuvuus liuokseen riippuu tunnetusti Ar-luvusta (modifioidusta Freude-luvusta). Laskennallisesti voidaan todistaa, että keksinnön mukaisella uppoputkikolla saadaan tarvittava lämmönsiirto aikaan pienemmällä upotussyvyydellä kuin normaalilla yksiaukkoisella uppoputkella. Tällöin voidaan käyttää suurempaa kaasun nopeutta purkausaukoissa, koska etäisyys haihduttimen pohjasta kasvaa ja koska kaasusuihkun ulottuvuus muutenkin putkikoon pienentymisen vuoksi lyhenee. Nopeuden kasvu putkikossa puolestaan varmistaa suurimman virtausvastuksen juuri purkauskohtaan, jolloin mahdolliset värähtelyt eivät pääse läpi tai pääsevät korkeintaan vaimentuneina.

Keksintöä kuvataan vielä oheisten piirustusten avulla, jossa kuvat 1 ja 2 ovat periaatekuvia tekniikan tason mukaisista ratkaisuista, kuva 3 on periaatepiirros keksinnön mukaisesta uppoputkikosta, jossa putkien väli on umpinainen, ja kuva kuva 4 on periaatepiirros uppoputkikosta, jossa putket ovat erilliset.

Kuva 1 esittää normaalia yksiaukkoista, tasareunaista uppoputkea 1, joka on upotettu haihdutettavaa nestettä 2 sisältävään säiliöön 3. Neste johdetaan säiliöön putkiyhteen 4 kautta, kaasut poistuvat yhteen 5 kautta ja kiteytynyt metallisuola poistetaan säiliön pohjassa olevan yhteen 6 kautta. Kaasusuihku 7 aikaansaa tunnetusti ympärilleen alipainealueen, jolloin varsinkin purkausaukon kohdalla ja ympäristössä oleva liuos sekoittuu kaasusuihkuun. Sekoittuminen on sitä voimakkaampaa mitä suurempi on suihkun nopeus.

s 85337

Varsinkin suurilla uppoputkilla joudutaan tunkeutuvuuden pienentämiseksi pienentämään nopeutta, jolloin kaasu pullahtaa suurina kuplina kuvan 1 mukaisesti puolelta toiselle uppoputkea heilahdellen. Suuren kuplan purkautuessa pintaan täyttyy syntynyt kuoppa ympäristöstä tulevalla nesteellä aiheuttaen pinnan heiluntaa ja loiskintaa ja siten edesauttaen värähtelyn voimistumista. On myös huomattava, että kaasuun ei pienehkön nopeuden vuoksi imeydy kovinkaan paljon ympäristönestettä, joten pullahdusilmiö on erityisen voimakas suuren nostevoiman vuoksi.

Kuva 2 esittää tekniikan tasossa mainittua lovettua putkea 8. Edellä kuvan 1 yhteydessä kuvatut ilmiöt pätevät myös tässä tapauksessa. Tilanne paranee kuvan 1 tapaukseen nähden kuitenkin huomattavasti, koska osa kaasusta purkautuu lovista 9 pieninä kaasupurkauksina 10 siten tasoittaen jonkin verran pintaannousua. Kuvan 1 tapauksen mukaisesti pätee kuitenkin edelleen suuri nostevoima (vähän nestettä kuplassa) ja puolelta toiselle heilahtelu päävirtaukselle. Kuten edellä on todettu, loveuksen vaikutusta heikentää kaasuvirtauksen jatkuvuusperiaate eli päävirtaus on edelleen alaspäin hyvin voimakas.

Kuvassa 3 on esitetty keksinnön mukainen uppoputki 11, jonka alaosa on muodostettu useammasta alaspäin suunnatusta putkesta 12, joiden välit on täytetty. Tässä tapauksessa muodostuu aluksi pieniä erillisiä suihkuja 13, mutta niillä on jonkin verran taipumusta yhtyä yhdeksi suureksi suihkuksi, koska suihkujen ympärillä ei ole nestettä, mitä ne voisivat imeä itseensä, vaan ainoastaan koko suihkujoukon alapuolella ja sivulla. Kuitenkin, kuten edellä on todettu, usealla erillisellä suihkulla on pienempi tunkeutuvuus nesteeseen, ja etuna edellisiin nähden on kuitenkin huomattava nostevoiman ja siten pinnanheilahtelun pieneneminen.

6 85337

Kuvassa 4 on esitetty keksinnön mukaisen uppoputkikon erityisen edullinen laiteratkaisu. Uppoputki 11 on alaosastaan upotettu haihdutettavaa nestettä 2 sisältävään säiliöön 3. Uppoputken alaosa on muodostettu useammasta erillisestä, suoraan alaspäin suunnatusta putkesta 12, joiden kautta kuumat kaasut virtaavat haihdutettavaan nesteeseen. Erillisistä putkista muodostuvaa uppoputkikkoa ympäröi vielä kiertoputki 14. Uppoputkesta nesteeseen purkautuvaa kaasua ohjataan ja rajoitetaan edullisesti uppoputkea ympäröivällä putkimaisella kiertoputkella, mikä oikein mitoitettuna aikaansaa samalla edullisen nesteen kiertovirtauksen. Kiertoputkeen on nesteen rajapintaan sijoitettu aukkoja 15, josta uppoputken kautta johdettu kaasu tai kaasun ja nesteen seos pääsee purkautumaan nesteeseen.

Uppoputkikon uloimman kehän putket 12 on edullisesti viistetty 45° kulmassa siten, että putken alapään 16 pidempi puoli on lähinnä putkikon keskustaa. Kaasu nousee nyt sivullepäin nousevien suihkujen ansiosta symmetrisenä ja rauhallisena. Koska putkikon välejä ei ole täytetty, pystyvät suihkut imemään nestettä itseensä riittävästi säilyen siten omina suihkuinaan, ja tällöin "vettyneet" suihkut nousevat erillisinä pieninä suihkuina pienen nosteen ansiosta. Tästä taas on seurauksena, että ei synny suuria, heilahtelua aiheuttavia pullahduksia eri puolilla uppoputkea. Erillisten suihkujen ansiosta kaasu pysyy hyvin kiertoputken sisäpuolella.

Suoritetuissa tutkimuksissa on todettu, että keksinnön mukaisen uppoputkikon avulla on laitteiston värähtely saatu putoamaan kolmannekseen entisestä, tekniikan tason mukaisen yksiputkisen uppohaihduttimen värähtelystä.

Claims (5)

7 85337

1. Laite uppohaihduttimen sykkeen ja värähtelyn pienentämiseksi johdettaessa kuumia kaasuja uppoputken (11) ja sitä ympäröivän kiertoputken (14) kautta nesteeseen, tunnettu siitä, että uppohaihduttimen uppoputken (11) nesteeseen upotettu alaosa on muodostettu useasta kohtisuoraan alaspäin suunnatusta putkesta (12).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että putket (12) ovat erilliset.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että uppoputkikon uloimmalla kehällä olevat putket on viistetty siten, että putken pitempi puoli on lähinnä keskustaa.

4. Patenttivaatimusten 1-2 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että uloimmalla kehällä olevat putket on alaosastaan viistetty 45° kulmaan.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että putkien lukumäärä on edullisesti 4-20. 8 85337