NO862415L - Radialkonfigurasjon for fordampings-varmeelementer. - Google Patents

Description

Konvensjonelle fristrømsfordampere av typen med fallende

film er vanligvis sammenknyttet for å tilveiebringe et antall effekter for å fordampe et stort antall væsker. Fordamperne blir brukt på vellykket måte i mange installasjon-er, innbefattende fordampning av svartlut i papirmasse-produserende anlegg.

I en typisk fristrømsfordamper, er oppvarmingselementene (hvilke er slik som vist i US-patent nr. 3.512.239) anordnet parallelt i lineære rekker i en opprettstående sylindrisk beholder. Vanndamp, eller annen oppvarmingsdamp, innføres til hvert oppvarmingselement gjennom et grenrør plassert ved bunnen av beholderen, hvor vanndampen så skrider frem oppad inne i hvert oppvarmingselement og .kondenserer. Kondensatet strømmer nedad i en motstrøms strømning, og fjernes gjennom et utløp ved bunnen av oppvarmingselementene under nivået for vanndampsinntørringen. Kokende lut, slik som svartlut, innføres ved et mellomliggende sted i beholderen, og resirkulerer fra et basseng ved bunnen av beholderen til toppen av beholderen og strømmer i en tynn film over begge sider av hvert varmeelement. En del av luten som faller i filmen over oppvarmingselementene kokes av for å frembringe en damp, og den avkokte damp beveger seg horisontalt i beholderen, strømmer så oppad til en medrivnings-separator, og passerer så gjennom et damputløp i toppen av beholderen.

Mens konvensjonelle fristrømsfordampere utfører sin kokefunk-sjon svært effektivt, er det et antall ulemper i tilknytning til disse. For eksempel fordi oppvarmingselementene er arrangert i en rektangulær oppstilling, er stablingen av elementene i beholderen ikke spesielt effektiv. Fordi oppvarmingsdampen entrer bunnen av hver beholder i en multi-effektsoppstilling, og utgår fra toppen, må vesentlige kanallengder anordnes som fører fra toppen av hver effekt til bunnen av den neste effekt i serier. Varmetap oppstår i slike lange kanaler eller ledninger. I tillegg kan vann slag oppstå siden vanndamp entrer bunnen av elementene og kondensat også forlater gjennom den samme struktur som inn-fører oppvarmingsdampen. Fordi et felles rør fungerer som både innløp for oppvarmingsdamp og et kondensatutløp, er høyden av innløpsutskjæringene til oppvarmingselementene større enn nødvendig kun for oppvarmingsdampinnføring siden de må sikre at kondensatet ikke flømmer ut av dampinnløpet.

I samsvar med den foreliggende oppfinnelse er en fordamper og en fremgangsmåte for fordampning av en væske tilveiebragt som overvinner ulempene tilknyttet de konvensjonelle frittstrømmende fordampnigsteknikker (som fremlagt ovenfor), og tilveiebringer ytterligere fordeler. De to mest grunn-• leggende aspekter av fordamperen ifølge den foreliggende oppfinnelse er anordningen av oppvarmingselementene i en radiell konfigurasjon slik at de er kollektivt konsentriske med beholderen og hver forløper radielt i beholderen, og anordningen av innløpet for oppvarmingsdamp konsentrisk ved toppen av beholderen med utløpet for fordampet damp fortsatt værende ved toppen og kondensatet drenert til bunnen.

Ved å anordne en rund stabel av oppvarmingselementer i den sylindriske (runde) beholder, forøkes konstruksjonssymme-trien og tillater flere varmeelementer å bli anbragt i en beholder med gitt diameter, og tillater derved diameteren til fordamperbeholderen å være mindre. Siden det i fordamperne i samsvar med den foreliggende oppfinnelse dampen også både kommer inn og forlater tanken fra toppen, er mindre kanalsystem nødvendig (og dermed mindre varmetap) for å forbinde tilstøtende fordampere sammen. Også den best-emte posisjonering av innløpet for oppvarmingsdamp og den sirkulære oppstilling av oppvarmingselementene tillater varmeelementene å bli støttet på en bunnbjelke på en slik måte at de kan ekspandere oppad. Siden vanndampen kommer inn ved toppen og kondensatet forlater ved bunnen, vil vannslag ikke oppstå, og en ytterligere fordel ved at damp-innløpet er adskilt fra kondensatutløpet er at høyden av innløpsutskjæringene for oppvarmingselementene således kan tilvirkes mye mindre, og mindre innløp er mindre kostbare. Til slutt tilveiebringer det radielle arrangement av oppvarmingselementene en mye sterkere konstruksjon av element-enes stabling enn parallelle oppvarmingselementer og tillater således en enklere - og mindre kostbar - innløpssamle-rørkonstruksjon for oppvarmingsdamp.

Det primære formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en forbedret fristrømsfordamper, og en fremgangsmåte for fordamping av en væske ved anvendelse av sammenknyttede fordampereffekter. Dette og andre formål med oppfinnelsen vil fremkomme fra den detaljerte beskriv-• else av oppfinnelsen og fra de vedlagte krav.

Figur 1 er en skjematisk perspektivskisse sett delvis oven-fra, med partier bortskåret for tydligere illustrasjon, av en eksempelvis frittstrømmende fordamper ifølge den foreliggende oppfinnelse;

figur 2 er en horisontal tverrsnittsskisse tatt like under innløpet for kokende lut ved toppen av fordamperen i fig. 1; og

figur 3 er en skjematisk skisse som viser sammenknytningen mellom to av fordamperene ifølge fig. 1 i et multieffekt-arrangement.

En eksemplifisert fristrømsfordamper ifølge oppfinnelsen

er vist generelt ved henvisningsnummeret 10 i tegningene. Hovedkomponenten til fordamperen 10 er en opprettstående sylindrisk beholder 11 med sirkulært tverrsnitt. I beholderen 11 er det montert et antall oppvarmingselementer 12. Hvert oppvarmingselement innbefatter et par avstandsplasserte i hovedsak parallelle plater som deffinerer et damptett indre volum, og fortrinnsvis er platene av den type med fordypninger, slik som vist i US-patent nr. 3.512.239

(hvor denne beskrivelse herved er inntatt som referanse). Oppvarmingselementene 12 er montert på en radiell måte, som vist slik at de er kollektivt konsentriske med beholderen 11 og hver forløper radielt i en avstand mindre enn den indre radius av beholderen, og slik at de er omkretsmessig avstandsplassert fra hverandre (dvs. omkring 2,5 cm) slik at kokende lut kan strømme i en film over begge utvendige flater av platene som danner hvert oppvarmingselement 12.

Innretningene for å montere elementene 12 innbefatter fortrinnsvis den enkle ringformede bjelke 14 plassert ved bunnen 15 av beholderen 11 på hvilke oppvarmingselementene 12 hviler. Ved senteret av beholderen 11 er også en hul •kjerne anordnet som innbefatter ved det ringformede konden-satutløpet 16 som er operativt forbundet til og samvirker med kondensatutløpssamlerøret 17, og kondensatdreneringen 18 montert ved bunnens sentrale partier av oppvarmingselementene 12, og tilrettelegges for drenering av kondensat fra bunnens indre partier av oppvarmingselementene 12. Oppvarmingselementene 12 er også stabilisert ved toppen av disse ved en konstruksjon som blir ytterligere beskrevet med hensyn til innføring av oppvarmingsdamp og strukturene for innføring av kokende lut.

Oppvarmingsdamp, slik som vanndamp i den første effekt i

en serie, eller fordampet lutdamp i de etterfølgende effekter (fordampere), innføres i beholderen 10 ved toppen 19. Fortrinnsvis innføres oppvarmingsdamp ved det enkelte dampinnløp illustrert i fig. 1, hvilket innbefatter et rør

20 med sirkulært tverrsnitt som er konsentrisk med beholderen 11 og er montert med en ekspansjonsskjøt 21 (av enhver passende konstruksjon, slik som en belgkonstruksjon) til et stasjonært rør 22 med sirkulært tverrsnitt montert i den sentrale kjerne av beholderen 11. Røret 22 kommuniserer med det indre av oppvarmingselementene 12, hvor et antall 11 innløpsutskjæringer" av et samlerørarrangement 23 er anordnet. Disse "innløpsutskjæringer" er mindre enn i kon vensjonelle fristrømsfordampere som har sin oppvarmings-dampinnføring ved bunnen siden det ikke er mulighet for kondensat å strømme og som hindrer innføring av oppvarmingsdamp til oppvarmingselementene når det anvendes fordamperen 10 i samsvar med den foreliggende oppfinnelse. Plassert ved bunnen av røret 22 er en konveks avslutningsflate 24 som stopper den nedad strømning av oppvarmingsdamp innført gjennom innløpet 20. Dersom mengden av innført oppvarmingsdamp er større enn kapasiteten av oppvarmingselementene 12, så vil en del av denne utgå fra beholderen 11 gjennom dampventileringen 25 etter at den har passert gjennom elementene 12. Fra dampventileringen 25 kan den passere til enhver annen egnet konstruksjon.

Luten som blir kokt ved fordamperen 10, slik som svartlut i prosessanlegg for papirmasse, innføres i beholderen 11 gjennom innløpet 27 vanligvis, men ikke nødvendigvis, vertikalt i avstand fra bunnen 15 av beholderen 11, slik at den introduserte lut strømmer ned den indre vegg av beholderen 11 til den tallerkenformede bunn 15 hvor den oppsamles i et basseng. Innløpet 27 er avstandsplassert fra den traktformede topp 28 av et overføringsutløpsrør 29.

Kokende lut som oppsamles i et basseng ved bunnen 15 av beholderen 11 går ut i sirkulasjonsutløpsrøret 30 ved det nederste punkt av beholderbunnen 15, og pumpes som ved en sentrifugalpumpe 31 (se fig. 3) i et sirkulasjonsrør 32 til sirkulasjonsinnløpet 33 inntil, men fortrinnsvis like under, toppen 19 av beholderen 11. Fra innløpet 33 passerer den kokende lut inn i det smultringformede væskesamlerør 34 som har et antall åpninger 35 formet i den indre overflate. Lut som strømmer gjennom åpningene 35 faller inn i en ringformet kanalformet struktur 36 som innbefatter en bunnplate 37 som er perforert (perforeringene er synlige i fig. 2), og innbefatter en ytre ringformet toppkant 39.

Platen 37 er sveiset til røret 22 slik at røret 22 danner den indre vegg av kanalstrukturen 36. Denne bygning av samlerøret 34 og det ringformede element 36 tilveiebringer en jevn strømfordeling av lut nedad over sidene av oppvarmingselementene 12 i en tynn film som illustrert skjematisk ved 40 i fig. 1.

Ettersom den tynne film 40 passerer over den ytre flate av oppvarmingselementene 12, fordampes en del av denne. Den fordampede lutdamp passerer radielt utad i beholderen 11 til det ringformede kammer 42 (se fig. 2) mellom beholder-veggen 11 og de radielt ytterste partier av oppvarmingselementene 12, og den ringformede toppstruktur 36. Dampen fra denne ringformede kanal 42 passerer så oppad gjennom medriv-■ningsseparatoren 44 inn i toppen 19 av beholderen 11 og passerer til slutt ut damputløpet 45 for fordampet lut.

Beholderen 11 er vanligvis sammenknyttet til et antall ulike andre fordampervirkninger i en fordamperoppstilling med multippel effekt. For eksempel kan åtte effekter sammen-knyttes, med oppvarmingsdampen innbefattende vanndamp i den første effekt og passerer fra den første til den åttende effekt, mens den kokende lut innføres i sin minst konsen-trerte form i den åttende effekt, og passerer til den første effekt og blir mer konsentrert for hver effekt. En typisk sammenknytning mellom to effekter er illustrert i fig. 3, hvor en av disse effekter tilveiebringes av fordamperen 10 og en annen, høyere fordampningseffekt 110. For eksempel kan fordamperen 10 være den andre effekt av en åtte effekts-fordamperoppstilling, og fordamperen 110 den tredje effekt. De fordamperdeler som er sammenlignbare med de for fordamperen 10 er angitt med de samme henvisningsnummer med kun et 1-tall foran tallet.

Damputløpet 45 for fordampet lut fra fordamperen 10 forbindes ved et rør 50 til oppvarmingsdampinnløpet 120 av fordamperen 110. Kondensat som drenerer gjennom kondensatutgangs-røret til fordamperen 10 passeres til en resirkulerings- stasjon 51 for kondensat. Når nivået av den kokte væske i beholderen 111 er over den traktformede topp av overgangs-utløpsrøret 2 9 strømmer den kokende lut inn i rørledningen 52 og strømmer til slutt (eller pumpes) inn i innløpet 25 for kokende lut og beholderen 11. Mulig overskuddsdamp som passerer ut av dampventileringene 25,125 passerer til en overflatekondensator 53, eller annen konstruksjon som bruker varmeverdien som er igjen i dampen. Overføringsutløpet 29 av beholderen 11 forbindes til innløpet for kokende lut av den forutgående (f.eks. første) effekt, mens damputløpet 145 for fordampet lut av beholderen 111 forbindes til en rørledning 150 som i sin tur forbindes til innløpet for oppvarmingsdamp ved toppen av neste effekt (f.eks. fjerde).

Under bruk av fordamperne 10,110 og med særlig henvisning til fordamperen 10, vil det således sees at en effektiv metode for fordamping av væske er tilveiebragt. Metoden innbefatter trinnene av å innføre oppvarmingsdamp til toppen av den første beholder 10 gjennom rørledningen 20 slik at den entrer oppvarmingselemenet 12. Uttrekking av kondensat dannet ved avkjøling av oppvarmingsdampen skjer gjennom strukturene 16,18 ved bunnen av beholderen 10. Innføring av lut som skal fordampes gjennom innløpet 33.og samlerøret 34, skjer ved toppen av oppvarmingselementene 12 slik at den strømmer gjennom samlerørene 34 på den perforerte plate 37 og som en tynn film ned utsiden av oppvarmingselementene, og med en andel av dette som fordamper for å danne en resulterende damp. Uttrekking av den resulterende damp fra toppen 19 av beholderen 11, gjennom utløpet 45 og å passere det til toppen 119 av den neste beholder 111 for innføring gjennom innløpet 120 for oppvarmingsdamp for den beholder 111. Den kokende lut i bassenget ved bunnen 115 av beholderen 111 strømmer gjennom overføringsutløpet 129 i rørledningen 52 til innløpet 27 for kokende lut til beholderen 11. Kondensat fra begge fordampere 10,110 passeres til kondensatresirkulering 51, og ethvert overskudd av oppvarmingsdamp (dvs. det som ikke kondenserer i opp varmingselementene) passerer gjennom bunnen av beholderne 11, 111 i rør 25,125 til en overflatekondensator 53 eller lign-ende. På grunn av anordningen av ekspansjonsskjøten 21 mellom oppvarmingsdampinnløpet 21 og røret 22 for å lette innføring av oppvarmingsdampen gjennom innløpene 2 3 inn i oppvarmingselementene 12, lettes vertikal ekspansjon av oppvarmingselementene 12 uten skade på fordamperen og anordningen av den ringformede støttebjelke 14 tillater for horisontal (radiell) ekspansjon av oppvarmingselementene 12.

Det skal således sees at i samsvar med den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en fordamper som tillater flere oppvarmingselementer å anordnes i en beholder med gitt diameter enn for konvensjonelle parallelle oppvarmingselement-konstruksjoner. Også i samsvar med foreliggende oppfinnelse er lengden av kanaler (slik som kanalene 50, 150 ) mellom fordamperne vesentlig kortere enn fordampere hvor oppvarmings-dampinnføring er ved bunnen og fordampet lutdamp fjernes ved toppen. Vannslag vil heller ikke oppstå i fordamperen ifølge den foreliggende oppfinnelse, og innløpet for oppvarmingsdamp er enklere med mindre innløpsutskjæringer og mindre kostbare.

Claims (10)

1. Fristrømsfordamper innbefattende en opprettstående beholder, et antall oppvarmingselementer anordnet i beholderen hvor hvert oppvarmingselement innbefatter et par avstandsplasserte i hovedsak parallelle plater som definerer et damptett indre volum, innretninger for å innføre oppvarmingsdamp til disse indre volumer av oppvarmingselementene, innretninger for å trekke ut kondensat fra de indre volumer av oppvarmingselementene, innretninger for å innføre lut som skal fordampes ved toppen av oppvarmingselementene slik at den strømmer nedad i en tynn film over det ytre av oppvarmingselementene, og innretninger for å slippe ut fordampet lutdamp fra beholderen, karakterisert ved at beholderen innbefatter en sylindrisk beholder med sirkulært tverrsnitt, og innbefatter innnretninger for å montere oppvarmingselementene i en radiell konfigurasjon slik at de er kollektivt konsentriske med beholderen, og hver forløper radielt en avstand mindre enn den indre radius av beholderen og slik at oppvarmingselementene er omkretsmessig avstandsplasserte fra hverandre.

2. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at innretningene for å innføre oppvarmingsdamp til det indre av elementene innbefatter innretninger for å innføre oppvarmingsdamp konsentrisk i toppen av beholderen, og at innretningene for å trekke ut konda~ Eat fra de indre volumer av oppvarmingselementene trekker ut kondensatet fra bunnen av oppvarmingselementene og fra bunnen av beholderen.

3. Fordamper ifølge krav 2, karakterisert ved at innretningene for å slippe ut fordampet lutdamp fra beholderen innbefatter et utløp anordnet i toppen av beholderen.

4. Fordamper ifølge krav 1, karakterisert ved at innretningene for å montere oppvarmingselement ene innbefatter bjelkeinnretninger anordnet ved bunnen av beholderen og på hvilke oppvarmingselementene hviler slik at oppvarmingselementene kan bevege seg radielt på grunn av termisk utvidelse eller sammentrekning.

5. Fordamper ifølge krav 1, karakterisert ved at ekspansjonsskjøtinnretninger operativt forbinder oppvarmingsdampinnløpet til oppvarmingselementene slik at oppvarmingselementene kan utvide seg og trekke seg sammen vertikalt i beholderen.

6. Fordamper ifølge krav 1, karakterisert ved at innretningene for å innføre væske som skal fordampes ved toppen av oppvarmingselementene innbefatter en perforert ringformet plate anordnet ved toppen av oppvarmingselementene, og et i hovedsak smulteringformet samlerør anordnet over nevnte perforerte ringformede plate slik at væske fra samlerøret strømmer på platen og passerer gjennom perforeringene i platen for å strømme over oppvarmingselementene, og at den perforerte plate innbefatter bunnen av et ringformet kanalformet element innbefattende ringformede kantinnretninger ved toppen av denne hvor den ringformede kanal er konsentrisk med beholderen.

7. Fordamper ifølge krav 3 i en oppstilling med en andre i hovedsak identisk fordamper, karakterisert ved innretninger for å trekke ut kondensat dannet ved avkjøling av oppvarmingsdampen i oppvarmingselementene fra bunnen av oppvarmingselementene og bunnen av den første beholder, og innretninger for å innføre væske som skal fordampes ved toppen av oppvarmingselementene av den første beholder slik at væsken strømmer som en film ned den ytre overflate av oppvarmingselementene, og en del av denne fordamper for. å danne en resulterende damp; og innretninger for å trekke ut den resulterende damp fra toppen av den første beholder og basere den slik at den innføres konsentrisk på toppen av den andre beholder slik at den entrer oppvarmingselementene av den andre beholder ved toppen av denne.

8. Fremgangsmåte for fordamping av en væske ved bruk av første og andre opprettstående beholdere hvor hver har et antall av horisontalt avstandsplasserte, vertikalt forløp-ende fordamperoppvarmingselementer anordnet, karakterisert ved trinnene av (a) å innføre oppvarmingsdamp i toppen av den første beholder slik at den entrer oppvarmingselementene fra toppen av disse; (b) å trekke ut kondensat dannet ved avkjøling av oppvarmingsdamp fra bunnen av beholderne; (c) å innføre væske som skal fordampes ved toppen av oppvarmingselementene slik at væske strømmer som en tynn film ned den ytre overflate av oppvarmingselementene, og en andel av denne fordamper for å danne en resulterende damp; og (d) å trekke ut den resulterende damp fra toppen av den første beholder og å passere den til toppen av den andre beholder for å tilveiebringe innføring av oppvarmingsdamp til toppen av varmeelementene av den andre beholder.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at væsken som fordampes er svartlut fra prosess-behandling av papirmasse, karakterisert ved de ytterligere trinn av å ventilere overskuddsopp-varmingsdamp innført i den første beholder fra bunnen av den første beholder, og å tilveiebringe for vertikal utvidelse eller sammentrekning av oppvarmingselementene uten skadelig støt mot et dampinnløp for innføring av oppvarmingsdamp inn i toppen av den første beholder.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at den første opprettstående beholder er sirkulær i tverrsnitt og sylindrisk, og at trinnene (a) og (b) og (d) utøves slik at oppvarmingsdamp passerer konsentrisk inn i toppen av den første beholder, passerer så' radielt i beholderen i alle retninger for å entre oppvarmingselementene, og passeres så nedad i oppvarmingselementene, og kondensat passerer nedad i oppvarmingselementene, og strømmer så radielt innad mot senteret av beholderen, og passerer så nedad ved et sentralt parti av beholderen, og den resulterende damp passeres radielt utad fra oppvarmingselementene, og beveges så oppad i en ringformet kanal mellom beholderen og oppvarmingselementene, og passerer så gjennom et resultant-damputløp i toppen av beholderen.