RU104858U1

RU104858U1 - evaporating unit

Info

Publication number: RU104858U1
Application number: RU2010154778/05U
Authority: RU
Inventors: Рустам Угузович Джалилов; Дмитрий Борисович Марченко; Валентин Лазаревич Подберезный; Вадим Николаевич Саморуков; Леон Игнатьевич Трофимов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Генерация"
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2010-12-30
Publication date: 2011-05-27

Abstract

Использование: выпаривание промышленных растворов в химической промышленности, для водоподготовки в теплоэнергетике, опреснение морской соленой воды. Сущность изобретения: Многокорпусная выпарная установка, включающая выпарные аппараты, каждый, из которых содержит греющую камеру с патрубками для вывода неконденсирующихся газов и сепаратор, соединенные последовательно так, что сепаратор одного аппарата сообщен паропроводом с греющей камерой последующего, при этом греющая камера первого аппарата сообщена с паропроводом свежего пара, поступающего извне, сепаратор последнего аппарата сообщен паропроводом с конденсатором, соединенным с устройством для создания вакуума, а патрубки для вывода неконденсирующихся газов из греющих камер сообщены непосредственно с конденсатором. Новым в установке является то, что патрубки для вывода неконденсирующихся газов из греющих камер соединены с конденсатором тремя трубопроводами: к первому трубопроводу подсоединены патрубки вывода неконденсирующихся газов из первых по ходу пара выпарных аппаратов, в греющих камерах которых при работе установки поддерживается рабочее давление выше атмосферного, причем этот трубопровод содержит переключающее устройство, посредством которого можно отводить неконденсирующиеся газы либо в конденсатор, либо в атмосферу, ко второму трубопроводу подсоединены патрубки вывода неконденсирующихся газов из последнего по ходу пара аппарата, работающего под наиболее глубоком вакууме, к третьему трубопроводу подсоединены патрубки для вывода неконденсирующихся газов остальных (промежуточных) выпарных аппаратов. Выпарной аппарат с падающей пленкой для оснащения многокорпусной выпарной установки, содержащий греющую камеру с теплообменными трубками, верхние и нижние концы которых закреплены в трубных решетках, и с патрубком для вывода неконденсирующихся газов, к верхней трубной решетке которой присоединена верхняя растворная камера, выполненная в виде вертикально установленного цилиндрического сосуда, закрытого сверху крышкой и содержащего внутри устройство для распределения и формирования пленки выпариваемого раствора в теплообменных трубках, а к нижней трубной решетке прикреплена нижняя растворная камера с патрубками для вывода вторичного пара и с перегородкой, сепаратор, установленный соосно с греющей камерой и сообщенный с нижней растворной камерой, циркуляционный насос, трубопровод от всасывающего патрубка которого врезан в днище нижней растворной камеры, а нагнетательный патрубок соединен трубопроводом с распределительным устройством, размещенным в верхней растворной камере, а также патрубки для подвода и вывода выпариваемого раствора. Новым в выпарном аппарате с падающей пленкой является то, что сепаратор установлен над греющей камерой так, что верхняя трубная решетка с размещенной на ней верхней ч растворной камерой составляет днище сепаратора. Кроме того, перегородка; установленная в нижней растворной камере, может быть выполнена в виде тонкостенного усеченного конуса, открытого в основаниях и присоединенного большим основанием к нижней трубной решетке, и в конусной перегородке по образующей ее могут быть вырезаны отверстия в виде расширяющихся к низу щелей, имеющих от бортовку внутрь. Кроме того, в аппарате патрубки для подвода и вывода выпариваемого раствора могут быть врезаны в стенку нижней растворной камеры, при этом патрубок для вывода раствора размещен над днищем камеры так, чтобы в нижней растворной камере находился объем раствора, необходимый для стабильной работы циркуляционного насоса, а производительность циркуляционного насоса может составлять: V=d×n×c×(2,0…4,0), м³/ч, где d - внутренний диаметр теплообменных трубок, м; n - количество теплообменных трубок в греющей камере, шт.; с - степень концентрирования раствора в аппарате. Кроме того, в аппарате нижняя растворная камера и сепаратор могут сообщаться несколькими вертикальными паропроводами, равномерно размещенными снаружи вкруговую по стенкам растворной камеры и сепаратора, а в крышке верхней растворной камеры могут быть выполнены отверстия-проемы с регулируемой степенью открывания, а отвод конденсата из греющей камеры может осуществляться через патрубок, размещенный в стенке кармана, опущенного ниже нижней трубной решетки. Usage: evaporation of industrial solutions in the chemical industry, for water treatment in the power system, desalination of sea salt water. The inventive multi-case evaporator installation, including evaporators, each of which contains a heating chamber with nozzles for outputting non-condensable gases and a separator connected in series so that the separator of one apparatus is connected by a steam line to the heating chamber of the subsequent one, while the heating chamber of the first apparatus is in communication with by a steam line of fresh steam coming from outside, the separator of the last apparatus is communicated by a steam line with a condenser connected to a device for creating a vacuum, and the nozzles for the output of non-condensable gases from the heating chambers is communicated directly with the condenser. New in the installation is that the nozzles for the discharge of non-condensable gases from the heating chambers are connected to the condenser by three pipelines: the pipes for the discharge of non-condensable gases from the first evaporators along the vapor path are connected to the first pipe, in the heating chambers of which the working pressure is maintained above atmospheric pressure, moreover, this pipeline contains a switching device through which non-condensable gases can be removed either to the condenser or to the atmosphere, to the second pipe rovodu connected tubes O noncondensable gases from the latter along the pair of apparatus operating under the deepest vacuum conduit connected to the third output connections for non-condensable gases remaining (intermediate) evaporators. An evaporator with a falling film for equipping a multi-case evaporator, comprising a heating chamber with heat exchange tubes, the upper and lower ends of which are fixed in the tube sheets, and with a pipe for removing non-condensable gases, to the upper tube sheet of which the upper solution chamber is made, made in the form of a vertically an installed cylindrical vessel, closed with a lid on top and containing inside a device for distributing and forming a film of the evaporated solution in heat exchange tubes kah, and to the lower tube sheet there is attached a lower mortar chamber with nozzles for outputting the secondary steam and with a baffle, a separator installed coaxially with the heating chamber and in communication with the lower mortar chamber, a circulation pump, the pipeline from the suction nozzle of which is cut into the bottom of the lower mortar chamber, and the discharge pipe is connected by a pipeline to a distribution device located in the upper solution chamber, as well as pipes for supplying and outputting the evaporated solution. What is new in the falling-film evaporator is that the separator is mounted above the heating chamber so that the upper tube sheet with the upper part of the mortar chamber placed on it forms the bottom of the separator. In addition, a partition; installed in the lower mortar chamber can be made in the form of a thin-walled truncated cone, open in the bases and attached by a large base to the lower tube sheet, and in the conical partition along its generatrix, holes can be cut in the form of slots expanding to the bottom, having from the side inward. In addition, in the apparatus, the nozzles for supplying and withdrawing the evaporated solution can be cut into the wall of the lower solution chamber, while the nozzle for withdrawing the solution is placed above the bottom of the chamber so that the volume of solution necessary for the stable operation of the circulation pump is in the lower solution chamber, and the capacity of the circulation pump can be: V = d × n × c × (2.0 ... 4.0), m ³ / h, where d is the inner diameter of the heat exchange tubes, m; n is the number of heat transfer tubes in the heating chamber, pcs .; C is the degree of concentration of the solution in the apparatus. In addition, in the apparatus, the lower solution chamber and the separator can communicate with several vertical steam pipelines, evenly distributed externally around the walls of the solution chamber and the separator, and openings with an adjustable degree of opening can be made in the cover of the upper solution chamber, and condensate can be removed from the heating chamber can be carried out through a pipe located in the wall of the pocket, lowered below the lower tube sheet.

Description

Полезная модель относится к технике выпаривания промышленных растворов и может быть использована при опреснении морской и соленых вод, в химической промышленности, а также а других отраслях техники, где осуществляется концентрирование растворов выпариванием в поверхностных выпарных аппаратах; например - в выпарных аппаратах с падающей пленкой.The utility model relates to the technique of evaporation of industrial solutions and can be used in the desalination of sea and salt water, in the chemical industry, as well as in other branches of technology where solutions are concentrated by evaporation in surface evaporators; for example, in evaporators with a falling film.

Известно, что в зависимости от свойств растворов и производственных условий выпаривание растворов обычно выполняется в многокорпусных противоточных и прямоточных выпарных установках, представляющих соединенные последовательно выпарные аппараты (корпуса). В прямоточных установках вторичный пар и выпариваемый раствор переходят из корпуса в корпус в одном и том же направлении, а в противоточных - вторичный пар и выпариваемый раствор двигаются по корпусам в противоположных направлениях. Значительно реже, как менее экономичные, практически используются в выпарных установках другие схемы движения потоков (см., например, книгу: Колач Т.А., Радун Д.В. «Выпарные станции». М 1963. С.148. Рис.68). Из рассмотренных выпарных установок по достигаемому положительному эффекту, по конструктивной простоте, по экономии капитальных и эксплуатационных затрат преимущество имеет прямоточная выпарная установка.It is known that, depending on the properties of the solutions and production conditions, the evaporation of solutions is usually carried out in multi-body countercurrent and direct-flow evaporators, which are series-connected evaporators (cases). In direct-flow installations, the secondary steam and the evaporated solution move from the casing to the casing in the same direction, and in counter-flow installations, the secondary steam and the evaporated solution move along the cases in opposite directions. Much less often, as less economical, other flow patterns are practically used in evaporator plants (see, for example, the book: Kolach TA, Radun DV “Evaporation stations.” M 1963. P.148. Fig. 68 ) Out of the considered evaporator plants, the direct-flow evaporator has the advantage in terms of the achieved positive effect, in structural simplicity, in saving capital and operating costs.

Известны многокорпусные прямоточные выпарные установки, предназначенные для. получения подпиточной воды для паровых котлов (см. например, книгу: «Водное хозяйство промышленных предприятий» под ред. Аксенова В.И., книга 4, стр.154, рис.5.10) и 10 корпусная прямоточная опреснительная установка (см. например, журнал «Водоснабжение и санитарная техника», 1973 г., №7, стр.30, рис.1, статья: «10-корпусная опытно-промышленная опреснительная установка»).Known multi-case direct-flow evaporators designed for. of receiving make-up water for steam boilers (see, for example, the book: “Water Management of Industrial Enterprises” under the editorship of VI Aksenov, book 4, p. 154, Fig. 5.10) and 10 case direct-flow desalination plant (see, for example, journal “Water supply and sanitary equipment”, 1973, No. 7, p. 30, Fig. 1, article: “10-case pilot industrial desalination plant”).

Известной прямоточной 10-корпусной дистилляционной опреснительной установке, копия принципиальной схемы которой из указанного журнала приведена на фиг.1, после многолетней (с 1971 г.) эксплуатации потребовалась модернизация с целью устранения выявившихся недостатков и повышения эффективности ее работы. В процессе разработки проекта модернизации были внесены изменения в принципиальную схему установки и в конструкцию выпарных аппаратов, предопределившие в совокупности по сравнению с сегодняшним уровнем выпарной техники новые существенные отличительные признаки. При этом по уровню достигаемого положительного эффекта, по конструктивной простоте, по тепловой экономичности и по экономии капитальных и эксплуатационных затрат модернизируемая установка оказалась наиболее близкой к заявляемой установке и поэтому при составлении заявки для защиты новой разработки патентом РФ на полезную модель она была принята нами в качестве прототипа.The well-known direct-flow 10-case distillation desalination plant, a copy of the circuit diagram of which from the specified magazine is shown in Fig. 1, after many years (since 1971) of operation, modernization was required in order to eliminate the identified shortcomings and increase its efficiency. In the process of developing the modernization project, changes were made to the installation schematic and to the design of the evaporators, which predetermined, in comparison with the current level of evaporating technology, new significant distinguishing features. At the same time, in terms of the achieved positive effect, in structural simplicity, in terms of thermal efficiency and in saving capital and operating costs, the modernized installation turned out to be the closest to the claimed installation, and therefore, when drawing up the application for protection of the new development by the RF patent for a utility model, we accepted it as prototype.

Предварительное обследование показало, что недостатком этой известной установки является неудовлетворительный отвод неконденсирующихся газов из греющих камер выпарных аппаратов. Схема отвода неконденсирующихся газов в известной установке, составленная по результатам обследования, приведена на фиг.2. Вывод неконденсирующихся газов из всех выпарных аппаратов осуществляется по одному общему сообщающемуся с конденсатором трубопроводу, в который врезаны отводящие патрубки из греющих камер всех выпарных аппаратов. Вследствие большой разницы в давлениях рабочего пара по греющим камерам весьма трудно обеспечить необходимый поток парогазовой смеси из каждого аппарата, чтобы обеспечить их полную вентиляцию: при избыточных потоках из первых корпусов в отводящем трубопроводе может возникнуть давление, превосходящее давление пара в греющих камерах последних корпусов, и вентиляция их от газов прекращается. Соответственно, снижается эффективность работы этих аппаратов. Полная вентиляция греющих камер последних аппаратов обеспечивается лишь при уменьшенных расходах парогазовой смеси из, первых корпусов. При этом трудно обеспечить достаточную вентиляцию в первых аппаратах. При недостаточной продувке первых корпусов снижается интенсивность теплопередачи в этих корпусах. Таким образом, система отвода неконденсирующихся газов не обеспечивает гарантированно достаточную и необходимую вентиляцию одновременно всех выпарных аппаратов, обусловливающую эффективную работу выпарной установки. Ввиду того, что в процессе работы установки давление в греющих камерах выпарных аппарате в, несколько, изменяется (например, из-за накипеобразования на поверхностях теплообмена), необходим некоторый запас по возможным расходам вентилирующих потоков из греющих камер в отводящий трубопровод.A preliminary examination showed that the disadvantage of this known installation is the unsatisfactory removal of non-condensable gases from the heating chambers of the evaporators. The scheme of removal of non-condensable gases in a known installation, compiled according to the results of the survey, is shown in figure 2. Non-condensable gases are removed from all evaporators through one common pipeline connected to the condenser, into which outlet pipes from the heating chambers of all evaporators are cut. Due to the large difference in the pressure of the working steam through the heating chambers, it is very difficult to provide the necessary vapor-gas mixture flow from each apparatus to ensure their full ventilation: with excess flows from the first casings in the discharge pipe, pressure can exceed the vapor pressure in the heating chambers of the last casings, and their ventilation from gases ceases. Accordingly, decreasing the efficiency of these devices. Full ventilation of the heating chambers of the last apparatuses is ensured only at reduced costs of the gas-vapor mixture from the first buildings. At the same time, it is difficult to provide adequate ventilation in the first devices. With insufficient purging of the first buildings, the heat transfer intensity in these buildings decreases. Thus, the system of removal of non-condensable gases does not provide guaranteed sufficient and necessary ventilation at the same time for all evaporators, which determines the effective operation of the evaporator. Due to the fact that during the operation of the installation, the pressure in the heating chambers of the evaporator apparatus varies somewhat (for example, due to scale formation on the heat exchange surfaces), a certain margin is necessary for the possible flow rates of the ventilation flows from the heating chambers to the discharge pipe.

Целью предлагаемой выпарной установки является устранения этого недостатка известной установки и обеспечение возможности продолжительной, стабильной и эффективной работы с максимальной производительностью.The purpose of the proposed evaporation plant is to eliminate this disadvantage of the known installation and to ensure the possibility of long, stable and efficient operation with maximum performance.

Поставленная цель достигается тем, что в многокорпусной выпарной установке, включающей выпарные аппараты, каждый из которых содержит греющую камеру с патрубками для вывода неконденсирующихся газов и сепаратор, соединенные последовательно так, что сепаратор одного аппарата сообщен трубопроводом с греющей камерой последующего, при этом греющая камера первого аппарата сообщена с паропроводом свежего пара, поступающего извне, сепаратор последнего аппарата сообщен паропроводом с конденсатором, соединенным с устройством для создания вакуума, а патрубки для вывода неконденсирующихся газов сообщены непосредственно с конденсатором, новым является то что патрубки для вывода неконденсирующихся газов из греющих камер соединены с конденсатором тремя трубопроводами: к первому трубопроводу подсоединены патрубки вывода неконденсирующихся газов из первых по ходу пара выпарных аппаратов, в греющих камерах которых при работе установки поддерживается рабочее давление выше атмосферного, причем этот трубопровод содержит переключающее устройство, посредством которого можно отводить неконденсирующиеся газы либо в конденсатор; либо в атмосферу, ко второму трубопроводу подсоединены патрубки вывода неконденсирующихся газов из последнего по ходу пара аппарата. работающего под наиболее глубоком вакууме, к третьему трубопроводу подсоединены патрубки для вывода неконденсирующихся газов из остальных (промежуточных) выпарных аппаратов.This goal is achieved by the fact that in a multi-case evaporator installation, including evaporators, each of which contains a heating chamber with nozzles for removing non-condensable gases and a separator connected in series so that the separator of one apparatus is connected by a pipeline to the heating chamber of the subsequent one, while the heating chamber of the first the apparatus is in communication with a steam line of fresh steam coming from outside, the separator of the last apparatus is communicated with a steam line with a condenser connected to a device for creating a vacuum mind, and the nozzles for the output of non-condensable gases are connected directly to the condenser, the new fact is that the pipes for the output of non-condensable gases from the heating chambers are connected to the condenser by three pipelines: the pipes for the output of non-condensable gases from the first vaporizing apparatus along the vapor in the heating chambers are connected to the first pipe which during operation of the installation maintains a working pressure above atmospheric, moreover, this pipeline contains a switching device, through which it non-condensable gases or the condenser; or into the atmosphere, to the second pipeline are connected nozzles for the removal of non-condensable gases from the latter along the steam of the apparatus. operating under the deepest vacuum, nozzles are connected to the third pipeline to remove non-condensable gases from the remaining (intermediate) evaporators.

Схема заявляемой выпарной установки с предлагаемой новой системой вывода неконденсирующихся газов из греющих камер выпарных аппаратов приведена, на фиг.3. На фиг.3 обозначены: 1, 2, 8, 9, 10 - выпарные аппараты, 11 - конденсатор, 12 - трубопроводы вторичного пара, 13, 14 - трубопроводы вывода неконденсирующихся газов из греющих камер первого и второго выпарных аппаратов; работающих под избыточным давлением, 15 - трубопровод вывода неконденсирующихся газов в конденсатор, 16 - переключающее, устройство, 17 - трубопровод вывода неконденсирующихся газов в атмосферу, 18 - трубопровод вывода неконденсирующихся газов из греющей камеры последнего выпарного аппарата. в конденсатор, 19 - трубопровод вывода неконденсирующихся газов из промежуточных выпарных аппаратов (которые на схеме обозначены не полностью), в частности из греющих камер восьмого и девятого выпарных аппаратов, через патрубки 20 и 21, 22 - дозирующая дроссельная шайба, 23 - трубопровод исходного раствора, 24 - трубопровод выпариваемого раствора, 25 - трубопровод свежего пара, 26 - трубопровод конденсата, 27 - трубопроводы охлаждающей воды.A diagram of the inventive evaporator with the proposed new system for removing non-condensable gases from the heating chambers of the evaporators is shown in Fig.3. In figure 3 are indicated: 1, 2, 8, 9, 10 - evaporators, 11 - condenser, 12 - pipelines of secondary steam, 13, 14 - pipelines for the removal of non-condensable gases from the heating chambers of the first and second evaporators; operating under excessive pressure, 15 - pipeline for the discharge of non-condensable gases into the condenser, 16 - switching device, 17 - pipe for the discharge of non-condensable gases into the atmosphere, 18 - pipe for the discharge of non-condensable gases from the heating chamber of the last evaporator. to the condenser, 19 — the pipeline for the removal of non-condensable gases from intermediate evaporators (which are not completely indicated in the diagram), in particular from the heating chambers of the eighth and ninth evaporators, through the nozzles 20 and 21, 22 — the metering throttle washer, 23 — the pipeline of the initial solution 24 - the pipeline of the evaporated solution, 25 - the pipeline of fresh steam, 26 - the condensate pipeline, 27 - the cooling water pipelines.

При работе в нормальном эксплуатационном режиме переключателем 16 неконденсирующиеся газы из первых корпусов по трубопроводу 17 направляются в атмосферу. При пуске установки в эксплуатацию для сокращения времени вакуумирования ее парового объема переключателем 16 по трубопроводу 15 через патрубки 13, 14 первые выпарные аппараты сообщаются напрямую с конденсатором и соответственно, с вакуум-насосом. В установке с большим количеством выпарных аппаратов (например, 8-10) целесообразно непосредственно с конденсатором сообщать греющую камеру также предпоследнего выпарного аппарата. Это снизит нагрузку по неконденсирующимся газам на последний корпус.During normal operation, the switch 16 non-condensable gases from the first buildings through the pipe 17 are sent to the atmosphere. When the installation is put into operation to reduce the time of evacuation of its steam volume by the switch 16 through the pipe 15 through the nozzles 13, 14, the first evaporators communicate directly with the condenser and, accordingly, with the vacuum pump. In an installation with a large number of evaporators (for example, 8-10), it is advisable to communicate directly with the condenser to the heating chamber of the penultimate evaporator as well. This will reduce the load on non-condensing gases on the last housing.

Подсоединение в один отводящий трубопровод патрубков для вывода неконденсирующихся газов из греющих камер с наиболее близкими значениями давления рабочего пара создает условия для более равномерной и полной вентиляции греющих камер и снижения до минимума содержания в них неконденсирующихся газов и тем самым обеспечивает наиболее эффективную теплопередачу. Кроме того, это обеспечивает возможность осуществлять более точный расчет дроссельный шайб 22, дозирующих необходимые потоки парогазовой смеси через отводящие патрубки, и способствует надежной работе этих устройств.The connection of nozzles in one exhaust pipe to remove non-condensable gases from the heating chambers with the closest working vapor pressure values creates conditions for more uniform and complete ventilation of the heating chambers and minimizing the content of non-condensing gases in them and thereby ensures the most efficient heat transfer. In addition, this makes it possible to more accurately calculate the throttle washers 22, dosing the necessary flows of the vapor-gas mixture through the outlet pipes, and contributes to the reliable operation of these devices.

Одним из наиболее эффективных аппаратов, применяющихся для оснащения выпарных установок, является выпарной аппарат с падающей пленкой. Этот аппарат прост по конструкции, характеризуется высокой интенсивностью теплопередачи, имеет меньшую, чем другие выпарные аппараты удельную металлоемкость единицы поверхности теплопередачи (кг/м²), малое время пребывания выпариваемого раствора в аппарате и минимальные затраты энергии при работе. Из двух практически применяющихся вариантов аппаратов с падающей пленкой (с вынесенным или соосным сепаратором) выпарной аппарат с сепаратором, расположенным соосно с греющей камерой более компактен, менее металлоемок, требует меньше производственной площади для размещения. Ввиду указанных преимуществ выпарной аппарат с падающей пленкой с соосно размещенным сепаратором после некоторого усовершенствования применен нами для оснащения выпарной установки по п.1.One of the most effective devices used to equip evaporators is a falling film evaporator. This apparatus is simple in design, characterized by a high heat transfer rate, has a lower specific metal consumption per unit of heat transfer surface (kg / m ² ) than other evaporators, a short residence time of the evaporated solution in the apparatus, and minimal energy consumption during operation. Of the two practically used versions of devices with a falling film (with a remote or coaxial separator), an evaporator with a separator located coaxially with the heating chamber is more compact, less metal-intensive, and requires less floor space for placement. In view of these advantages, a falling film evaporator with a coaxially placed separator, after some improvement, was used by us to equip the evaporation plant according to claim 1.

Известный выпарной аппарат с падающей пленкой с соосно размещенным сепаратором (см. например, а.с. СССР №1561285 В01D 1/22, «Выпарной аппарат») по технической сущности и достигаемому положительному эффекту наиболее близок к предлагаемому, и поэтому принят нами в качестве прототипа.The known evaporator with a falling film with a coaxially placed separator (see, for example, AS USSR No. 1561285 B01D 1/22, “Evaporator”) is the closest to the proposed technical essence and the achieved positive effect, and therefore we have accepted as prototype.

На фиг.4 приведена копия конструктивной схемы известного выпарного аппарата с падающей пленкой по авт. свид. СССР №1561285. Выпарной аппарат состоит из греющей камеры 1, сепаратора 2, нижней растворной камеры 3 с цилиндрической; перегородкой 7, верхней растворной камеры 4. Греющая камера 1 включает верхнюю трубную решетку 5, нижнюю трубную решетку 6. В верхней растворной камере установлено оросительное устройство 8.Figure 4 shows a copy of the structural diagram of a known evaporator with a falling film according to ed. testimonial. USSR No. 1561285. The evaporator consists of a heating chamber 1, a separator 2, a lower solution chamber 3 with a cylindrical; the partition 7, the upper solution chamber 4. The heating chamber 1 includes an upper tube sheet 5, a lower tube sheet 6. An irrigation device 8 is installed in the upper solution chamber.

Выпарной аппарат снабжен патрубком 9 для ввода греющего пара, патрубком 10 для вывода неконденсирующихся газов, патрубком 11 для вывода конденсата, патрубком 12 для ввода исходного раствора, патрубком 13 для вывода упаренного раствора, патрубком 14 для отвода вторичного пара и патрубком 15 для подачи раствора в оросительное устройство 8.The evaporator is equipped with a nozzle 9 for introducing heating steam, a nozzle 10 for discharging non-condensable gases, a nozzle 11 for discharging condensate, a nozzle 12 for introducing an initial solution, a nozzle 13 for discharging an evaporated solution, a nozzle 14 for discharging secondary steam, and a nozzle 15 for supplying the solution to irrigation device 8.

Известный выпарной аппарат работает следующим образом.Known evaporator works as follows.

Исходный раствор через патрубок 12 и встроенный подогреватель 16, подогретый до определенной температуры, по патрубкам 17 и 15 подается в верхнюю растворную камеру 4, где оросительным устройством 8 равномерно распределяется по внутренним поверхностям теплообменных трубок 18, закрепленных в верхней и нижней трубных решетках греющей камеры. По поверхности теплообменных трубок выпариваемый раствор стекает вниз. При движении раствора по трубкам 18 происходит его выпаривание. Концентрированный раствор и образующийся вторичный пар с большой скоростью выходят из нижних концов теплообменных трубок и попадают в нижнюю растворную камеру, ограниченную цилиндрической перегородкой 7, которая препятствует каплям раствора и потоку вторичного пара попадать напрямую в патрубок 14 для вывода вторичного пара из аппарата. Перегородка 7 направляет поток вторичного пара, содержащий большое количества капель раствора, в нижнюю часть сепаратора, откуда по периферийной части сепаратора этот поток направляется вверх к патрубку 14. Размеры сепаратора рассчитываются таким образом, что скорость движения пара была меньше скорости витания содержащихся в нем капель и вследствие этого капли упаренного раствора оседают вниз; собираются на дне сепаратора и выводятся из аппарата через патрубок 12. Вторичный пар отводится из сепаратора через патрубок 14. Вылетающие вместе со вторичным паром из нижних концов капли упаренного раствора частично попадают на внутреннюю поверхность перегородки 7, стекают по ней вниз и образуют по краю ее падающую вниз тонкую пленку.The initial solution through the pipe 12 and the built-in heater 16, heated to a certain temperature, is supplied through the pipes 17 and 15 to the upper solution chamber 4, where the irrigation device 8 is evenly distributed on the inner surfaces of the heat exchanger tubes 18 fixed in the upper and lower tube sheets of the heating chamber. On the surface of the heat transfer tubes, the evaporated solution flows down. When the solution moves through the tubes 18, it evaporates. The concentrated solution and the resulting secondary steam exit the lower ends of the heat exchange tubes with high speed and fall into the lower solution chamber bounded by a cylindrical partition 7, which prevents the solution droplets and the stream of secondary steam from entering directly into the pipe 14 for withdrawing the secondary steam from the apparatus. The partition 7 directs a stream of secondary steam containing a large number of droplets of solution to the lower part of the separator, where from the peripheral part of the separator this flow is directed up to the nozzle 14. The dimensions of the separator are calculated so that the speed of the steam was less than the speed of the droplets contained in it and as a result, drops of one stripped off solution settle down; they are collected at the bottom of the separator and removed from the apparatus through the nozzle 12. Secondary steam is discharged from the separator through the nozzle 14. Partially droplets of evaporated solution emitted together with the secondary vapor partially fall onto the inner surface of the partition 7, flow down it and form a falling edge down a thin film.

Недостатки известного выпарного аппарата с падающей пленкой заключаются в следующем.The disadvantages of the known evaporator with a falling film are as follows.

Во-первых, в известном аппарате сепаратор служит основанием для размещения довольно массивной греющей камеры. Вследствие этого для обеспечения прочности и устойчивости конструкции довольно объемного сепаратора необходимо увеличение толщины стенок сепаратора и применение укрепляющих устройств к нему, что обусловливает увеличение металлоемкости и, соответственно, стоимости аппарата.Firstly, in the known apparatus, the separator serves as the basis for the placement of a rather massive heating chamber. As a result of this, to ensure the strength and stability of the design of a fairly bulky separator, it is necessary to increase the thickness of the walls of the separator and the use of reinforcing devices to it, which leads to an increase in metal consumption and, accordingly, the cost of the apparatus.

Во-вторых, указанный выше недостаток осложняется тем, что необходимая чистота вторичного пара, отводимого из аппарата, достигается при определенных размерах сепаратора: высоте сепарационного пространства и диаметре, определяющих аэродинамику парового потока и процесс сепарации капель раствора. Эти размеры не всегда возможно конструктивно достаточно рационально обеспечить в сепараторе, расположенном под греющей камерой, вследствие чего неизбежно имеет место повышенный унос выпариваемого раствора и загрязнение конденсата вторичного пара.Secondly, the above drawback is complicated by the fact that the required purity of the secondary steam discharged from the apparatus is achieved with certain separator sizes: the height of the separation space and the diameter, which determine the aerodynamics of the vapor stream and the process of separation of solution droplets. These dimensions are not always possible to constructively rationally ensure in a separator located under the heating chamber, as a result of which inevitably there is an increased ablation of the evaporated solution and contamination of the secondary steam condensate.

В-третьих, вылетающие вместе со вторичным паром из нижних концов теплообменных трубок капли упаренного раствора частично попадают на внутреннюю поверхность перегородки 7, стекают по ней вниз и образуют по краю ее тонкую пленку, на которую воздействует поток вторичного пара, огибающий нижнюю часть перегородки 7 и устремляющийся к выходному патрубку 14. В результате интенсивного воздействия этого потока пара стекающая с перегородки пленка раствора разрушается с образованием мельчайших капель, которые легко уносятся паром из аппарата через патрубок 14. Это обусловливает потери выпариваемого раствора и загрязнение конденсата, образующегося при конденсации вторичного пара, что недопустимо, так как этот конденсат, например, в опреснительных установках является готовым продуктом - опресненной водой.Thirdly, droplets of the evaporated solution flying out together with the secondary steam from the lower ends of the heat exchange tubes partially fall on the inner surface of the partition 7, flow down it and form a thin film on the edge, which is affected by the flow of secondary steam enveloping the lower part of the partition 7 and rushing to the outlet pipe 14. As a result of the intense action of this vapor stream, the solution film flowing down from the septum is destroyed with the formation of tiny droplets that are easily carried away by steam from the apparatus through pipe 14. This causes the loss of the evaporated solution and the contamination of the condensate formed by condensing vapor, which is unacceptable, since this condensation, for example, in desalination plants is the finished product - desalinated water.

Кроме того, необходимым условием эффективной работы выпарных аппаратов с падающей пленкой является достаточное и равномерное орошение поверхности теплообменных трубок выпариваемым раствором, который обычно стекает по теплообменным трубкам в виде сплошной пленки определенной толщины, определяющей степень орошения их на входных и на выходных участках. Нарушение режима работы выпарной установки, например, изменение (уменьшение или увеличение) потока раствора по известным выпарным аппаратам вызывает изменение режима пленочного течения или нарушение сплошности стекающей пленки, обусловливающие не только снижение интенсивности теплопередачи, но и интенсивное отложение солей на теплопередающей поверхности и, следовательно, необходимость останова оборудования для устранения отложений. Для предупреждения этого известные выпарные аппараты с падающей пленкой снабжают циркуляционным насосом, с помощью которого часть концентрированного раствора, выходящего из аппарата, направляют в поток исходного раствора, поступающего в аппарат на орошение теплообменных трубок. Однако при таком подключении работа насоса в значительной степени зависит от потока раствора через аппарат колебания расхода этого потока отражается на количестве раствора, возвращаемого на орошение теплообменных трубок, что делает работу выпарного аппарата не надежной. Особенно часто значительный сбой в работе насоса вызывает оголение всасывающего патрубка при колебаниях расхода потока раствора через аппарат. Срыв и неритмичность работы насоса при этом часто является причиной, уменьшения, интенсивности орошения верхних концов теплообменных трубок ниже допустимого значения.In addition, a necessary condition for the effective operation of evaporators with a falling film is a sufficient and uniform irrigation of the surface of the heat exchanger tubes with an evaporated solution, which usually flows down the heat exchanger tubes in the form of a continuous film of a certain thickness, which determines the degree of irrigation at their input and output sections. Violation of the operating mode of the evaporator, for example, a change (decrease or increase) in the flow of a solution according to known evaporators causes a change in the film flow mode or a discontinuity in the flowing film, causing not only a decrease in the heat transfer intensity, but also an intensive deposition of salts on the heat transfer surface and, therefore, the need to stop the equipment to remove the deposits. To prevent this, the known falling film evaporators are equipped with a circulation pump, with which a part of the concentrated solution leaving the apparatus is sent to the stream of the initial solution entering the apparatus for irrigation of heat exchange tubes. However, with such a connection, the operation of the pump largely depends on the flow of the solution through the apparatus, fluctuations in the flow rate of this flow are reflected in the amount of solution returned to the irrigation of the heat exchange tubes, which makes the operation of the evaporator not reliable. Especially often, a significant malfunction of the pump causes the exposure of the suction pipe to be exposed to fluctuations in the flow rate of the solution through the apparatus. Disruption and irregular operation of the pump is often the cause of a decrease in the intensity of irrigation of the upper ends of the heat transfer tubes below the permissible value.

Другая причина нарушения пленочного течения раствора по поверхности теплообменных трубок заключается в повышении скорости движения образующегося вторичного пара в теплообменных трубках выше определенных значений. При высокой скорости движения пар сначала срывает верхние гребни волн, образующихся на пленке, и в виде мелких трудно улавливаемых капель выносит раствор в сепаратор, а при более высоких скоростях срывает пленку раствора и оголяет поверхность теплопередачи, исключая ее тем самым из процесса теплопередачи. Для предупреждения срыва пленки раствора потоком вторичного пара в выпарных аппаратах с падающей пленкой необходимо обеспечивать возможность уменьшения скорости его движения по теплообменным трубкам до допустимых значений.Another reason for the violation of the film flow of the solution on the surface of the heat exchange tubes is to increase the speed of movement of the generated secondary steam in the heat exchange tubes above certain values. At a high speed of movement of steam, it first breaks off the upper crests of the waves formed on the film, and in the form of small hard-to-catch drops drops the solution into the separator, and at higher speeds it tears off the solution film and exposes the heat transfer surface, thereby excluding it from the heat transfer process. To prevent the breakdown of the film of the solution by the flow of secondary steam in evaporators with a falling film, it is necessary to ensure the possibility of reducing its speed through heat-exchange tubes to acceptable values.

Целью предлагаемого выпарного аппарата с падающей пленкой является устранение указанных недостатков и повышение тем самым эффективности, надежности и стабильности работы аппарата по сравнению с выпарными аппаратами с падающей пленкой известных конструктивных исполнений.The aim of the proposed evaporator with a falling film is to eliminate these disadvantages and thereby increase the efficiency, reliability and stability of the apparatus compared to evaporators with a falling film of known designs.

Поставленная цель достигается тем, что в выпарном аппарате с падающей пленкой, содержащем греющую камеру с теплообменными трубками, верхние и нижние концы которых закреплены в трубных решетках, и с патрубком для вывода неконденсирующихся газов, к верхней трубной решетке которой присоединена верхняя растворная камера, выполненная в виде вертикально установленного цилиндрического сосуда, закрытого сверху крышкой и содержащего внутри устройство для распределения и формирования пленки выпариваемого раствора в теплообменных трубках, а к нижней трубной решетке прикреплена нижняя растворная камера с патрубками для вывода вторичного пара и с перегородкой, сепаратор, установленный соосно с греющей камерой и сообщенный с нижней растворной камерой, циркуляционный насос, трубопровод от всасывающего патрубка которого врезан в днище нижней растворной камеры, а нагнетательный патрубок соединен трубопроводом с распределительным устройством, размещенным в верхней растворной камере, а также патрубки для подвода и вывода выпариваемого раствора, новым является то, что сепаратор установлен над греющей камерой так, что верхняя трубная решетка с размещенной на ней верхней растворной камерой составляет днище сепаратора.This goal is achieved by the fact that in the evaporator with a falling film containing a heating chamber with heat transfer tubes, the upper and lower ends of which are fixed in the tube sheets, and with a pipe for the output of non-condensable gases, to the upper tube sheet of which is connected the upper solution chamber made in in the form of a vertically mounted cylindrical vessel, closed with a lid on top and containing inside a device for distributing and forming a film of the evaporated solution in heat transfer tubes, and a lower solution chamber is attached to the lower solution chamber with nozzles for outputting the secondary steam and with a baffle, a separator installed coaxially with the heating chamber and in communication with the lower solution chamber, a circulation pump, a pipe from which is sucked into the bottom of the lower solution chamber, and a discharge pipe is connected a pipeline with a switchgear located in the upper solution chamber, as well as nozzles for supplying and outputting the solution to be evaporated, is new in that the separator tanovlen over heating chamber so that the upper tube plate with arranged thereon mortar upper chamber of the separator bottom.

Кроме того, в заявляемом выпарном аппарате перегородка, установленная в нижней растворной камере, может быть выполнена в виде тонкостенного усеченного конуса, открытого в основаниях и присоединенного большим основанием к нижней трубной решетке.In addition, in the inventive evaporator apparatus, the partition installed in the lower mortar chamber can be made in the form of a thin-walled truncated cone, open in the bases and attached by a large base to the lower tube sheet.

Кроме того, в заявляемой выпарной установке на конусной перегородке по образующей ее, могут быть вырезаны отверстия в виде расширяющихся к низу щелей, имеющих от бортовку краев внутрь.In addition, in the inventive evaporation plant on a conical partition along its generatrix, holes can be cut in the form of slots expanding to the bottom, having from the side of the edges inward.

Кроме того, в заявляемом выпарном аппарате патрубки для подвода и вывода выпариваемого раствора врезаны в стенку нижней растворной камеры, при этом патрубок вывода раствора размещен на некоторой высоте над днищем камеры так, чтобы в нижней растворной камере находился объем раствора, необходимый для стабильной работы циркуляционного насоса.In addition, in the inventive evaporator apparatus, the nozzles for supplying and outputting the solution to be evaporated are cut into the wall of the lower solution chamber, while the solution outlet pipe is placed at a certain height above the bottom of the chamber so that the volume of solution necessary for stable operation of the circulation pump is in the lower solution chamber .

Кроме того, в заявляемом выпарном аппарате номинальная производительность циркуляционного насоса может составлять:In addition, in the inventive evaporator, the nominal capacity of the circulation pump can be:

V=d×n×c×(2,0…4,0), м³/ч,V = d × n × c × (2.0 ... 4.0), m ³ / h,

где d - внутренний диаметр теплообменных трубок, м;where d is the inner diameter of the heat transfer tubes, m;

n - количество теплообменных трубок в греющей камере, шт.;n is the number of heat transfer tubes in the heating chamber, pcs .;

с - степень концентрирования раствора в аппарате.c - the degree of concentration of the solution in the apparatus.

Кроме того, в заявляемом выпарном аппарате нижняя растворная камера и сепаратор могут сообщаться несколькими вертикальными паропроводами, равномерно размещенными снаружи вкруговую по стенкам растворной камеры и сепаратора.In addition, in the inventive evaporator apparatus, the lower solution chamber and the separator can communicate with several vertical steam pipelines uniformly placed externally in a circular manner along the walls of the solution chamber and the separator.

Кроме того, в заявляемом выпарном аппарате в крышке верхней растворной камеры могут быть выполнены отверстия-проемы с регулируемой степенью открывания.In addition, in the inventive evaporator in the cover of the upper mortar chamber can be made openings with openings with an adjustable degree of opening.

Кроме того, в заявляемом выпарном аппарате отвод конденсата из греющей камеры может осуществляться через патрубок, размещенный в стенке кармана, опущенного ниже нижней трубной решетки.In addition, in the inventive evaporator apparatus, condensate can be removed from the heating chamber through a pipe located in the wall of a pocket lowered below the lower tube sheet.

На фиг.5 приведена принципиальная конструктивная схема заявляемого выпарного аппарата спадающей пленкой. Выпарной аппарат состоит из греющей камеры 1, сепаратора 2 с патрубком 3 для вывода вторичного пара нижней растворной камеры 4 с конической перегородкой 5, верхней растворной камеры 6 с распределительным и пленкообразующим устройством 7. В крышке верхней камеры выполнено, перекрываемое отверстие (проем) 8. Греющая камера включает верхнюю трубную решетку 9 и нижнюю трубную решетку 10, в которых закреплены теплообменные трубки. Выпарной аппарат снабжен патрубком 11 для ввода греющего пара, патрубком 12 для вывода конденсата, патрубком 13 для отвода неконденсирующихся газов, патрубком 14 для подвода исходного раствора, патрубком 15 для вывода упаренного раствора, а также циркуляционным насосом 16 с всасывающим 17 и нагнетательным 18 трубопроводами. Паропроводами 19 нижняя растворная камера сообщена с сепаратором. В перегородке 5, расположенной в нижней растворной камере, вырезаны отверстия 20 в виде расширяющихся к низу щелей.Figure 5 shows a schematic structural diagram of the inventive evaporator falling film. The evaporator consists of a heating chamber 1, a separator 2 with a pipe 3 for outputting the secondary vapor of the lower solution chamber 4 with a conical partition 5, the upper solution chamber 6 with a distribution and film-forming device 7. A cover hole (opening) 8 is made in the cover of the upper chamber. The heating chamber includes an upper tube sheet 9 and a lower tube sheet 10 in which heat exchange tubes are fixed. The evaporator is equipped with a nozzle 11 for introducing heating steam, a nozzle 12 for discharging condensate, a nozzle 13 for discharging non-condensable gases, a nozzle 14 for supplying an initial solution, a nozzle 15 for discharging an evaporated solution, and a circulation pump 16 with a suction 17 and discharge 18 pipelines. By steam lines 19, the lower solution chamber is in communication with the separator. In the partition 5, located in the lower mortar chamber, holes 20 are cut in the form of slots expanding to the bottom.

Заявляемый выпарной аппарат работает следующим образом.The inventive evaporator works as follows.

Исходный раствор, подаваемый на выпаривание, поступает в аппарат через патрубок 14 и попадает в объем циркулирующего раствора, находящийся в нижней части нижней растворной камере. Этот объем раствора для обеспечения стабильной работы циркуляционного насоса 16 поддерживается постоянно посредством вывода концентрированного раствора через патрубок 15, установленный на определенной высоте над днищем нижней растворной камеры.The initial solution supplied for evaporation enters the apparatus through the pipe 14 and enters the volume of the circulating solution located in the lower part of the lower solution chamber. This volume of solution to ensure the stable operation of the circulation pump 16 is constantly maintained by the withdrawal of the concentrated solution through the pipe 15, mounted at a certain height above the bottom of the lower solution chamber.

Из нижней растворной камеры раствор через всасывающий трубопровод 17, подсоединенный к днищу камеры, насосом 16 по трубопроводу 18 нагнетается в распределительное устройство 7, расположенное в верхней растворной камере 6. Устройство 6 распределяет раствор по теплообменным трубкам и формирует на внутренней поверхности этих трубок пленочное течение выпариваемого раствора. При движении раствора по трубкам вниз происходит выпаривание раствора за счет тепла пара, конденсирующегося на наружных стенках трубок. Образующийся вторичный пар также устремляется вниз и за счет сил межфазного трения турбулизирует пленку жидкости, ускоряет ее движение и тем самым интенсифицирует теплопередачу от пара к выпариваемому раствору.From the lower solution chamber, the solution through the suction pipe 17 connected to the bottom of the chamber, is pumped through the pipe 18 to the distribution device 7 located in the upper solution chamber 6. The device 6 distributes the solution through the heat exchange tubes and forms a film flow on the inner surface of these tubes solution. When the solution moves down the tubes, the solution evaporates due to the heat of steam condensing on the outer walls of the tubes. The resulting secondary steam also rushes down and, due to interfacial friction forces, turbulizes the liquid film, accelerates its movement and thereby intensifies the heat transfer from steam to the evaporated solution.

Смесь вторичного пара и капель раствора с большой скоростью вылетает из нижних концов теплообменных трубок и падает вниз. При этом, вследствие того, что перегородка 5 выполнена конусной, основная масса этой смеси попадает на ее внутренние стенки. Капли раствора падают на стенки, сливаются воедино и в виде сплошного слоя растекаются по поверхности стенок. Отбортованными краями продольных отверстий 20 образовавшийся на стенках перегородки 5 слой раствора формируется в компактные жидкостные струи, которые не подвергаются разрушающим воздействиям спутных паровых потоков. Достигая нижних краев перегородки 5 компактные жидкостные струи, не подвергаясь разрушениям, падают вниз на уровень жидкости в нижней растворной камере. Потоки пара не подвергающиеся вторичному загрязнению за счет разрушения пленки раствора, стекающей с края перегородки, как это происходит в известном выпарном аппарате, проходят в промежутках между компактными сплошными жидкостными струями через щелевые отверстия 20 и, огибая края перегородки 5, устремляются к входным участкам паропроводов 19, соединяющих нижнюю растворную камеру с сепаратором. Размещение паропроводов 19 равномерно вкруговую снаружи по стенкам растворной камеры 4 и сепаратора 2 обеспечивает равномерное поле скоростей пара по сечению нижней растворной камеры и по сечению сепаратора 2, способствующее качественной очистке потока вторичного пара от капель раствора в сепараторе при движении его снизу вверх через дополнительное сепарирующее устройство 21 к выводному патрубку 3. Таким образом, размещение сепаратора над греющей камерой обусловливает благоприятные условия для осуществления процесса сепарации путем создания необходимых для этого размеров самого сепаратора и применения, в случае необходимости, дополнительных сепарирующих устройств (например, жалюзийных каплеуловителей).A mixture of secondary steam and droplets of solution with high speed flies out from the lower ends of the heat transfer tubes and falls down. Moreover, due to the fact that the partition 5 is made conical, the bulk of this mixture falls on its inner walls. Drops of solution fall on the walls, merge together and spread out along the surface of the walls in the form of a continuous layer. The flanged edges of the longitudinal holes 20 formed on the walls of the septum 5, a layer of the solution is formed into compact liquid jets, which are not subjected to the destructive effects of entangled steam flows. Reaching the lower edges of the septum 5, compact liquid jets, without being destroyed, fall down to the liquid level in the lower solution chamber. Steam streams that are not exposed to secondary pollution due to the destruction of the film of the solution flowing from the edge of the partition, as occurs in the known evaporator, pass between the continuous solid jets through the slit openings 20 and, bending around the edges of the partition 5, rush to the inlet sections of the steam pipelines 19 connecting the lower solution chamber with the separator. The placement of the steam pipelines 19 uniformly circular around the outside on the walls of the solution chamber 4 and the separator 2 provides a uniform field of steam velocities along the cross section of the lower solution chamber and the cross section of the separator 2, which contributes to high-quality cleaning of the secondary steam stream from solution droplets in the separator when moving it from the bottom up through an additional separating device 21 to the outlet pipe 3. Thus, the placement of the separator above the heating chamber determines favorable conditions for the implementation of the separation process by buildings of the dimensions required for this separator itself and the use, if necessary, of additional separating devices (for example, louvre droplet eliminators).

Из нижней растворной камеры 4 концентрированный раствор с расходом, равным разности потоков исходного раствора, поступающего через патрубок 14 и выпариваемой воды (т.е. вторичного пара, выводимого через патрубок 3), отводится из аппарата через патрубок 15.From the lower solution chamber 4, a concentrated solution with a flow rate equal to the difference in the flows of the initial solution entering through the nozzle 14 and the evaporated water (i.e. the secondary steam discharged through the nozzle 3) is discharged from the apparatus through the nozzle 15.

Для эффективной работы выпарных аппаратов с падающей пленкой необходимо, чтобы пленка стекающего раствора была сплошной и устойчивой на всей длине теплообменных трубок, что в значительной степени определяется интенсивностью их орошения. Известные рекомендации по требуемой интенсивности орошения относятся к орошению верхних концов теплообменных трубок, т.е. обусловливаются работой распределительных устройств и не учитывают изменения гидродинамики пленки раствора на нижерасположенном основном участке, где происходит интенсивное испарение, изменение вследствие этого толщины и стабильности течения пленки, а также механического воздействие на нее потока образующегося вторичного пара (см. например, книгу: Колач Т.А., Радун Д.В «Выпарные станции». М., Машгиз. 1963. Стр.40). По указанным причинам имеющиеся известные рекомендации не достаточно точны и не могут быть использованы для надежного практического применения.For the effective operation of evaporators with a falling film, it is necessary that the film of the flowing solution is continuous and stable along the entire length of the heat transfer tubes, which is largely determined by the intensity of their irrigation. Known recommendations for the required irrigation intensity relate to irrigation of the upper ends of the heat exchange tubes, i.e. are determined by the operation of the switchgear and do not take into account the changes in the hydrodynamics of the solution film in the lower main area where intense evaporation takes place, as a result, the thickness and stability of the film flow, as well as the mechanical effect of the stream of generated secondary vapor on it (see, for example, book Kolach T. A., Radun D.V. “Evaporation Stations.” M., Mashgiz. 1963. Page 40). For these reasons, the known recommendations are not accurate enough and cannot be used for reliable practical application.

В заявляемом выпарном аппарате значения интенсивности орошения теплообменных трубок определяются производительностью циркуляционного насоса, что обеспечивает более устойчивую и надежную работу заявляемого аппарата по сравнению с известными аппаратами. Причем циркуляционный насос обеспечивает требуемое орошение трубок по всей длине, включая конечный участок - участок на выходе раствора и вторичного пара в нижнюю растворную камеру, наиболее подверженный воздействиям, направленным к нарушению сплошности и устойчивого движения пленки. Это достигается применением циркуляционного насоса определенной производительности. Проведенные исследования и опыт эксплуатации выпарных аппаратов с падающей пленкой показал, что для обеспечения сплошности и устойчивого движения пленки, обусловливающих наиболее эффективную работу аппарата, номинальная производительность циркуляционного насоса должна составлять:In the inventive evaporator apparatus, the values of the irrigation intensity of the heat exchanger tubes are determined by the performance of the circulation pump, which ensures more stable and reliable operation of the inventive apparatus in comparison with the known apparatuses. Moreover, the circulation pump provides the required irrigation of the tubes along the entire length, including the final section - the section at the outlet of the solution and the secondary steam into the lower solution chamber, which is most susceptible to influences aimed at disrupting the continuity and steady movement of the film. This is achieved by using a circulation pump of a certain capacity. The studies and operating experience of the falling-film evaporators have shown that in order to ensure the continuity and steady movement of the film, which determine the most efficient operation of the apparatus, the nominal capacity of the circulation pump should be:

V=d×n×с×(2,0…4,0), м³/ч,V = d × n × s × (2.0 ... 4.0), m ³ / h,

n - количество теплообменных трубок в греющей камере, шт;n is the number of heat transfer tubes in the heating chamber, pcs;

При производительности циркуляционного насоса при значении ниже расчетного работа аппарата становится не эффективной вследствие нарушения сплошности пленки выпариваемого раствора и образования отложений солей на оголенной поверхности теплообменных трубок. При расходах больших расчетного наблюдается повышенный вынос капель раствора, срываемых с неровностей поверхности пленочного течения, и некоторое снижение теплопередачи от пара к раствору.When the capacity of the circulation pump is lower than the calculated value, the operation of the apparatus becomes ineffective due to the violation of the continuity of the film of the evaporated solution and the formation of salt deposits on the exposed surface of the heat transfer tubes. At high estimated costs, there is an increased removal of solution droplets torn from the irregularities of the film flow surface, and a slight decrease in heat transfer from steam to solution.

Анализ результатов промышленных испытаний выпарных аппаратов с падающей пленкой показывает, что работа аппарата становится неэффективной при больших скоростях вторичного пара в теплообменных трубках. Данный режим работы характерен для выпарных аппаратов, работающих под вакуумом. Причина неудовлетворительной работы заключается в том, что при придвижении пара с большой скоростью воздействие его на пленку раствора столь велико, что на выходном участке трубок он срывает ее с поверхности трубок и в виде мельчайших капель выносит в сепаратор. В результате оголяется поверхность трубок практически исключающихся из процесса теплопередачи и моментально покрывающаяся отложениями солей из раствора. В заявляемом выпарном аппарате для снижения расхода пара через нижние концы теплообменных трубок часть образующегося вторичного пара отводится через отверстия - проемы в крышке верхней растворной камеры. Регулируя степень открывания этих проемов в процессе наладочных работ, выполняемых при подготовке аппарата к эксплуатации, избыточный поток вторичного пара сбрасывают непосредственно в сепаратор 2 и направляют по теплообменным трубкам лишь поток, необходимый для эффективной работы аппарата.The analysis of the results of industrial tests of falling-film evaporators shows that the apparatus becomes ineffective at high speeds of the secondary vapor in heat transfer tubes. This mode of operation is typical for evaporators operating under vacuum. The reason for the unsatisfactory operation is that when the steam is moving at high speed, its effect on the solution film is so great that at the outlet of the tubes, it tears it off the surface of the tubes and carries it out into the separator in the form of tiny drops. As a result, the surface of the tubes is almost excluded from the heat transfer process and is instantly covered with salt deposits from the solution. In the inventive evaporation apparatus to reduce the flow of steam through the lower ends of the heat exchanger tubes, part of the generated secondary steam is discharged through openings - openings in the lid of the upper solution chamber. By adjusting the degree of opening of these openings during the commissioning work carried out during the preparation of the apparatus for operation, the excess stream of secondary steam is discharged directly into the separator 2 and only the flow necessary for the efficient operation of the apparatus is sent through heat exchange tubes.

В известных выпарных аппаратах патрубки для вывода конденсата врезают над нижней трубной решеткой. При работе аппарата на нижней трубной решетке неизбежно постоянно остается слой конденсата, который невозможно удалить. Вследствие этого, из общей поверхности теплообменных трубок, предназначенных для теплопередачи, исключается часть поверхности, залитая конденсатом. Эта поверхность, на которой передача тепла не происходит, для аппаратов большой производительности является существенной. В заявляемом выпарном аппарате вывод конденсата греющего пара через патрубок 12, размещенный в кармане 22, опущенном ниже нижней трубной решетки 10, устраняет любое затопление межтрубного пространства греющей камеры конденсатом и обеспечивает тем самым полезное эффективное использование всей теплопередающей поверхности греющей камеры по прямому назначению - для передачи тепла от пара к выпариваемому раствору.In known evaporators, condensate outlet pipes are cut above the lower tube sheet. When the apparatus is operating on the lower tube sheet, a layer of condensate inevitably always remains which cannot be removed. As a result of this, a part of the surface filled with condensate is excluded from the common surface of the heat exchange tubes intended for heat transfer. This surface, on which heat transfer does not occur, is essential for high-performance devices. In the inventive evaporator apparatus, the output of the heating steam condensate through the pipe 12, located in the pocket 22, lowered below the lower tube sheet 10, eliminates any flooding of the annular space of the heating chamber with condensate and thereby provides useful efficient use of the entire heat transfer surface of the heating chamber for its intended purpose - for transmission heat from steam to the evaporated solution.

Заявляемые технические решения позволяют устранить основные недостатки, характерные для известных прямоточной многокорпусной выпарной установки и выпарного аппарата с падающей пленкой, использованного для ее оснащения.The claimed technical solutions can eliminate the main disadvantages characteristic of the known direct-flow multi-shell evaporator and evaporator with a falling film used to equip it.

Заявляемая прямоточная выпарная установка и выпарной аппарат с падающей пленкой для ее оснащения отвечают всем требованиям патентоспособности. Технические решения являются новыми, так как из уровня техники не известны технические решения, с такими же, совокупностями существенных отличительных признаков, о чем свидетельствует проведенный заявителями анализ научено-технической и патентной литературы. Предпринятые предварительные проработки и производственные испытания заявляемого выпарного аппарата с падающей пленкой позволяют сделать вывод о практической эффективности заявляемых решений и об отсутствии каких либо трудностей и препятствий для успешного использования его с получением ожидаемого положительного результата. Это свидетельствует и соответствие заявляемых технических решений критериям «новизна» и «существенные отличия».The inventive direct-flow evaporator and evaporator with a falling film for its equipment meet all the requirements of patentability. Technical solutions are new, because technical solutions are not known from the prior art, with the same sets of essential distinguishing features, as evidenced by the analysis of scientific, technical and patent literature by the applicants. The undertaken preliminary studies and production tests of the inventive evaporating apparatus with a falling film allow us to conclude that the claimed solutions are practically effective and that there are no difficulties and obstacles for its successful use in obtaining the expected positive result. This is also evidenced by the compliance of the claimed technical solutions with the criteria of “novelty” and “significant differences”.

Claims

1. A multi-case evaporator installation, including evaporators, each of which contains a heating chamber with nozzles for removing non-condensable gases and a separator connected in series along the steam so that the separator of one apparatus is connected by a pipeline to the heating chamber of the subsequent one, while the heating chamber of the first apparatus is communicated with a steam line of fresh steam coming from outside, the separator of the last apparatus is connected by a steam line with a condenser connected to a device for creating a vacuum, and nozzles for output non-condensable gases from the heating chambers are connected directly to the condenser, characterized in that the pipes for the output of non-condensable gases from the heating chambers are connected to the condenser by three pipelines: pipes for the output of non-condensable gases from the first vaporous evaporators in the heating chambers of which during operation are connected to the first pipe the installation maintains a working pressure above atmospheric, and this pipeline contains a switching device through which it is possible to discharge the condensing gases either to the condenser or to the atmosphere, to the second pipeline are connected nozzles for the output of non-condensable gases from the last and penultimate steam devices operating at the deepest vacuum, and pipes for the removal of non-condensable gases from the other evaporators are connected to the third pipeline.

2. An evaporator with a falling film for equipping an evaporator plant according to claim 1, comprising a heating chamber with heat exchange tubes, the upper and lower ends of which are fixed in the tube sheets, and with a pipe for removing non-condensable gases, to the upper tube sheet of which the upper solution chamber is connected made in the form of a vertically mounted cylindrical vessel, closed with a lid on top and containing inside a device for distributing and forming a film of the evaporated solution in heat transfer tubes, and to n The lower solution chamber is attached to the lower mortar chamber with nozzles for outputting the secondary steam and the baffle, a separator installed coaxially with the heating chamber and in communication with the lower mortar chamber, a circulation pump, the pipe from which is sucked into the bottom of the mortar chamber, and the discharge pipe is connected to a distribution device located in the upper solution chamber, as well as nozzles for supplying and outputting the solution to be evaporated, characterized in that the separator is installed al heating chamber so that the upper tube plate with arranged thereon mortar upper chamber of the separator bottom.

3. The evaporator according to claim 2, characterized in that the partition installed in the lower mortar chamber is made in the form of a thin-walled truncated cone, open in the bases and attached by a large base to the lower tube sheet.

4. The evaporation apparatus according to claims 2 and 3, characterized in that on the conical septum along its generatrix holes are cut out in the form of slots expanding downward, having edges flanged inward.

5. The evaporator apparatus according to claim 2, characterized in that the nozzles for supplying and outputting the solution to be evaporated are cut into the wall of the lower solution chamber, while the solution outlet pipe is placed at a certain height above the bottom of the chamber so that the volume of the solution is in the lower solution chamber, necessary for stable operation of the circulation pump.

6. The evaporation apparatus according to claim 2, characterized in that the lower solution chamber and the separator are communicated by several vertical steam pipelines uniformly placed externally around the walls of the solution chamber and the separator.

7. The evaporator according to claim 2, characterized in that the nominal feed of the circulation pump is:

V = d · n · c · (2.0-4.0), m ³ / h,

where d is the inner diameter of the heat transfer tubes, m;

n is the number of heat transfer tubes in the heating chamber, pcs .;

c - the degree of concentration of the solution in the apparatus.

8. The evaporator apparatus according to claim 2, characterized in that the openings of the opening of the upper solution chamber are made with openings with an adjustable degree of opening.

9. The evaporation apparatus according to claim 2, characterized in that the condensate is removed from the heating chamber through a pipe located in the wall of the pocket, lowered below the lower tube sheet.