RU114864U1

RU114864U1 - EVAPORATOR

Info

Publication number: RU114864U1
Application number: RU2011146569/05U
Authority: RU
Inventors: Александр Борисович Голованчиков; Леонид Саввич Рева; Сергей Леонидович Рева; Петр Сергеевич Васильев
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2011-11-16
Publication date: 2012-04-20

Abstract

Испаритель, содержащий вертикальный корпус и устройство для распределения жидкости по греющей поверхности, представляющей собой наклонные плоскости, имеющие температуру, превышающую в 1,2-2,3 раза температуру кипения испаряемой жидкости, подаваемой в виде капель, отличающийся тем, что греющая поверхность имеет форму конуса, а устройство для распределения жидкости по греющей поверхности представляет собой коллектор, выполненный с возможностью вращения, в виде крестовины из взаимно перпендикулярных трубок с отверстиями, расположенными с шагом l=(2,5-5)d, где l - шаг между отверстиями, d - диаметр отверстия, причем отверстия на одной трубке относительно другой смещены на расстояние, равное половине шага между отверстиями. An evaporator containing a vertical body and a device for distributing liquid over a heating surface, which is an inclined plane having a temperature that is 1.2-2.3 times higher than the boiling point of an evaporated liquid supplied in the form of drops, characterized in that the heating surface has the shape cone, and the device for distributing liquid over the heating surface is a collector made with the possibility of rotation, in the form of a cross made of mutually perpendicular tubes with holes located with a pitch l = (2.5-5) d, where l is the pitch between the holes, d - hole diameter, and the holes on one tube relative to the other are offset by a distance equal to half the pitch between the holes.

Description

Полезная модель относится к технике проведения тепло- и массообменных процессов, а именно испарению жидких сред (жидкостей, растворов, суспензий) в режиме кипения, и может быть использовано в химической, нефтехимической, пищевой и фармацевтической промышленности, в теплообменниках, испарителях, дистилляторах, сушилках, выпарных и массообменных аппаратах.The utility model relates to techniques for conducting heat and mass transfer processes, namely the evaporation of liquid media (liquids, solutions, suspensions) in boiling mode, and can be used in the chemical, petrochemical, food and pharmaceutical industries, in heat exchangers, evaporators, distillers, dryers , evaporators and mass transfer devices.

Известен перегонный аппарат, в котором диспергированную жидкую среду подают на множество оболочкообразных элементов, выполненных из тонкого материала и расположенных один рядом с другим. При этом элементы работают как теплообменники между испаряющейся жидкостью, текущей пленкой вдоль наружных поверхностей элемента, и конденсирующимся паром, направляемым внутрь элемента (патент РФ №2076762, МПК B01D 1/22, 10.04.1997 г.).A distillation apparatus is known in which a dispersed liquid medium is supplied to a plurality of shell-shaped elements made of thin material and located next to one another. At the same time, the elements act as heat exchangers between the evaporating liquid, the flowing film along the outer surfaces of the element, and the condensing steam directed into the element (RF patent No. 2076762, IPC B01D 1/22, 04/10/1997).

Недостатками данного аппарата являются сложность конструктивного исполнения как самого аппарата, так и оболочкообразных элементов, выполняемых из термопластичной пленки; невозможность формирования четких геометрических размеров проходных сечений рабочих пространств из пластичной пленки и, вследствие этого, наличие различных гидродинамических и тепло-массообменных режимов проведения процесса испарения, что уменьшает эффективность работы аппарата; малая механическая прочность пленки и ее большое термическое сопротивление, которое вместе с термическим сопротивлением образующихся отложений ограничивают производительность по выпариванию.The disadvantages of this apparatus are the complexity of the design of both the apparatus itself and the shell-shaped elements made of thermoplastic film; the impossibility of forming clear geometric dimensions of the cross sections of working spaces from a plastic film and, as a result, the presence of various hydrodynamic and heat-mass transfer modes of the evaporation process, which reduces the efficiency of the apparatus; low mechanical strength of the film and its large thermal resistance, which together with the thermal resistance of the formed deposits limit the evaporation rate.

Известен испаритель, действующий по принципу падающей пленки, содержащий корпус и устройство, состоящее из испарительных трубок, находящееся в корпусе, при этом концентрируемая жидкость подается на наружную поверхность испарительного трубчатого устройства, и пар подается внутрь трубок испарительного трубчатого устройства (патент РФ №2122456, МПК B01D 1/06, 27.11.1998 г.).Known evaporator operating on the principle of a falling film, containing a housing and a device consisting of evaporation tubes located in the housing, while the concentrated liquid is supplied to the outer surface of the evaporative tube device, and steam is supplied inside the tubes of the evaporative tube device (RF patent No. 2122456, IPC B01D 1/06, 11/27/1998).

Недостатками данного испарителя являются сложность изготовления трубного пучка с коллекторным соединением как самих теплообменных труб, так и выполненных из них испарительных элементов, громоздкость конструкции и, соответственно, большая металлоемкость.The disadvantages of this evaporator are the difficulty of manufacturing a tube bundle with a collector connection of both the heat exchange tubes themselves and the evaporation elements made of them, the bulkiness of the structure and, accordingly, the high metal consumption.

Известен испаритель пленочного типа со стекающей жидкостной пленкой, содержащий обогреваемый вертикальный корпус, размещенную в нем соосно обогреваемую цилиндрическую камеру и устройство для распределения жидкости по греющим поверхностям (патент РФ №2184590, MПK B01D 1/22, 10.07.2002 г.).Known film-type evaporator with a flowing liquid film containing a heated vertical housing, placed in it coaxially heated cylindrical chamber and a device for distributing liquid on heating surfaces (RF patent No. 2184590, MPK B01D 1/22, 07/10/2002).

Недостатками данного испарителя являются ограниченная площадь греющих поверхностей и, соответственно, ограниченная площадь испарения, которая определяется только конструктивными размерами обогреваемых вертикальных поверхностей корпуса и центральной камеры, по которым стекает жидкостная пленка; неравномерность толщины пленки жидкости по высоте и, соответственно, неравномерность ее прогрева и испарения, необходимость ограничения в аппаратах с пленочным течением жидкости теплового напора для того, чтобы пузырьковый режим кипения не перешел в пленочный режим кипения, при котором резко уменьшается интенсивность испарения. Эти недостатки определяют малую удельную производительность по испаренной жидкости, а для того, чтобы увеличить общую производительность аппарата, необходимо увеличивать его конструктивные размеры, что ведет к увеличению его габаритов и металлоемкости.The disadvantages of this evaporator are the limited area of heating surfaces and, accordingly, the limited area of evaporation, which is determined only by the structural dimensions of the heated vertical surfaces of the housing and the central chamber, along which the liquid film flows; non-uniformity of the thickness of the liquid film in height and, accordingly, non-uniformity of its heating and evaporation, the need to limit the heat pressure in the apparatus with the film flow of the liquid so that the bubble boiling mode does not go into the film boiling mode, in which the evaporation rate sharply decreases. These shortcomings determine the low specific productivity of the evaporated liquid, and in order to increase the overall performance of the apparatus, it is necessary to increase its structural dimensions, which leads to an increase in its dimensions and metal consumption.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является испаритель, содержащий обогреваемый вертикальный корпус и устройство для распределения жидкости по греющим поверхностям, которые представляют собой наклонные плоскости с углом наклона 10□40° к горизонтали, выполненные в виде зигзагов, герметично закрепленных на противоположных стенках со смещением и зазором, при этом греющие поверхности имеют температуру превышающую в 1,2-2,3 раза температуру кипения испаряемой жидкости, подаваемой в виде капель (патент РФ №107960, МПК В01D 1/22, 14.03.2011 г.).The closest technical solution adopted for the prototype is an evaporator containing a heated vertical casing and a device for distributing liquid on heating surfaces, which are inclined planes with an angle of inclination of 10 □ 40 ° to the horizontal, made in the form of zigzags sealed on opposite walls with offset and clearance, while heating surfaces have a temperature exceeding 1.2-2.3 times the boiling point of the evaporated liquid supplied in the form of drops (RF patent No. 107960, IPC B01 D 1/22, 03/14/2011).

Недостатками данного испарителя являются то, что при фиксированном неподвижном положении устройства для распределения жидкости, подаваемые на греющую поверхность капли могут сливаться друг с другом до того, как они успеют испариться, что может привести к образованию пленки жидкости и, соответственно, снижению интенсивности испарения, а также не эффективным использованием площади греющей поверхности, вызванным тем, что в связи с малым временем испарения капель, основной объем подаваемой жидкости испарится на верхней секции зигзагообразной греющей поверхности, а другая секция практически может не участвовать в процессе, хотя и требует теплоты на нагрев, что ведет к повышенным энергозатратам, увеличенным габаритам и металлоемкости аппарата.The disadvantages of this evaporator are that with a fixed stationary position of the liquid distribution device, the droplets supplied to the heating surface can merge with each other before they can evaporate, which can lead to the formation of a liquid film and, accordingly, a decrease in the evaporation rate, and also not effective use of the heating surface area, due to the fact that due to the short evaporation time of the droplets, the main volume of the supplied liquid will evaporate on the upper section of the zigzag heat of the heating surface, and the other section may practically not participate in the process, although it requires heat to heat, which leads to increased energy consumption, increased dimensions and metal consumption of the apparatus.

Техническим результатом предлагаемой конструкции является увеличение эффективности процесса испарения за счет равномерного и полного использования греющей поверхности, снижение энергозатрат, уменьшение габаритов и металлоемкости аппарата.The technical result of the proposed design is to increase the efficiency of the evaporation process due to the uniform and full use of the heating surface, reducing energy consumption, reducing the size and metal consumption of the apparatus.

Технический результат достигается тем, что испаритель, содержащий вертикальный корпус и устройство для распределения жидкости по греющей поверхности, представляющей собой наклонные плоскости, имеющие температуру, превышающую в 1,2-2,3 раза температуру кипения испаряемой жидкости, подаваемой в виде капель, отличается тем, что греющая поверхность имеет форму конуса, а устройство для распределения жидкости по греющей поверхности представляет собой коллектор, выполненный с возможностью вращения, в виде крестовины из взаимно перпендикулярных трубок с отверстиями, расположенными с шагом l=(2,5-5)d, где l - шаг между отверстиями, d - диаметр отверстия, причем отверстия на одной трубке относительно другой смещены на расстояние, равное половине шага между отверстиями.The technical result is achieved in that the evaporator containing a vertical housing and a device for distributing liquid on a heating surface, which is an inclined plane having a temperature exceeding 1.2-2.3 times the boiling point of the evaporated liquid supplied in the form of drops, differs in that the heating surface has the shape of a cone, and the device for distributing the liquid along the heating surface is a collector made with the possibility of rotation, in the form of a cross from mutually perpendicular x tubes with openings arranged with a pitch l = (2,5-5) d, where l - pitch between the holes, d - diameter of the holes, the holes in one tube relative to the other are offset by a distance equal to half the pitch between holes.

Нагрев греющих поверхностей осуществляют любым известным способом: паром, жидким теплоносителем или электрическими нагревательными элементами.Heating of heating surfaces is carried out by any known method: steam, liquid heat carrier or electric heating elements.

На фиг.1 показана схема испарителя, обогреваемого паром, на фиг.2 разрез испарителя по А-А.In Fig.1 shows a diagram of an evaporator heated by steam, in Fig.2 a section of the evaporator along aa.

Испаритель состоит из цилиндрического корпуса 1; верхней крышки 2 со штуцерами отвода пара 3; нижней крышки 4 с дренажными штуцерами 5. На нижней крышке расположена греющая поверхность 6, представляющая собой наклонные плоскости с углом наклона 10-40° к горизонтали и имеющие температуру, превышающую в 1,2-2,3 раза температуру кипения испаряемой жидкости, подаваемой в виде капель, и имеющая форму конуса, выполненного из твердого теплопроводного материала, например стали, со штуцером 7 подвода греющего пара и штуцерами 8 отвода греющего пара. На верхней крышке расположено устройство для распределения жидкости 9, имеющее возможность вращения, которое представляет из себя коллектор (фиг.2), выполненный в виде крестовины из взаимно перпендикулярных трубок 10 с отверстиями 11, расположенными с шагом l=(2,5-5)d, где l - шаг между отверстиями, d - диаметр отверстия, причем отверстия на одной трубке относительно другой смещены на расстояние, равное половине шага между отверстиями.The evaporator consists of a cylindrical body 1; top cover 2 with steam outlet fittings 3; bottom cover 4 with drainage fittings 5. On the bottom cover is a heating surface 6, which is an inclined plane with an angle of inclination of 10-40 ° to the horizontal and having a temperature exceeding 1.2-2.3 times the boiling point of the evaporated liquid supplied to in the form of drops, and having the shape of a cone made of solid heat-conducting material, for example steel, with a fitting 7 for supplying heating steam and fittings 8 for removing heating steam. On the top cover there is a device for distributing liquid 9, with the possibility of rotation, which is a collector (figure 2), made in the form of a cross from mutually perpendicular tubes 10 with holes 11 located with a step l = (2,5-5) d, where l is the pitch between the holes, d is the diameter of the hole, and the holes on one tube relative to the other are offset by a distance equal to half the pitch between the holes.

Испаритель работает следующим образом. Греющий пар подается через штуцер 7 и обеспечивает необходимую температуру греющей поверхности 6. Отработанный пар удаляется через штуцеры 8. Испаряемая жидкость подается в устройство для распределения жидкости 9, имеющее возможность вращения. Затем, проходя по трубкам 10 через отверстия 11, жидкость в виде капель подается на греющую поверхность 6. За счет вращения капли жидкости будут равномерно распределяться рядами по круговым траекториям на греющей поверхности 6. Причем каждый последующий ряд смещен относительно предыдущего на расстояние, равное половине шага между отверстиями 1/2. При вращении коллектора каждая последующая капля, подаваемая из одного и того же отверстия попадает на греющую поверхность, свободную от предыдущей капли. Это обстоятельство позволяет соблюсти условие раздельных как подачи, так и испарения капель жидкости, т.е. исключает возможность их слияния в пленку жидкости, обеспечивает равномерное и полное использование всей греющей поверхности 6, что повышает эффективность процесса испарения и, соответственно, снижает энергозатраты, а также за счет рационального использования площади греющей поверхности уменьшаются габариты и металлоемкость аппарата. Капли жидкости интенсивно испаряются, полученный пар за счет естественной конвекции движется вверх и удаляется из аппарата через штуцеры 3, расположенные на верхней крышке 2. В случае неполного испарения капель жидкости упаренный раствор удаляется через дренажные штуцеры 5, находящиеся на нижней крышке 4.The evaporator operates as follows. The heating steam is fed through the nozzle 7 and provides the necessary temperature of the heating surface 6. The waste steam is removed through the nozzles 8. The vaporized liquid is supplied to the liquid distribution device 9, which can be rotated. Then, passing through the tubes 10 through the openings 11, the liquid in the form of drops is supplied to the heating surface 6. Due to the rotation, the liquid droplets will be evenly distributed in rows along circular paths on the heating surface 6. Moreover, each subsequent row is displaced relative to the previous one by a distance equal to half a step between holes 1/2. When the collector rotates, each subsequent drop supplied from the same hole enters the heating surface, free from the previous drop. This circumstance allows us to observe the condition of separate supply and evaporation of liquid droplets, i.e. excludes the possibility of their merging into a liquid film, ensures uniform and full use of the entire heating surface 6, which increases the efficiency of the evaporation process and, accordingly, reduces energy consumption, and also due to the rational use of the heating surface area, the dimensions and metal consumption of the apparatus are reduced. Drops of liquid evaporate intensively, the resulting vapor moves upward and is removed from the apparatus through fittings 3 located on the top cover 2. In case of incomplete evaporation of drops of liquid, the evaporated solution is removed through drainage fittings 5 located on the bottom cover 4.

Таким образом, предлагаемый испаритель позволяет увеличить эффективность процесса испарения за счет равномерного и полного использования греющей поверхности, снизить энергозатраты, уменьшить габариты и металлоемкость аппарата.Thus, the proposed evaporator can increase the efficiency of the evaporation process due to the uniform and full use of the heating surface, reduce energy consumption, reduce the size and metal consumption of the apparatus.

Claims

An evaporator comprising a vertical housing and a device for distributing liquid over a heating surface, which is inclined planes, having a temperature that is 1.2-2.3 times higher than the boiling point of the vaporized liquid supplied in the form of droplets, characterized in that the heating surface has the form cone, and the device for distributing the liquid along the heating surface is a collector made with the possibility of rotation, in the form of a cross from mutually perpendicular tubes with holes located with step l = (2.5-5) d, where l is the step between the holes, d is the diameter of the hole, and the holes on one tube relative to the other are offset by a distance equal to half the step between the holes.