RU134069U1

RU134069U1 - COMBINED EVAPORATOR

Info

Publication number: RU134069U1
Application number: RU2013127760/05U
Authority: RU
Inventors: Леон Игнатьевич Трофимов; Владимир Петрович Напольских
Priority date: 2013-06-18
Filing date: 2013-06-18
Publication date: 2013-11-10

Abstract

1. Комбинированный выпарной аппарат, содержащий установленные вертикально теплообменные трубы, закрепленные концами в верхней и нижней трубных решетках, приемно-распределительную камеру, примыкающую к верхним концам одной компактной части теплообменных труб, оснащенную патрубком для подвода исходного раствора и устройством для равномерного распределения исходного раствора по этим трубам с формированием на их внутренней поверхности пленочного течения раствора вниз, выводную камеру, примыкающую к верхним концам остальной части компактно расположенных теплообменных труб и предназначенную для вывода концентрированного раствора и образующегося вторичного пара из этих труб через выводящий патрубок в сепаратор, снабженный патрубками для раздельного удаления из аппарата концентрированного раствора и вторичного пара, а также выполненную герметично нижнюю растворную камеру, прикрепленную снизу к нижней трубной решетке и сообщающую нижние концы труб, примыкающих к приемно-распределительной камере, с нижними концами труб, примыкающих к выводной камере, и снабженную патрубками подвода и вывода концентрируемого раствора, при этом нижние концы теплообменных труб, примыкающих к выводной камере, выведены ниже нижней трубной решетки и снабжены устройствами для завихрения, отличающийся тем, что аппарат снабжен разделительным устройством, предназначенным для разделения потока концентрированного раствора и снабженным подводящим патрубком, которым он подсоединяется к патрубку для удаления концентрированного раствора из сепаратора, и двумя отводящими патрубками, одним из которых он сообщается с патрубком д1. A combined evaporator containing vertically mounted heat exchange pipes, fixed with ends in the upper and lower tube sheets, a receiving and distribution chamber adjacent to the upper ends of one compact part of the heat exchange pipes, equipped with a nozzle for supplying the initial solution and a device for uniform distribution of the initial solution over to these pipes with the formation on their inner surface of the film flow of the solution downward, an outlet chamber adjacent to the upper ends of the rest of the computer of heat exchange pipes located and intended for the output of the concentrated solution and the resulting secondary steam from these pipes through the outlet pipe to a separator equipped with pipes for separate removal of the concentrated solution and secondary steam from the apparatus, as well as a hermetically sealed lower solution chamber attached to the bottom of the lower tube sheet and communicating the lower ends of the pipes adjacent to the reception and distribution chamber, with the lower ends of the pipes adjacent to the outlet chamber, and provided with a pat cuttings for supplying and withdrawing a concentrated solution, while the lower ends of the heat exchange pipes adjacent to the outlet chamber are brought out below the lower tube sheet and equipped with swirling devices, characterized in that the apparatus is equipped with a separation device designed to separate the flow of concentrated solution and provided with a supply pipe, by which it is connected to the nozzle to remove the concentrated solution from the separator, and two discharge nozzles, one of which it communicates with the nozzle for

Description

Выпарные аппараты пленочного типа - с падающей и с поднимающейся пленкой - являются весьма эффективными и экономичными аппаратами, которые широко используются в различных отраслях промышленности. Высокая интенсивность выпаривания в этих аппаратах обеспечивается тем, что выпариваемый раствор, сформированный в виде тонкой пленки, под действием силы тяжести и энергии образующегося вторичного пара с большой скоростью движется вдоль по внутренней поверхности теплообменных труб, установленных вертикально и обогреваемых снаружи. Эффективность их работы в значительной степени зависит от протяженности пленочного течения раствора, т.е. от высоты теплообменных труб. Однако большая высота аппаратов затрудняет размещение их в производственном помещении и требует дополнительных затрат на увеличение высоты помещений при оснащении технологического производства пленочными аппаратами.Film type evaporators - with falling and rising film - are very efficient and economical devices that are widely used in various industries. The high evaporation rate in these devices is ensured by the fact that the evaporated solution formed in the form of a thin film, under the action of gravity and energy of the generated secondary steam, moves at high speed along the inner surface of heat exchanging pipes installed vertically and heated from the outside. The effectiveness of their work largely depends on the length of the film flow of the solution, i.e. from the height of the heat exchanger tubes. However, the high height of the apparatus makes it difficult to place them in the production room and requires additional costs for increasing the height of the premises when equipping the technological production with film apparatus.

Этот недостаток сведен к минимуму в выпарном аппарате по патенту РФ на изобретение №2039438, МПК A23C 1/12, 1995 г. Известный выпарной аппарат содержит вертикально установленные теплообменные трубы, закрепленные концами в верхней и нижней трубных решетках, приемно-распределительную камеру, выводную камеру и сепаратор. Приемно-распределительная камера оснащена патрубком для подвода исходного раствора, направляемого на выпаривание, закреплена сверху на верхней трубной решетке, примыкает к верхним концам половины теплообменных труб и предназначена для равномерного распределения исходного раствора форсункой по этим трубам и для формирования с помощью пленкообразующего устройства пленочного течения раствора вниз (падающей пленки). Выводная камера, также размещена на верхней трубной решетке, снабжена выводным патрубком, предназначена для вывода концентрированного раствора и вторичного пара, выходящих из верхних концов примыкающей к ней другой половины теплообменных труб (из труб с поднимающейся пленкой) через выводной патрубок в сепаратор, где происходит разделение концентрированного раствора и вторичного пара. Нижний конец каждой из теплообменных труб, примыкающих снизу к приемно-распределительной камере, при помощи дугообразной трубы сообщается с нижним концом одной из теплообменных труб, примыкающих снизу к выводной камере. Таким образом, в этом выпарном аппарате сформировано две теплообменные камеры: одна - с падающей пленкой, вторая - с поднимающейся пленкой выпариваемого раствора. При работе аппарата выпариваемый раствор проходит сначала сверху вниз первую камеру, в виде пленки поступает в нижнюю часть второй и, сохраняя пленочное течение, проходит по теплообменным трубам ее снизу вверх. В каждой камере происходит выпаривание раствора за счет тепла пара, поступающего в межтрубное пространство и конденсирующегося на наружной поверхности теплообменных труб. Образующийся вторичный пар выделяется из пленки раствора и движется по центральной части труб в одном направлении с пленкой выпариваемого раствора.This disadvantage is minimized in the evaporator according to the patent of the Russian Federation for invention No. 2039438, IPC A23C 1/12, 1995. The known evaporator contains vertically mounted heat transfer pipes fixed by the ends in the upper and lower tube sheets, a receiving and distribution chamber, and an outlet chamber and a separator. The receiving and distribution chamber is equipped with a nozzle for supplying the initial solution directed to evaporation, mounted on top of the upper tube sheet, adjoins the upper ends of the half of the heat exchange pipes and is designed to evenly distribute the initial solution with the nozzle through these pipes and to form a film flow of the solution using the film-forming device down (falling film). The outlet chamber, also located on the upper tube sheet, is equipped with an outlet pipe, designed to discharge concentrated solution and secondary steam coming from the upper ends of the other half of the heat exchange pipes adjacent to it (from pipes with a rising film) through the outlet pipe to the separator, where separation occurs concentrated solution and secondary steam. The lower end of each of the heat transfer pipes adjacent to the bottom of the receiving and distribution chamber, using an arcuate pipe communicates with the lower end of one of the heat transfer pipes adjacent to the bottom of the outlet chamber. Thus, two heat-exchange chambers are formed in this evaporator: one with a falling film, the second with a rising film of the evaporated solution. During operation of the apparatus, the evaporated solution passes first from the top down the first chamber, in the form of a film enters the lower part of the second and, while maintaining the film flow, passes through the heat exchange tubes from the bottom up. In each chamber, the solution is evaporated due to the heat of steam entering the annulus and condensing on the outer surface of the heat exchange tubes. The resulting secondary vapor is released from the solution film and moves along the central part of the pipes in the same direction as the film of the evaporated solution.

Совмещение в одном аппарате теплообменных труб с падающей и с поднимающейся пленкой выпариваемого раствора позволяет сократить необходимую высоту выпарного аппарата. Однако этот известный выпарной аппарат имеет следующие недостатки.The combination of heat exchange tubes in one apparatus with the falling and rising film of the evaporated solution allows to reduce the necessary height of the evaporator. However, this known evaporator has the following disadvantages.

Во-первых, выпарной аппарат имеет большое сопротивление по растворному тракту, обусловленное в преобладающей степени сопротивлением движению парожидкостной смеси в дугообразных каналах, соединяющих нижние концы теплообменных труб с падающей и поднимающейся пленками раствора. Вследствие этого уменьшается скорость движения пленки в аппарате и, соответственно, интенсивность теплопередачи.Firstly, the evaporator has a large resistance along the solution path, due to a predominant degree to the resistance to movement of the vapor-liquid mixture in the arcuate channels connecting the lower ends of the heat exchange tubes with the falling and rising films of the solution. As a result of this, the speed of the film in the apparatus decreases and, accordingly, the heat transfer intensity.

Во-вторых, как показали опубликованные исследования (см. реферат 14И41 в реферативном журнале «Химия», 1990 г.) в теплообменных Ụ-образных трубах в местах поворота за счет центробежных сил происходит срыв нагреваемой жидкости и оголение внутренней поверхности, что исключает эту часть из процесса теплопередачи. Можно ожидать, что аналогичное явление имеет место в известном выпарном аппарате.Secondly, as shown by published studies (see abstract 14I41 in the abstract journal "Chemistry", 1990) in heat exchanged Ụ-shaped pipes in the turning points, due to centrifugal forces, the heated fluid is disrupted and the inner surface is exposed, which excludes this part from the heat transfer process. It can be expected that a similar phenomenon takes place in a known evaporator.

В-третьих, необходимость размещения множества дугообразных труб-перемычек между теплообменными трубами с падающей и поднимающейся пленками усложняет конструкцию известного выпарного аппарата и увеличивает его металлоемкость и стоимость.Thirdly, the need to place many arcuate jumper tubes between heat exchanging tubes with falling and rising films complicates the design of the known evaporator and increases its metal consumption and cost.

Эти недостатки исключены или сведены к минимуму в пленочном выпарном аппарате по патенту РФ на полезную модель №122583, МПК B01D 1/12, опубл. 2012 г.These disadvantages are eliminated or minimized in a film evaporator according to the patent of the Russian Federation for utility model No. 122583, IPC B01D 1/12, publ. 2012 year

Известный выпарной аппарат содержит вертикально установленные теплообменные трубы, закрепленные концами в верхней и в нижней трубных решетках, приемно-распределительную камеру, выводную камеру, нижнюю растворную камеру и сепаратор. Приемно-распределительная камера оснащена патрубком для подвода исходного раствора, направляемого на выпаривание, закреплена сверху на верхней трубной решетке, примыкает к верхним концам компактно расположенной части теплообменных труб с падающей пленкой и предназначена для равномерного распределения исходного раствора по этим трубам с формированием на их внутренней поверхности с помощью пленкообразующего устройства пленочного течения раствора вниз. Выводная камера снабжена выводным патрубком, предназначена для вывода концентрированного раствора и вторичного пара, выходящих из верхних концов примыкающей к ней остальной части теплообменных труб с поднимающейся пленкой в сепаратор, где происходит разделение раствора и вторичного пара. Нижние концы этих теплообменных труб выполнены удлиненными, выведены ниже нижней трубной решетки, где в стенках имеют отверстия. Основное отличие рассматриваемого аппарата от предыдущего выпарного аппарата-аналога заключается в том, что нижние концы труб, примыкающих к выводной камере, сообщаются с нижними концами труб с падающей пленкой, примыкающих к приемно-распределительной камере, посредством нижней растворной камеры, выполненной герметичной и прикрепленной снизу к нижней трубной решетке.Known evaporation apparatus contains vertically mounted heat transfer pipes fixed by the ends in the upper and lower tube sheets, a receiving and distribution chamber, a discharge chamber, a lower solution chamber and a separator. The receiving and distribution chamber is equipped with a nozzle for supplying an initial solution directed to evaporation, mounted on top of the upper tube sheet, adjoins the upper ends of the compactly located part of the heat exchange tubes with a falling film and is designed for uniform distribution of the initial solution through these pipes with formation on their inner surface using a film-forming device for the film flow of the solution down. The outlet chamber is equipped with an outlet pipe, designed to discharge a concentrated solution and secondary steam leaving the upper ends of the remaining part of the heat exchange tubes adjacent to it with a rising film into a separator, where the solution and the secondary steam are separated. The lower ends of these heat exchange tubes are elongated, brought out below the lower tube sheet, where they have holes in the walls. The main difference of the apparatus under consideration from the previous evaporation apparatus-analogue is that the lower ends of the pipes adjacent to the outlet chamber communicate with the lower ends of the pipes with a falling film adjacent to the reception and distribution chamber, by means of the lower solution chamber, which is sealed and attached from below to the lower tube sheet.

Кроме того, в известном пленочном выпарном аппарате края выпущенных вниз теплообменных труб могут быть снабжены зубцами; днище нижней растворной камеры под трубами, примыкающими к приемно-распределительной камере, может быть выполнено с уклоном α=10…60° к горизонтали до границы с пучком труб, примыкающих к выводной камере; верхние концы теплообменных труб, примыкающих к выводной камере, могут быть выпущены вверх на высоту h=5…50 мм; в стенку нижней растворной камеры у пучка труб, примыкающих к выводной камере, могут быть врезаны патрубки для подвода и вывода раствора; теплообменные трубы, примыкающие к приемно-распределительной и выводной камерам, могут иметь разный диаметр; аппарат может иметь разные количества теплообменных труб, примыкающих к приемно-распределительной и к выводной камерам.In addition, in a known film evaporation apparatus, the edges of the downwardly directed heat exchanger tubes can be provided with teeth; the bottom of the lower mortar chamber under the pipes adjacent to the reception and distribution chamber can be made with a slope of α = 10 ... 60 ° horizontally to the border with the tube bundle adjacent to the outlet chamber; the upper ends of the heat exchange tubes adjacent to the outlet chamber can be released up to a height h = 5 ... 50 mm; in the wall of the lower mortar chamber near the bundle of pipes adjacent to the outlet chamber, nozzles can be cut in for the inlet and outlet of the solution; heat transfer pipes adjacent to the receiving and distribution and outlet chambers may have different diameters; the apparatus may have different amounts of heat transfer pipes adjacent to the reception and distribution and outlet chambers.

Основное преимущество прототипа перед ранее рассмотренным известным выпарным аппаратом - аналогом обусловлено тем, что движение вторичного пара из теплообменных труб с падающей пленкой к теплообменным трубам с поднимающейся пленкой происходит через свободное большое проходное сечение, занимающее всю высоту пространства над раствором в нижней растворной камере и, следовательно, при небольшой скорости перемещения, предопределяющей значительно меньшие потери давления пара при этом движении. Уменьшение этих потерь давления вторичного пара позволяет при прочих равных условиях повысить потенциал его на входе в теплообменные трубы с поднимающейся пленкой и, тем самым, увеличить скорость движения его в этих трубах, скорость поднимающейся пленки и в конечном итоге - интенсивность теплопередачи в них и эффективность работы всего аппарата в целом.The main advantage of the prototype over the previously considered known evaporation apparatus - the analogue is due to the fact that the movement of the secondary steam from the heat exchanging tubes with a falling film to the heat exchanging tubes with a rising film occurs through a large free passage, occupying the entire height of the space above the solution in the lower solution chamber and, therefore , at a low speed of movement, which predetermines significantly less loss of vapor pressure during this movement. Reducing these pressure losses of the secondary steam allows, all other things being equal, to increase its potential at the entrance to heat exchanging pipes with a rising film and, thereby, increasing its speed in these pipes, the speed of the rising film and, ultimately, the heat transfer intensity in them and work efficiency the whole apparatus as a whole.

По технической сущности и по достигаемому положительному эффекту этот известный пленочный выпарной аппарат наиболее близок к заявляемому техническому решению и поэтому принят нами в качестве прототипа.According to the technical nature and the achieved positive effect, this known film evaporator is closest to the claimed technical solution and therefore we have adopted as a prototype.

Вместе с тем рассматриваемый известный пленочный выпарной аппарат имеет следующие недостатки.However, the considered known film evaporator has the following disadvantages.

Во-первых, проведенные исследования показали, что эффективность работы теплообменных труб с поднимающейся пленкой в значительной степени зависит от интенсивности орошения их выпариваемым раствором, а в рассматриваемом выпарном аппарате, принятом за прототип, интенсивность орошения этих труб определяется в основном гидродинамикой и режимом работы предвключенных по раствору теплообменных труб с падающей пленкой и возможности увеличения интенсивности орошения теплообменных труб с поднимающейся пленкой ограничены.Firstly, the studies showed that the efficiency of the heat-exchanging tubes with a rising film largely depends on the intensity of irrigation with their evaporated solution, and in the evaporator under consideration, adopted as a prototype, the intensity of irrigation of these pipes is determined mainly by the hydrodynamics and the operating mode of the a solution of heat exchanging pipes with a falling film and the possibility of increasing the intensity of irrigation of heat exchanging pipes with a rising film are limited.

Во-вторых, опыт эксплуатации выпарных аппаратов с поднимающейся пленкой свидетельствует о том, что формирование высокоэффективного пленочного течения в них, особенно в аппаратах с большой единичной производительностью, происходит не сразу. Вследствие характерных для большой жидкостной массы инерционных возмущений на входе в трубу формирование пленочного течения раствора в выпарном аппарате-прототипе задерживается предшествующим процессом разделения раствора и вторичного пара. Поэтому начальный обогреваемый участок труб, на котором формируется поднимающаяся пленка, увеличен и выпарной аппарат-прототип в целом работает с пониженной эффективностью.Secondly, the experience of operating evaporators with a rising film indicates that the formation of a highly efficient film flow in them, especially in devices with a large unit capacity, does not occur immediately. Due to the inertial disturbances characteristic of a large liquid mass at the inlet to the pipe, the formation of the film flow of the solution in the prototype evaporator is delayed by the previous process of separation of the solution and the secondary vapor. Therefore, the initial heated pipe section on which the rising film is formed is enlarged and the prototype evaporator as a whole works with reduced efficiency.

Целью создания предлагаемого комбинированного выпарного аппарата является устранение указанных недостатков и обеспечение более благоприятных гидродинамических условий в теплообменных трубах с поднимающейся пленкой, при которых достигается более эффективная работа этих труб.The aim of creating the proposed combined evaporator is to eliminate these drawbacks and ensure more favorable hydrodynamic conditions in heat exchanging tubes with a rising film, in which more efficient operation of these pipes is achieved.

Поставленная цель достигается тем, что в комбинированном выпарном аппарате, содержащем установленные в греющей камере вертикально теплообменные трубы, закрепленные концами в верхней и в нижней трубных решетках, приемно-распределительную камеру, примыкающую к верхним концам одной компактной части теплообменных труб и оснащенную патрубком для подвода исходного раствора, а также устройствами для распределения исходного раствора по этим трубам и формированием на их внутренней поверхности пленочного течения раствора вниз, выводную камеру, примыкающую к верхним концам остальной части компактно расположенных теплообменных труб и предназначенных для вывода концентрированного раствора и образующегося вторичного пара из этих труб через выводящий патрубок в сепаратор, снабженный патрубками для раздельного удаления из аппарата концентрированного раствора и вторичного пара, а также выполненную герметично нижнюю растворную камеру, прикрепленную снизу к нижней трубной решетке и сообщающую нижние концы труб, примыкающих к приемно-распределительной камере, с нижними концами труб, примыкающих к выводной камере, и снабженную патрубками для подвода и вывода концентрируемого раствора, в котором нижние концы теплообменных труб, примыкающих к выводной камере, выполнены удлиненными и выведены ниже нижней трубной решетки, где в стенках имеют отверстия, согласно полезной модели новым является то, что он снабжен разделительным устройством, предназначенным для разделения потока концентрированного раствора и оснащенным подводящим патрубком, которым оно присоединено к патрубку для удаления концентрированного раствора из сепаратора, и двумя отводящими патрубками, одним из которых оно сообщено с патрубком для подвода раствора в нижнюю растворную камеру.This goal is achieved by the fact that in a combined evaporator containing vertically mounted heat exchange tubes installed in the heating chamber, fixed by the ends in the upper and lower tube sheets, a receiving and distribution chamber adjacent to the upper ends of one compact part of the heat exchange tubes and equipped with a nozzle for supplying the original solution, as well as devices for the distribution of the initial solution through these pipes and the formation on the inner surface of the film flow of the solution down, the output chamber y, adjacent to the upper ends of the rest of the compactly located heat transfer pipes and designed to withdraw the concentrated solution and the resulting secondary steam from these pipes through the outlet pipe to a separator equipped with pipes for separate removal of the concentrated solution and secondary steam from the apparatus, as well as a hermetically sealed lower solution a chamber attached to the bottom of the lower tube sheet and communicating the lower ends of the pipes adjacent to the reception and distribution chamber, with the lower ends pipes adjacent to the outlet chamber, and provided with nozzles for supplying and outputting a concentrate solution, in which the lower ends of the heat exchange tubes adjacent to the outlet chamber are elongated and are brought out below the lower tube sheet, where the walls have holes, according to a useful model, that it is equipped with a separation device designed to separate the flow of the concentrated solution and equipped with a supply pipe with which it is connected to the pipe to remove the concentrated solution ora from the separator, and two outlet pipes, one of which is communicated with a pipe for supplying the solution to the lower solution chamber.

В заявляемом комбинированном выпарном аппарате на трубопроводе, соединяющем разделительное устройство и нижнюю растворную камеру: могут быть установлены регулирующий клапан и расходомер, а также подогреватель раствора; концы выведенных ниже нижней трубной решетки теплообменных труб, примыкающих к выводной камере, могут быть обрезаны под углом 15°…70° к горизонтальной плоскости, так, чтобы плоскости среза были направлены в строну теплообменных труб с падающей пленкой, примыкающих к приемно-распределительной камере; в нижние концы теплообменных труб с поднимающейся пленкой, примыкающих к выводной камере, могут быть установлены завихрители (закручивающие устройства) в виде пластины шириной s=(0,65…0,95)d длиной L=(2…3,5)d, (где d - внутренний диаметр теплообменной трубы), плоскость которой по ходу движения раствора повернута на 180…360°; на нижней растворной камере может быть установлен указатель уровня.In the inventive combined evaporator apparatus on the pipeline connecting the separation device and the lower solution chamber: a control valve and a flow meter can be installed, as well as a solution heater; the ends of the heat exchanger tubes brought down below the lower tube sheet adjacent to the outlet chamber can be cut at an angle of 15 ° ... 70 ° to the horizontal plane, so that the shear planes are directed to the side of the heat exchange tubes with a falling film adjacent to the receiving and distribution chamber; swirling devices (twisting devices) in the form of a plate with a width s = (0.65 ... 0.95) d of a length L = (2 ... 3,5) d, can be installed in the lower ends of heat exchanging tubes with a rising film adjacent to the outlet chamber (where d is the inner diameter of the heat exchanger pipe), the plane of which is rotated 180 ... 360 ° in the direction of the solution; a level gauge can be installed on the lower mortar chamber.

Заявляемый комбинированный выпарной аппарат иллюстрируется следующими чертежами.The inventive combined evaporator is illustrated by the following drawings.

На фиг.1 представлен общий вид выпарного аппарата; на фиг.2 изображены: нижняя часть теплообменных труб с падающей пленкой и с поднимающейся пленкой, нижняя растворная камера, а также схематически показано движение потоков выпариваемого раствора и вторичного пара; на фиг.3 приведены: нижняя часть теплообменных труб и нижняя растворная камера, у которой днище под теплообменными трубами с падающей пленкой выполнено с уклоном вверх, начиная от границы размещения труб с поднимающейся пленкой, а также изображены нижние концы труб с поднимающейся пленкой, подрезанные под углом к горизонтальной плоскости, а в нижних концах труб установлены завихрители.Figure 1 presents a General view of the evaporator; figure 2 shows: the lower part of the heat transfer tubes with a falling film and with a rising film, the lower solution chamber, and also schematically shows the movement of the flows of the evaporated solution and the secondary steam; figure 3 shows: the lower part of the heat transfer pipes and the lower solution chamber, in which the bottom under the heat transfer pipes with a falling film is made with a slope upward, starting from the boundary of the pipes with a rising film, and also shows the lower ends of the pipes with a rising film, cut under angle to the horizontal plane, and at the lower ends of the pipes installed swirlers.

Комбинированный выпарной аппарат содержит установленные вертикально теплообменные трубы 1 с падающей пленкой и теплообменные трубы 2 с поднимающейся пленкой. Они закреплены концами в верхней и в нижней 4 трубных решетках. На верхней трубной решетке 3 установлена приемно-распределительная камера 5, примыкающая к верхним концам труб 1. Камера 5 оснащена патрубком 6 для подвода исходного раствора. Форсунка 7 и устройство 8 предназначены для равномерного распределения исходного раствора по внутренней поверхности этих труб и для формирования пленочного течения раствора вниз. Выводная камера 9 примыкает к верхним концам труб 2, оснащена выводным патрубком 10 и предназначена для отвода концентрированного раствора и образующегося вторичного пара, выходящих из труб 2, в сепаратор 11. Сепаратор 11 служит для разделения концентрированного раствора и вторичного пара. Концентрированный раствор отводится из сепаратора через патрубок 12, а вторичный пар - через патрубок 13. Патрубок 14 предназначен для подвода греющего пара в межтрубное пространство аппарата. К нижней трубной решетке 4 присоединена нижняя растворная камера 15, посредством которой сообщаются нижние концы теплообменных труб 1 и 2. Часть днища 16 нижней растворной камеры, расположенная под теплообменными трубами 1, может быть выполнена с уклоном. Направления движения сред по аппарату показаны: вторичного пара - 17, падающей пленки в трубах 1-18, поднимающейся пленки в трубах 2-19, раствора в нижней растворной камере - 20. Нижние концы 21 теплообменных труб 2 могут быть снабжены завихрителями, выполненными, например, в виде отверстий 22. Трубопровод 23 предназначен для подачи части раствора из сепаратора 11 в патрубок 24 подвода раствора в нижнюю растворную камеру 15. Патрубок 25 предназначен для обеспечения возможности вывода части раствора из нижней растворной камеры 15. В обозначенных потоках в нижней растворной камере 26 - обозначает путь движения раствора из патрубка 24 снизу в трубы 2. Разделительное устройство 27 служит для разделения потока раствора, отводимого из сепаратора И, и снабжено подводящим патрубком 28, сообщающимся с патрубком 12 вывода раствора из сепаратора 11. Патрубки 29 и 30 служат для вывода раствора из разделительного устройства 27. Патрубок 29 предназначен для отвода готового продукта - концентрированного раствора. Патрубком 30 и трубопроводом 23 разделительное устройство 27 соединено с патрубком 24 нижней растворной камеры 15. Для контроля и регулирования передаваемого потока раствора на трубопроводе 23 могут быть установлены: регулирующий клапан 31 и расходомер 32. Для удобства контроля процесса выпаривания и обеспечения возможности согласования работы теплообменных труб 1 и 2 с падающей и с поднимающейся пленками нижняя растворная камера 15 оснащена указателем уровня раствора 33. Срезы 34, выполненные на нижних концах труб 2 (см. фиг.3), служат для использования скоростного напора потока раствора 20, стекающего по уклону 16 в нижней растворной камере 15 от труб 1, при входе его в трубы 2 и продвижении к завихрителям 22, формирующим пленочное течение раствора вверх 19. В аппаратах с большой производительностью каждый из завихрителей выполняют в виде пластины 35 шириной s=(0,65…0,95)d и длиной L=(2…3,5)d (где d - внутренний диаметр трубы), плоскость которой по ходу движения раствора повернута на 180…360°. В этом случае целесообразно также размещение подогревателя 36 на трубопроводе 23.The combined evaporator apparatus comprises vertically mounted heat exchanger tubes 1 with a falling film and heat exchanger tubes 2 with a rising film. They are fixed by the ends in the upper and lower 4 tube sheets. A receiving and distribution chamber 5 is installed on the upper tube sheet 3, adjacent to the upper ends of the pipes 1. The chamber 5 is equipped with a pipe 6 for supplying the initial solution. The nozzle 7 and the device 8 are designed for uniform distribution of the initial solution on the inner surface of these pipes and for the formation of a film flow of the solution down. The outlet chamber 9 is adjacent to the upper ends of the pipes 2, is equipped with an outlet pipe 10 and is designed to drain the concentrated solution and the resulting secondary steam leaving the pipes 2 into the separator 11. The separator 11 serves to separate the concentrated solution and the secondary steam. The concentrated solution is discharged from the separator through the nozzle 12, and the secondary steam through the nozzle 13. The nozzle 14 is designed to supply heating steam into the annulus of the apparatus. A lower solution chamber 15 is connected to the lower tube sheet 4, by means of which the lower ends of the heat exchange tubes 1 and 2 are communicated. A part of the bottom 16 of the lower solution chamber located under the heat exchange pipes 1 can be made with a slope. The directions of the medium’s movement through the apparatus are shown: secondary vapor - 17, falling film in pipes 1-18, rising film in pipes 2-19, solution in the lower solution chamber - 20. The lower ends 21 of the heat exchange tubes 2 can be equipped with swirls made, for example , in the form of holes 22. The pipe 23 is designed to supply part of the solution from the separator 11 to the pipe 24 for supplying the solution to the lower solution chamber 15. The pipe 25 is designed to enable the withdrawal of part of the solution from the lower solution chamber 15. In the indicated flows in the lower mortar chamber 26 - indicates the path of movement of the solution from the pipe 24 from below to the pipes 2. The separation device 27 serves to separate the flow of the solution discharged from the separator And is equipped with a supply pipe 28 that communicates with the pipe 12 of the output of the solution from the separator 11. Pipes 29 and 30 serve to withdraw the solution from the separation device 27. The pipe 29 is designed to drain the finished product is a concentrated solution. The pipe 30 and the pipe 23, the separation device 27 is connected to the pipe 24 of the lower solution chamber 15. To control and regulate the transmitted solution flow on the pipe 23, the following can be installed: a control valve 31 and a flow meter 32. For the convenience of controlling the evaporation process and making it possible to coordinate the operation of heat transfer pipes 1 and 2, with the falling and rising films, the lower solution chamber 15 is equipped with a solution level indicator 33. The sections 34 made at the lower ends of the pipes 2 (see Fig. 3) are used for the pressure head of the flow of the solution 20, flowing down a slope 16 in the lower solution chamber 15 from the pipes 1, when it enters the pipes 2 and advances to the swirls 22, forming a film flow of the solution up 19. In devices with high productivity, each of the swirls is made in the form plate 35 with a width s = (0.65 ... 0.95) d and a length L = (2 ... 3.5) d (where d is the inner diameter of the pipe), the plane of which is rotated 180 ... 360 ° in the direction of the solution. In this case, it is also advisable to place the heater 36 on the pipe 23.

Заявляемый комбинированный выпарной аппарат работает следующим образом. Исходный раствор поступает в аппарат через патрубок 6 в приемно-распределительную камеру 5 и форсункой 7, прикрепленной к входному патрубку 6, равномерно распределяется по пленкообразующему устройству 8, размещенному над теплообменными трубами 1 и формирующему пленочное течение раствора по внутренней поверхности этих труб, примыкающих к приемно-распределительной камере 5. Стекая в виде пленки вниз, раствор частично выпаривается за счет тепла греющего пара, поступающего в межтрубное пространство аппарата через патрубок 14. Из нижних концов теплообменных труб 1 частично концентрированный раствор в виде пленки 18 и образовавшийся вторичный пар потоками 17 попадают в нижнюю растворную камеру 15 (см. фиг.2). На дне нижней растворной камеры 15 образуются потоки раствора 20 от теплообменных труб 1 к теплообменным трубам 2 с удлиненными концами 21 и затекают снизу в эти трубы. Потоки вторичного пара из труб 1 также направляются к трубам 2 и снизу, или через завихрители в виде отверстия 22 в удлиненных концах этих труб, попадают внутрь. При формировании пленки раствора потоки пара из отверстий 22 встречаются в центре труб в потоке раствора, поступающего в трубы снизу, и образуют в центральной части труб паровую полость, пар из которой, устремляясь вверх, увлекает с собой, оттесняя его к внутренней поверхности труб и формируя на этой поверхности пленку раствора. При обычной номинальной производительности и размерах труб аппарата описанный механизм формирования пленки осуществляется без значительных сопротивлений движению потока пара. При повышенной производительности и увеличенных диаметрах теплообменных труб процесс разделения поступающей в них смеси раствора и вторичного пара становится более продолжительным и занимает значительную долю высоты труб, уменьшая тем самым поверхность их, занятую пленочным течением раствора с интенсивной теплопередачей. В этом случае более эффективно применение завихрителя (закручивающего устройства) в виде пластины 35, встраиваемого в концы труб 2 (см. фиг.3). Завихритель 35 придает входящей в трубу смеси вращательное движение, при котором более плотная часть ее - раствор - отбрасывается к стенке и сразу образует устойчивую вращающуюся пленку, а паровой фазе, оттесняемой при этом к центру, обеспечивается более свободное продольное движение по трубе. Таким образом, в данных условиях пленочное течение выпариваемого раствора с интенсивной теплопередачей практически имеет место уже в начале обогреваемых участков труб 2. Процесс формирования пленки раствора в нижних концах труб 2 может быть интенсифицирован нагревом и перегревом рециркулирующего в трубопроводе 23 раствора в подогревателе 36.The inventive combined evaporator operates as follows. The initial solution enters the apparatus through the pipe 6 into the receiving and distribution chamber 5 and the nozzle 7 attached to the inlet pipe 6, is evenly distributed over the film-forming device 8, placed above the heat exchange tubes 1 and forming a film solution flow along the inner surface of these pipes adjacent to the receiving -distribution chamber 5. Flowing down in the form of a film, the solution is partially evaporated due to the heat of the heating steam entering the annulus of the apparatus through the nozzle 14. From the lower ends heat transfer tubes 1 partially concentrated solution in the form of a film 18 and the resulting secondary steam flows 17 enter the lower solution chamber 15 (see figure 2). At the bottom of the lower solution chamber 15, flows of solution 20 are formed from the heat exchange tubes 1 to the heat exchange tubes 2 with elongated ends 21 and flow from below into these pipes. The flows of the secondary steam from the pipes 1 are also directed to the pipes 2 and from below, or through the swirlers in the form of an opening 22 in the elongated ends of these pipes, get inside. During the formation of the solution film, steam flows from the openings 22 occur in the center of the pipes in the solution flow entering the pipes from below and form a vapor cavity in the central part of the pipes, the steam from which, rushing upwards, carries away with it, pushing it to the inner surface of the pipes and forming on this surface is a solution film. With the usual nominal capacity and pipe dimensions of the apparatus, the described mechanism of film formation is carried out without significant resistance to the movement of the vapor stream. With increased productivity and increased diameters of the heat transfer pipes, the process of separating the mixture of solution and secondary steam entering them becomes longer and takes up a significant fraction of the height of the pipes, thereby reducing their surface occupied by the film flow of the solution with intense heat transfer. In this case, it is more efficient to use a swirl (twisting device) in the form of a plate 35, which is built into the ends of the pipes 2 (see figure 3). The swirler 35 imparts a rotational movement to the mixture entering the pipe, in which the denser part of it — the solution — is thrown off to the wall and immediately forms a stable rotating film, and the vapor phase, being forced out to the center, provides a more free longitudinal movement along the pipe. Thus, under these conditions, the film flow of the evaporated solution with intense heat transfer practically takes place already at the beginning of the heated sections of the pipes 2. The process of forming the film of the solution at the lower ends of the pipes 2 can be intensified by heating and overheating of the solution recycled in the pipe 23 in the heater 36.

Поднимаясь в виде пленки вверх в теплообменных трубах 2, раствор окончательно выпаривается за счет тепла греющего пара, конденсирующегося на наружной поверхности труб, и вытекает из верхних концов этих труб в выводную камеру 9. В эту камеру устремляется также вторичный пар 17. Потоки концентрированного раствора и вторичного пара из выводной камеры 9 через патрубок 10 попадают в сепаратор 11. Из сепаратора 11 раствор через патрубок 12 попадает в разделительное устройство 27, где разделяется на два потока: часть раствора из патрубка 30 по трубопроводу 23 направляется в патрубок 24 для подвода раствора в нижнюю растворную камеру 15. Остальной раствор из разделительного устройства 27 через патрубок 29 выводится из аппарата в качестве готового продукта. Рециркуляция части потока раствора из сепаратора в нижнюю растворную камеру позволяет изменять гидродинамический режим работы теплопередающих труб 2 с поднимающейся пленкой независимо от гидродинамических условий работы теплообменных труб с падающей пленкой 1. Количество рециркулирующего раствора может быть изменено регулирующим клапаном 31, чтобы обеспечить оптимальный для данного раствора и тепловых режимных параметров гидродинамический режим в теплообменных трубах 2, а также поддерживать его постоянным исходя из показаний расходомера 32.Rising in the form of a film upward in heat exchange tubes 2, the solution finally evaporates due to the heat of the heating steam condensing on the outer surface of the pipes and flows from the upper ends of these pipes to the outlet chamber 9. Secondary vapor 17 also flows into this chamber. secondary steam from the outlet chamber 9 through the nozzle 10 enters the separator 11. From the separator 11, the solution through the nozzle 12 enters the separation device 27, where it is divided into two streams: part of the solution from the nozzle 30 through a pipeline DN 23 is sent to the pipe 24 for supplying the solution to the lower solution chamber 15. The remaining solution from the separation device 27 through the pipe 29 is discharged from the apparatus as a finished product. Recirculation of part of the solution flow from the separator to the lower solution chamber allows the hydrodynamic mode of operation of the heat transfer pipes 2 with the rising film to be changed regardless of the hydrodynamic operating conditions of the heat transfer pipes with the falling film 1. The amount of the recirculating solution can be changed by the control valve 31 to provide the optimal solution for this solution and thermal regime parameters hydrodynamic regime in heat transfer tubes 2, and also to maintain it constant on the basis of flow readings Omer 32.

Поток раствора, поступающий из сепаратора в нижнюю растворную камеру через патрубок 24, попадает снизу в теплообменные трубы 2 и тем самым увеличивает интенсивность орошения внутренней поверхности этих труб, что обусловливает увеличение интенсивности теплопередачи в трубах 2 и повышение производительности заявляемого выпарного аппарата в целом. Кроме того, увеличение интенсивности орошения теплообменных труб 2 путем рециркуляции части раствора из сепаратора в нижнюю растворную камеру уменьшает опасность оголения верхних концов этих труб при повышенных тепловых нагрузках аппарата по выпаренной воде, что зачастую является причиной снижения эффективности работы теплообменных труб с поднимающейся пленкой в известных выпарных аппаратах в производственных условиях.The solution flow coming from the separator into the lower solution chamber through the pipe 24, flows from below into the heat exchange tubes 2 and thereby increases the irrigation intensity of the inner surface of these pipes, which leads to an increase in the heat transfer intensity in the pipes 2 and an increase in the productivity of the inventive evaporator as a whole. In addition, an increase in the intensity of irrigation of heat exchange tubes 2 by recirculating part of the solution from the separator to the lower solution chamber reduces the risk of exposure of the upper ends of these pipes with increased heat loads of the apparatus through evaporated water, which often causes a decrease in the efficiency of the heat exchanging tubes with a rising film in known evaporation devices in a production environment.

Ориентирование скосов на нижних концах теплообменных труб 2 с поднимающейся пленкой в направлении теплообменных труб 1 с падающей пленкой позволяет использовать кинетический напор потоков раствора для увеличения скорости входа раствора в теплообменные трубы 2 с поднимающейся пленкой, что также увеличивает эффективность и стабильность работы заявляемого выпарного аппарата в целом.Orientation of the bevels at the lower ends of the heat-exchange tubes 2 with a rising film in the direction of the heat-exchange tubes 1 with a falling film allows the kinetic pressure of the solution flows to increase the rate of entry of the solution into the heat-exchanging tubes 2 with a rising film, which also increases the efficiency and stability of the inventive evaporator as a whole .

Таким образом, технический положительный результат от практической реализации предлагаемого комбинированного выпарного аппарата заключается не только в обеспечении возможности увеличения интенсивности орошения внутренних поверхностей теплообменных труб с поднимающейся пленкой с целью увеличения интенсивности теплопередачи и производительности аппарата, но и в возможности изменения ее до значений, позволяющих достичь гидродинамический режим движения пленки, наиболее благоприятный для эффективной и продолжительной работы аппарата при данных свойствах перерабатываемого раствора и рациональной эксплуатации технологической установки, в состав которой входит выпарной аппарат.Thus, the technical positive result from the practical implementation of the proposed combined evaporator is not only to provide the possibility of increasing the intensity of irrigation of the internal surfaces of heat exchanging tubes with a rising film in order to increase the heat transfer intensity and productivity of the device, but also the possibility of changing it to values that allow to achieve hydrodynamic film movement mode most favorable for efficient and continuous operation that under these properties of the processed solution and rational exploitation of the process unit, which includes an evaporator.

Claims

1. A combined evaporator containing vertically mounted heat exchange pipes, fixed with ends in the upper and lower tube sheets, a receiving and distribution chamber adjacent to the upper ends of one compact part of the heat exchange pipes, equipped with a nozzle for supplying the initial solution and a device for uniform distribution of the initial solution over to these pipes with the formation on their inner surface of the film flow of the solution downward, an outlet chamber adjacent to the upper ends of the rest of the computer of heat exchange pipes located and intended for the output of the concentrated solution and the resulting secondary steam from these pipes through the outlet pipe to a separator equipped with pipes for separate removal of the concentrated solution and secondary steam from the apparatus, as well as a hermetically sealed lower solution chamber attached to the bottom of the lower tube sheet and communicating the lower ends of the pipes adjacent to the reception and distribution chamber, with the lower ends of the pipes adjacent to the outlet chamber, and provided with a pat cuttings for supplying and withdrawing a concentrated solution, while the lower ends of the heat exchange pipes adjacent to the outlet chamber are brought out below the lower tube sheet and equipped with swirling devices, characterized in that the apparatus is equipped with a separation device designed to separate the flow of concentrated solution and provided with a supply pipe, by which it is connected to the nozzle to remove the concentrated solution from the separator, and two discharge nozzles, one of which it communicates with the nozzle for For supplying the solution to the lower solution chamber.

2. The combined evaporator apparatus according to claim 1, characterized in that a control valve is installed on the pipeline connecting the separation device and the lower solution chamber.

3. The combined evaporation apparatus according to claim 1, characterized in that a flow meter is installed on the pipeline connecting the separation device and the lower solution chamber.

4. The combined evaporation apparatus according to claim 1, characterized in that a solution heater is installed on the pipeline connecting the separation device and the lower solution chamber.

5. The combined evaporator apparatus according to claim 1, characterized in that the ends of the heat exchanger tubes brought out below the lower tube sheet adjacent to the outlet chamber are cut at an angle of 15-70 ° to the horizontal plane so that the surfaces of the bevels are directed towards the heat exchanger pipes with falling film.

6. The combined evaporation apparatus according to claim 1, characterized in that the swirlers are made in the form of holes in the walls of the ends of the pipes.

7. The combined evaporation apparatus according to claim 1, characterized in that each of the swirlers is made in the form of a plate with a width s = (0.65-0.95) d and a length L = (2-3.5) d, where d is the inner diameter of the pipe, the plane of which along the course of the solution is rotated 180-360 °.

8. The combined evaporation apparatus according to claim 1, characterized in that a level indicator is installed on the lower solution chamber.