RU2144412C1

RU2144412C1 - Film evaporator

Info

Publication number: RU2144412C1
Application number: RU98112555A
Authority: RU
Inventors: Н.Н. Истомин; М.В. Клыков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Салаватнефтеоргсинтез"
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 2000-01-20

Abstract

FIELD: heat exchange equipment, in particular, film evaporators, applicable in rectifying plants of chemical and petrochemical industries. SUBSTANCE: in the known evaporator attached to the pipe connections with a diaphragm are caps with and lower distribution chambers are connected through a downflow pipe, located in the lower distribution chamber above the opening for the downflow pipe is a diaphragm with a pipe connection attached to it that is furnished with V-shaped cut-outs, the evaporator lower chamber is furnished with a level gauge. EFFECT: enhanced efficiency and reliability of operation within a wide range of loads concerning treated liquid and secondary vapor due to a more uniform distribution of treated liquid in heat-exchange pipes. 2 dwg

Description

Изобретение относится к тепломассообменным аппаратам, а именно к устройству пленочных испарителей с падающей пленкой, и может быть использовано в качестве испарителя в процессе вакуумной ректификации, а также для выпаривания растворов с целью повышения их концентрации. The invention relates to heat and mass transfer apparatuses, in particular to a device for film evaporators with a falling film, and can be used as an evaporator in the process of vacuum distillation, as well as for evaporation of solutions in order to increase their concentration.

Известен выпарной пленочный аппарат, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с размещенными в нем теплообменными трубами, закрепленными в трубных решетках. В верхних концах теплообменных труб расположены пленкообразователи с закрепленными на них соосно колпачками. На верхней трубной решетке размещена кольцевая перегородка. Нижние концы труб заканчиваются вставками с продольными прорезями, концы которых отогнуты внутрь в виде лопастей. В нижней части аппарата под теплообменными трубами находится подвижная тарелка-сепаратор. Тарелка соединена со штоком, расположенным по оси центральной теплообменной трубы, который выведен на верхнюю крышку аппарата и соединен с регулирующим винтовым устройством. С помощью регулирующего устройства тарелка-сепаратор может перемещаться вдоль оси аппарата. Регулируя положение тарелки относительно нижнего конца теплообменных труб, можно менять их гидравлическое сопротивление, тем самым расширить диапазон работы испарителя по вторичному пару и жидкости [Авторское свидетельство СССР N 1790965, кл. B 01 D 1/22, 1993, БИ N 4]. Known evaporation film apparatus containing a vertical cylindrical body with heat exchange tubes housed in it, fixed in tube sheets. At the upper ends of the heat exchange tubes are film former with coaxially fixed caps on them. An annular partition is placed on the upper tube sheet. The lower ends of the pipes end with inserts with longitudinal slots, the ends of which are bent inward in the form of blades. In the lower part of the apparatus under the heat exchanger tubes is a movable plate-separator. The plate is connected to a rod located along the axis of the central heat exchange pipe, which is displayed on the top cover of the apparatus and connected to a regulating screw device. With the help of a regulating device, the separator plate can be moved along the axis of the apparatus. By adjusting the position of the plate relative to the lower end of the heat exchanger tubes, their hydraulic resistance can be changed, thereby expanding the range of operation of the evaporator for secondary steam and liquid [USSR Author's Certificate N 1790965, cl. B 01 D 1/22, 1993, BI N 4].

Недостатком данного аппарата является сложность конструкции и трудность автоматизации управления положением тарелки при изменении нагрузки. The disadvantage of this apparatus is the complexity of the design and the difficulty of automating the control of the position of the plate when the load changes.

Наиболее близким по технической сущности является пленочный аппарат, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с размещенными в нем теплообменными трубами, закрепленными в трубных решетках. По концам корпуса к трубным решеткам прикреплены верхняя и нижняя распределительные камеры. В верхних концах теплообменных труб расположены пленкообразователи с закрепленными на них соосно патрубками с диафрагмами. На верхней трубной решетке размещена кольцевая перегородка [Авторское свидетельство СССР N 965439, кл. B 01 D 1/22, 1982, БИ N 38]. The closest in technical essence is a film apparatus containing a vertical cylindrical body with heat-exchange tubes placed in it, fixed in tube sheets. At the ends of the casing, upper and lower distribution chambers are attached to the tube sheets. At the upper ends of the heat exchange tubes are film former with coaxially fixed nozzles with diaphragms. An annular partition is placed on the upper tube sheet [USSR Author's Certificate N 965439, cl. B 01 D 1/22, 1982, BI N 38].

Недостатком прототипа является неравномерность распределения жидкости по теплообменным трубам при большом диаметре аппарата, малых нагрузках по вторичному пару и ограничение максимальной нагрузки большим сопротивлением диафрагм и, как следствие, затоплением патрубков. The disadvantage of the prototype is the uneven distribution of fluid in the heat transfer pipes with a large diameter of the apparatus, small loads on the secondary pair and the limitation of the maximum load by the large resistance of the diaphragms and, as a consequence, the flooding of the nozzles.

Задачей, решаемой заявляемым изобретением, является повышение эффективности и надежности работы аппарата при большом его диаметре, в широком диапазоне нагрузок по вторичному пару, за счет более равномерного распределения обрабатываемой жидкости по теплообменным трубам. The problem solved by the claimed invention is to increase the efficiency and reliability of the apparatus with its large diameter, in a wide range of loads on the secondary pair, due to a more uniform distribution of the processed fluid through the heat transfer pipes.

Поставленная задача решается таким образом, что в известном пленочном выпарном аппарате, содержащем вертикальный цилиндрический корпус с размещенными в нем теплообменными трубами, закрепленными в трубных решетках, к которым прикреплены верхняя и нижняя распределительные камеры, распределительный коллектор в верхней распределительной камере, на верхних концах теплообменных труб расположены пленкообразователи с закрепленными на них соосно патрубками с диафрагмами, согласно изобретения, с целью повышения эффективности аппарата при большом диаметре, в широком диапазоне нагрузок по вторичному пару, к патрубкам с диафрагмой прикреплены колпачки с отверстием в боковой стенке, верхняя и нижняя распределительные камеры соединены переточной трубой, в нижней распределительной камере выше отверстия для переточной трубы расположена диафрагма с закрепленным в ней патрубком, нижний конец которого расположен ниже отверстия для переточной трубы и снабжен V-образными вырезами, нижняя камера испарителя снабжена уровнемером. The problem is solved in such a way that in the known film evaporation apparatus containing a vertical cylindrical body with heat exchange tubes placed therein, fixed in tube sheets to which the upper and lower distribution chambers are attached, a distribution manifold in the upper distribution chamber, at the upper ends of the heat transfer pipes there are film formers with coaxially fixed nozzles with diaphragms, according to the invention, in order to increase the efficiency of the apparatus with a large diameter, in a wide range of loads on the secondary pair, caps with a hole in the side wall are attached to the nozzles with a diaphragm, the upper and lower distribution chambers are connected by a transfer pipe, in the lower distribution chamber above the opening for the transfer pipe there is a diaphragm with a pipe fixed in it, the lower the end of which is located below the opening for the transfer pipe and is equipped with V-shaped cutouts, the lower chamber of the evaporator is equipped with a level gauge.

Испаритель работает следующим образом. Обрабатываемая среда подается в верхнюю распределительную камеру на верхнюю трубную решетку через распределительный коллектор, растекается по ней, затекает под патрубки и переливается через верхнюю кромку пленкообразователя в теплообменные трубы. Стекая по теплообменным трубам низкокипящая часть обрабатываемой жидкости испаряется. При малой нагрузке по вторичному пару, пар поднимается по теплообменным трубам и через отверстия в боковой стенке колпачков поступает в верхнюю распределительную камеру. В результате сопротивления диафрагм и отверстий в колпачках уровень жидкости на трубной решетке выше, чем уровень жидкости на переливе в пленкообразователи. Если в какую-либо трубу жидкости поступает меньше, то в ней образуется меньше вторичного пара. Следовательно, уменьшается сопротивление диафрагмы и отверстия в колпачке над этой трубой, что приведет к подъему уровня жидкости на переливе в пленкообразователи, то есть устройство работает как регулятор расхода жидкости в теплообменные трубы. Колпачки с отверстием в боковой стенке, прикрепленные к патрубкам с диафрагмой, предотвращают попадание жидкости в отверстие диафрагм и, тем самым, повышают равномерность распределения жидкости по теплообменным трубам. При этом уровень жидкости в нижней распределительной камере закрывает V-образные прорези в нижнем патрубке и пар не может перетекать по переточной трубе. The evaporator operates as follows. The medium to be processed is fed into the upper distribution chamber to the upper tube sheet through the distribution manifold, spreads along it, flows under the nozzles and overflows through the upper edge of the film former into heat transfer pipes. The low-boiling part of the processed liquid flowing through the heat exchange tubes evaporates. With a small load on the secondary pair, the steam rises through the heat exchange pipes and through the holes in the side wall of the caps enters the upper distribution chamber. As a result of the resistance of the diaphragms and the openings in the caps, the liquid level on the tube sheet is higher than the liquid level at the overflow in the film formers. If less fluid enters a pipe, less secondary vapor is generated in it. Therefore, the resistance of the diaphragm and the hole in the cap above this pipe decreases, which will lead to a rise in the liquid level at the overflow in the film formers, that is, the device works as a regulator of the flow of liquid into the heat transfer pipes. Caps with a hole in the side wall attached to the nozzles with a diaphragm prevent liquid from entering the hole of the diaphragms and, thereby, increase the uniformity of the distribution of fluid through the heat exchange tubes. At the same time, the liquid level in the lower distribution chamber closes the V-shaped slots in the lower pipe and steam cannot flow through the transfer pipe.

При большой нагрузке по вторичному пару для снижения сопротивления диафрагм над теплообменными трубами уровень жидкости в нижней распределительной камере опускается и часть вторичного пара движется прямотоком в теплообменных трубах и перетекает по переточной трубе в верхнюю камеру. Для увеличения перетока вторичного пара по переточной трубе уровень жидкости в нижней распределительной камере опускается, при этом открывается большая часть V-образных прорезей в нижнем патрубке и сопротивление перетоку вторичного пара снижается. Изменяя уровень конденсата греющего пара в межтрубном пространстве испарителя, тем самым регулируем интенсивность подвода тепла к испаряемой жидкости. При этом конденсат греющего пара отдает часть тепла испаряемой жидкости, что приводит к экономии тепловой энергии. Интенсивность подвода тепла к испаряемой жидкости может также регулироваться изменением давления греющего пара. With a large load on the secondary pair, in order to reduce the resistance of the diaphragms above the heat exchange pipes, the liquid level in the lower distribution chamber lowers and part of the secondary steam moves directly through the heat exchange pipes and flows through the transfer pipe to the upper chamber. To increase the flow of secondary steam through the transfer pipe, the liquid level in the lower distribution chamber is lowered, while most of the V-shaped slots in the lower pipe are opened and the resistance to overflow of the secondary steam is reduced. By changing the level of condensate of the heating steam in the annulus of the evaporator, thereby regulating the intensity of heat supply to the evaporated liquid. In this case, the condensate of the heating steam gives up part of the heat of the evaporated liquid, which leads to savings in thermal energy. The intensity of heat supply to the evaporated liquid can also be controlled by changing the pressure of the heating steam.

Таким образом достигается задача изобретения, заключающаяся в повышении эффективности работы испарителя при большом диаметре в широком диапазоне нагрузок по вторичному пару. Thus, the objective of the invention is achieved, which consists in increasing the efficiency of the evaporator with a large diameter in a wide range of loads on the secondary pair.

Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг. 1 и 2). The invention is illustrated by drawings (Fig. 1 and 2).

Пленочный выпарной аппарат содержит вертикальный цилиндрический корпус 1, прикрепленные к трубным решеткам 2 верхнюю 3 и нижнюю 4 распределительные камеры, размещенные в нем теплообменные трубы 5, закрепленные в трубных решетках 2, размещенные в верхних концах теплообменных труб 5 пленкообразователи 6 с закрепленными на них соосно патрубками 7 с диафрагмами 8, согласно изобретения, к диафрагмам 8 прикреплены колпачки 9 с отверстием в боковой стенке, верхняя 3 и нижняя 4 распределительные камеры соединены переточной трубой 10, к стенкам нижней распределительной камеры 4 выше отверстия для переточной трубы 10 прикреплена диафрагма 11 с закрепленным в ней патрубком 12, нижний конец которого расположен ниже отверстия для переточной трубы и снабжен V-образными вырезами, нижняя камера 4 и межтрубное пространство испарителя снабжены уровнемерами, которые подключены соответственно, к штуцерам 14 и 15. Обрабатываемая жидкость подается через штуцера 18 и распределительный коллектор 19 выводится через штуцер 21. Для предотвращения образования воронки над отверстием штуцера 21 установлен отбойник 13. Греющий пар подается через штуцер 16, а его конденсат выводится через штуцер 17. Образующийся вторичный пар выводится через штуцер 22. Уровень конденсата в греющей камере контролируется уровнемером, подключенным к штуцерам 14. The film evaporator comprises a vertical cylindrical body 1, upper 3 and lower 4 distribution chambers attached to the tube sheets 2, heat exchange tubes 5 placed therein, fixed in tube grids 2, film former 6 at the upper ends of the heat exchange tubes 5 with coaxially fixed nozzles 7 with diaphragms 8, according to the invention, caps 9 with a hole in the side wall are attached to the diaphragms 8, the upper 3 and lower 4 distribution chambers are connected by a transfer pipe 10, to the walls of the lower p a distribution chamber 4 above the opening for the transfer pipe 10 is attached a diaphragm 11 with a nozzle 12 fixed therein, the lower end of which is located below the opening for the transfer pipe and is equipped with V-shaped cutouts, the lower chamber 4 and the annulus of the evaporator are equipped with level gauges that are connected respectively to nipples 14 and 15. The processed liquid is supplied through the nipple 18 and the distribution manifold 19 is discharged through the nipple 21. To prevent the formation of a funnel above the opening of the nipple 21, a chipper to 13. Heating steam is supplied through the fitting 16, and its condensate is discharged through the fitting 17. The resulting secondary steam is discharged through the fitting 22. The condensate level in the heating chamber is controlled by a level gauge connected to the fittings 14.

Испаритель работает следующим образом. Обрабатываемая среда подается в верхнюю распределительную камеру 3 через штуцер 18 и распределительный коллектор 19 на верхнюю трубную решетку 2, растекается по ней, затекает под патрубки 7 и переливается через верхнюю кромку пленкообразователя 6 в теплообменные трубы 5. Стекая по теплообменным трубам 5 низкокипящая часть обрабатываемой жидкости испаряется. При малой нагрузке по вторичному пару, пар поднимается по теплообменным трубам 5 и через патрубок 7, диафрагму 8, колпачок 9 с отверстием в боковой стенке поступает в верхнюю распределительную камеру 3. В результате сопротивления диафрагм 7 и колпачка 9 с отверстием в боковой стенке уровень жидкости на трубной решетке 2 выше, чем уровень жидкости на переливе в пленкообразователи 6. Если в какую-либо трубу 5 жидкости поступает меньше, то в ней образуется меньше вторичного пара. Следовательно уменьшается сопротивление диафрагмы 8 и колпачка 9 с отверстием в боковой стенке над этой трубой 5, что приведет к подъему уровня жидкости на переливе в пленкообразователи 6, то есть устройство работает как регулятор расхода жидкости в теплообменные трубы 5. При этом уровень жидкости в нижней распределительной камере 4 закрывает V-образные прорези в нижнем патрубке 12 и пар не может перетекать по переточной трубе 10. The evaporator operates as follows. The medium to be processed is supplied to the upper distribution chamber 3 through the nozzle 18 and the distribution manifold 19 to the upper tube sheet 2, flows through it, flows under the nozzles 7 and pours through the upper edge of the film former 6 into the heat transfer tubes 5. The low-boiling part of the processed fluid draining through the heat transfer tubes 5 evaporates. With a small load on the secondary pair, the steam rises through the heat exchange tubes 5 and through the nozzle 7, the diaphragm 8, the cap 9 with the hole in the side wall enters the upper distribution chamber 3. As a result of the resistance of the diaphragms 7 and the cap 9 with the hole in the side wall, the liquid level on the tube sheet 2 is higher than the liquid level at the overflow in the film-forming agents 6. If less liquid enters any pipe 5, then less secondary vapor is formed in it. Therefore, the resistance of the diaphragm 8 and the cap 9 with the hole in the side wall above this pipe 5 decreases, which will lead to a rise in the liquid level at the overflow in the film former 6, that is, the device works as a regulator of the flow of liquid into the heat transfer tubes 5. At the same time, the liquid level in the lower distribution the chamber 4 closes the V-shaped slots in the lower pipe 12 and the steam cannot flow along the transfer pipe 10.

При большой нагрузке по вторичному пару для снижения сопротивления диафрагм 8 и колпачка 9 с отверстием в боковой стенке над теплообменными трубами 5 уровень жидкости в нижней распределительной камере 4 опускается и часть вторичного пара движется прямотоком в теплообменных трубах 5 и перетекает по переточной трубе 10 в верхнюю камеру 3. Для увеличения перетока вторичного пара по переточной трубе 10 уровень жидкости в нижней распределительной камере 4 опускается, при этом открывается большая часть V-образных прорезей в нижнем патрубке 12 и сопротивление перетоку вторичного пара снижается. Уровень жидкости в нижней распределительной камере 4 контролируется уровнемером, подключаемым к штуцерам 15. With a large load on the secondary pair to reduce the resistance of the diaphragms 8 and cap 9 with an opening in the side wall above the heat transfer pipes 5, the liquid level in the lower distribution chamber 4 drops and part of the secondary steam moves in the direct flow path in the heat transfer pipes 5 and flows through the transfer pipe 10 to the upper chamber 3. To increase the flow of secondary steam through the transfer pipe 10, the liquid level in the lower distribution chamber 4 is lowered, while most of the V-shaped slots in the lower pipe 12 and otivlenie inflow of the vapor decreases. The liquid level in the lower distribution chamber 4 is controlled by a level gauge connected to the fittings 15.

Преимущества заявляемого испарителя заключаются в том, что колпачок с отверстием в боковой стенке, прикрепленный к патрубку с диафрагмой, предотвращает попадание жидкости в отверстие диафрагм, тем самым повышает равномерность распределения жидкости по теплообменным трубам. The advantages of the inventive evaporator are that a cap with a hole in the side wall attached to the nozzle with a diaphragm prevents liquid from entering the diaphragm hole, thereby increasing the uniformity of the distribution of liquid through the heat exchange pipes.

При малых нагрузках по вторичному пару, вследствие неравномерного распределения жидкости на трубной решетке часть труб может оказаться неорошаемой. Тогда повышением уровня жидкости в нижней распределительной камере часть сечения V-образных вырезов будет перекрыта и расход вторичного пара через переточную трубу уменьшится, а увеличится расход пара через диафрагмы патрубков на верхней трубной решетке. Это улучшит распределение жидкости по трубам испарителя. At small loads on the secondary pair, due to the uneven distribution of fluid on the tube sheet, some of the pipes may turn out to be non-irrigated. Then, by increasing the liquid level in the lower distribution chamber, part of the cross section of the V-shaped cuts will be blocked and the flow rate of the secondary steam through the transfer pipe will decrease, and the flow rate of steam through the diaphragms of the nozzles on the upper tube sheet will increase. This will improve the distribution of liquid through the evaporator tubes.

Соединение верхней и нижней распределительной камеры переточной трубой в сочетании с прикрепленной к стенке нижней распределительной камеры диафрагмой с закрепленной в ней патрубком с V-образными прорезями расширяет диапазон нагрузок при высокой эффективности распределения жидкости и, следовательно, повышается эффективность аппарата в целом. The connection of the upper and lower distribution chambers with a transfer pipe in combination with a diaphragm attached to the wall of the lower distribution chamber with a nozzle with V-shaped slots fixed in it expands the load range with high efficiency of liquid distribution and, therefore, increases the overall efficiency of the apparatus.

Использование: в качестве испарителя в процессе вакуумной ректификации, а также для выпаривания растворов с целью повышения их концентрации, где требуется работа испарителя большого диаметра в широком диапазоне нагрузок. Usage: as an evaporator in the process of vacuum distillation, as well as for the evaporation of solutions in order to increase their concentration, where the work of a large diameter evaporator is required in a wide range of loads.

Заявляемая конструкция пленочного испарителя может быть использована в блоке ректификации этиленгликолей ОАО Салаватнефтеоргсинтез, а также в других процессах нефтепереработки и нефтехимии. The inventive design of a film evaporator can be used in the rectification unit of ethylene glycols of OJSC Salavatnefteorgsintez, as well as in other processes of oil refining and petrochemicals.

Claims

A film evaporator, comprising a vertical cylindrical body with heat exchange tubes placed in it, fixed in tube sheets, to which the upper and lower distribution chambers are attached, a distribution manifold in the upper distribution chamber, film former with coaxially mounted nozzles attached to them at the upper ends of the heat transfer tubes diaphragms, characterized in that caps with a hole in the side wall are attached to nozzles with a diaphragm, the upper and lower distributor nye chamber connected overflow pipe at the bottom of the distribution chamber above the opening to the overflow pipe located aperture therein with fixed spigot whose lower end is located below the opening for the overflow pipe and is provided with V-shaped notches, the bottom of the evaporator chamber is provided with a level gauge.