RU2149669C1

RU2149669C1 - Climbing-film evaporator

Info

Publication number: RU2149669C1
Application number: RU99117850A
Authority: RU
Inventors: Николай Андреевич Янковский; Сергей Васильевич Мазниченко; Александр Владимирович Туголуков; Леонид Иванович Шутенко; Светлана Ефимовна Белецкая; Виктор Ксенофонтович Киселев
Original assignee: Горловское открытое акционерное общество "Концерн Стирол"
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 1999-08-18
Publication date: 2000-05-27
Also published as: UA34145A

Abstract

FIELD: climbing-film evaporators for concentration of solutions which are not prone to high temperatures in liquid aggregation state; evaporation of liquors of mineral fertilizers or production of distillate in chemical, petrochemical and other industries. SUBSTANCE: climbing-film evaporator includes tubular heat exchanger with upper and lower tube sheets, heating tubes and pipe unions for inlet of heating steam and outlet of condensate and inert agents. Arranged concentrically inside heating tubes are central tubes of lesser diameters having holes. Pitch "t" of holes reduces by constant value downward. Central tubes are additionally provided with multi-stage film-forming checker over entire height made in form of stepped bushes with diameters of steps increasing upward over internal and external surface. Bushes are mounted above holes of central tubes and are provided with slotted cuts to half of their height. EFFECT: modification of construction; high concentration of finished product; increased productivity by evaporated moisture. 3 dwg

Description

Изобретение относится к пленочным выпарным аппаратам для концентрирования растворов, несклонных к высоким температурам в жидком агрегатном состоянии и может быть использовано при выпаривании щелоков минеральных удобрений или при получении дистиллята в химической, нефтехимической и смежных с ними областях промышленности. The invention relates to film evaporators for concentrating solutions that are not averse to high temperatures in the liquid state of aggregation and can be used in the evaporation of liquors of mineral fertilizers or in the production of distillate in the chemical, petrochemical and related industries.

Известен пленочный выпарной аппарат ( 1.А.с. СССР N 1703160, МКИ B 01 D 1/06, 1/22, опуб.07.01.92, БИ N 1), содержащий вертикальный трубчатый теплообменник с трубными досками для крепления контактных трубок, сборники раствора, дистиллята и конденсата, патрубки, соответственно, ввода и вывода теплоагента, ввода исходного раствора и дистиллята, ввода греющего пара, вывода конденсата и подключения вакуума. A known film evaporator (1.A.A. USSR N 1703160, MKI B 01 D 1/06, 1/22, publ. 07.01.92, BI N 1), containing a vertical tubular heat exchanger with tube boards for mounting contact tubes, collectors of solution, distillate and condensate, nozzles, respectively, of the input and output of the heat agent, input of the initial solution and distillate, input of heating steam, output of condensate and vacuum connection.

Аппарат работает следующим образом. В межтрубное пространство теплообменника вводится снизу вверх теплоагент, сверху вниз через патрубок в трубное пространство подается греющий пар, а исходный раствор в виде тонкой пленки сверху вниз поступает на наружную поверхность контактных трубок через специальный пленкообразователь. В аппарате в трубном пространстве между основными и контактными трубками поддерживается вакуум определенной величины, при котором происходит интенсивное испарение раствора с поверхности контактных труб. Образовавшиеся пары конденсируются на внутренней поверхности теплообменных трубок и в виде дистиллята стекают в нижнюю часть аппарата и отводятся через выводной патрубок. Упаренный раствор стекает по наружной поверхности контактных трубок, собирается в сборнике и также через выводной патрубок выводится из аппарата. The device operates as follows. The heat agent is introduced from bottom to top in the annulus of the heat exchanger, heating steam is supplied from top to bottom through the pipe into the tube space, and the initial solution in the form of a thin film is fed from top to bottom on the outer surface of the contact tubes through a special film former. In the apparatus, a vacuum of a certain size is maintained in the tube space between the main and contact tubes, at which intense evaporation of the solution from the surface of the contact tubes occurs. The resulting vapors condense on the inner surface of the heat exchanger tubes and, in the form of a distillate, flow into the lower part of the apparatus and are discharged through the outlet pipe. One stripped off solution flows down the outer surface of the contact tubes, is collected in the collector and is also discharged from the apparatus through the outlet pipe.

Недостатками аппарата являются низкий коэффициент полезного действия в силу чувствительности контактных трубок к отклонению их от вертального положения, т.е. отрыв пленки раствора от поверхности контактных трубок, а также снижение качества дистиллята в результате попадания отдельных брызг раствора с поверхности контактных трубок в процессе кипения-испарения. The disadvantages of the apparatus are the low efficiency due to the sensitivity of the contact tubes to their deviation from the vertical position, i.e. separation of the solution film from the surface of the contact tubes, as well as a decrease in the quality of the distillate due to the ingress of individual solution sprays from the surface of the contact tubes during boiling-evaporation.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является пленочно-трубчатый аппарат, содержащий вертикальный трубчатый теплообменник с пленкообразующей насадкой, сепаратор парожидкостной фазы, сборник циркуляционной воды, коллектор вторичного пара, циркуляционный насос, соединительные трубопроводы и технологические патрубки. Причем упариваемый раствор в пленкообразующую насадку подается под избыточным давлением (2. A.с. СССР N 1621994, МКИ В 01 D 1/22, БИ N3, 1987 г - прототип). The closest in technical essence and the achieved effect is a film-tube apparatus containing a vertical tubular heat exchanger with a film-forming nozzle, a vapor-liquid phase separator, a circulating water collector, a secondary steam collector, a circulation pump, connecting pipelines and process pipes. Moreover, the evaporated solution in the film-forming nozzle is supplied under excess pressure (2. A. S. USSR N 1621994, MKI B 01 D 1/22, BI N3, 1987 g - prototype).

Исходная жидкость принудительно подается на пленкообразующую насадку, где формируется и далее в виде равномерной пленки стекает вниз по внутренней поверхности полых трубок пленкообразователя и вертикальных трубок теплобменника. Пары, образовавшиеся при выпаривании жидкости, поступают в сепаратор и удаляются через паровой патрубок. The initial liquid is forcedly supplied to the film-forming nozzle, where it is formed and then flows down the inner surface of the hollow tubes of the film former and the vertical tubes of the heat exchanger in the form of a uniform film. Vapors formed during evaporation of the liquid enter the separator and are removed through the steam pipe.

Недостатками пленочно-трубчатого аппарата являются ограниченность по производительности вследствие увеличения сопротивления выходу парожидкостной фазы в сепаратор в районе пленкообразующей насадки в одну сторону снизу вверх и, как следствие, увеличение теплоэнергетических затрат. В процессе работы не исключена возможность отрыва пленки с внутренней поверхности труб. The disadvantages of the film-tubular apparatus are limited productivity due to an increase in the resistance to the exit of the vapor-liquid phase into the separator in the region of the film-forming nozzle in one direction from the bottom up and, as a result, an increase in heat energy costs. In the process, the possibility of tearing the film from the inner surface of the pipes is not ruled out.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования пленочного выпарного аппарата путем того, что аппарат дополнительно снабжен многокаскадной по всей высоте теплообменных элементов пленкообразующей насадкой, выполненной в виде центральных трубок с отверстиями, концентрично расположенных внутри греющих трубок с переменным уменьшающимся сверху вниз на постоянную величину шагом, что обеспечивает равномерное упаривание раствора по ступеням в связи с нарастанием концентрации раствора при движении пленки сверху вниз по внутренней поверхности теплообменных трубок. The basis of the invention is the task of improving the film evaporation apparatus by the fact that the apparatus is additionally equipped with a multi-stage film forming nozzle made in the form of central tubes with holes concentrically located inside the heating tubes with a variable step decreasing from top to bottom, which ensures uniform evaporation of the solution in steps due to an increase in the concentration of the solution when the film moves from top to bottom along the inside s surface of the heat exchange tubes.

Поставленная задача достигается тем, что в пленочном выпарном аппарате, содержащем трубчатый теплообменник с верхней и нижней трубными досками, греющими трубками и штуцерами входа греющего пара, выхода конденсата и инертов, сепаратор парожидкостной фазы со штуцером выхода вторичного (сокового) пара, нижнюю крышку со штуцером выхода упариваемого раствора, пленкообразующую насадку, согласно предлагаемой конструкции, внутри греющих трубок концентрично расположены центральные трубки меньшего диаметра с отверстиями, отверстия выполнены с переменным уменьшающимся сверху вниз на постоянную величину шагом t, центральные трубки дополнительно снабжены по всей высоте многокаскадной пленкообразующей насадкой, выполненной в виде ступенчатых втулок с увеличивающимися сверху вниз диаметрами ступенек по наружной и внутренней поверхностям и снабженных снизу щелевыми разрезами до половины высоты втулок, втулки установлены над отверстиями центральных трубок, центральные трубки по отношению к греющим трубкам установлены с зазором σ, достаточным для расположения ступенчатых втулок с зазором σ₁ между внутренней поверхностью греющих трубок и наружной поверхностью наибольшего диаметра ступенчатых втулок и зазором σ₂ между наружной поверхностью центральных трубок и внутренней поверхностью большего диаметра втулок, концентричность греющих и центральных трубок обеспечивается установкой в верхней части центральных трубок опорно-центрирующей ступенчатой по наружному диаметру втулки, опирающейся на верхний конец греющей трубки, снабженной щелями высотой в два раза большей высоты опорно-центрирующих втулок, а в нижней части трубок - центрирующими ребрами.The problem is achieved in that in a film evaporator containing a tubular heat exchanger with upper and lower tube boards, heating tubes and fittings for heating steam inlet, condensate and inert outlet, a vapor-liquid phase separator with a secondary (juice) steam outlet fitting, a lower cover with a fitting the outlet of the evaporated solution, the film-forming nozzle, according to the proposed design, inside the heating tubes are centrally located central tubes of a smaller diameter with holes, the holes are made with a variable step t decreasing from top to bottom by a constant value, the central tubes are additionally provided with a multicascade film-forming nozzle made along the entire height, made in the form of step sleeves with step diameters increasing from top to bottom along the outer and inner surfaces and provided with bottom slit sections to half the height of the sleeves, the sleeves are mounted above openings of the central tubes, the central tubes with respect to the heating tubes are installed with a gap σ sufficient for the location of the stepped approx with clearance σ ₁ between the inner surface of heating tubes and the outer surface of the largest diameter of stepped bushings and clearance σ ₂ between the outer surface of the central tube and the inner surface of the larger diameter sleeves, concentric heating and central tubes is ensured by setting the upper part of the central tube support-centering step of the outer diameter of the sleeve, resting on the upper end of the heating tube, provided with slots twice the height of the support-centering bushings, and in bo ttom of tubes - centering ribs.

Наличие многокаскадной пленкообразующей насадки, представляющей собой центральные трубки меньшего диаметра, установленные концентрично греющим с зазором σ, достаточным для установки пленкообразователей, выполненных в виде ступенчатых по внутреннему диаметру втулок, закрепленных с шагом t на центральных трубках над отверстиями в них и с зазором σ₁ - 1 - 1,5 мм между наружной поверхностью втулок и внутренней поверхностью греющих трубок с зазором σ₂, достаточным для прохода пара в центральные трубки через отверстия в них дает возможность, независимо от интенсивности кипения и некоторого отклонения от вертикальности теплообменника и греющих трубок, значительно повысить эффективность работы устройства, обеспечить предварительную сепарацию получаемого сокового пара на каждой ступени за счет направления его через отверстия в центральную трубку.The presence of a multicascade film-forming nozzle, which is a central tube of a smaller diameter, installed concentrically heating with a gap σ, sufficient for installing film formers, made in the form of step-wise bushings in the inner diameter, fixed with a step t on the central tubes above the holes in them and with a gap σ ₁ - 1 - 1.5 mm between the outer surface of the bushings and the inner surface of the heating tubes with a gap σ ₂ sufficient for the passage of steam into the central tubes through the holes in them makes it possible, n Regardless of the boiling intensity and some deviation from the verticality of the heat exchanger and heating tubes, significantly increase the efficiency of the device, provide preliminary separation of the resulting juice vapor at each stage by directing it through the holes in the central tube.

Предлагаемая конструкция многокаскадной пленкообразующей насадки в выпарном аппарате с падающей пленкой позволяет не только сформировать жидкостную пленку, но и сразу, начиная от торца трубчатого теплообменного элемента, равномерно распределять ее по всей поверхности теплообмена, что улучшает эффективность процесса, повышает производительность аппарата по выпаренной влаге и повышает качество готового продукта. The proposed design of a multistage film-forming nozzle in a falling-film evaporator allows not only to form a liquid film, but also immediately, starting from the end of the tubular heat-exchange element, to evenly distribute it over the entire heat exchange surface, which improves the efficiency of the process, increases the productivity of the device by evaporated moisture and increases finished product quality.

Расположение многокаскадной пленкообразующей насадки в выпарном аппарате с падающей пленкой делает его нечувствительным при наличии отклонения греющих трубок от вертикального положения. The location of the multistage film-forming nozzle in the evaporator with a falling film makes it insensitive in the presence of deviation of the heating tubes from a vertical position.

Выполнение отверстий в центральных трубках с меняющимся сверху вниз на постоянную величину шагом позволяет обеспечить равномерное упаривание раствора по ступеням по мере нарастания концентрации раствора при движении пленки сверху вниз по внутренней поверхности теплообменных трубок. The holes in the central tubes with a constant varying step from top to bottom allow you to ensure uniform evaporation of the solution in steps as the concentration of the solution increases with the film moving downward along the inner surface of the heat transfer tubes.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где
на фиг. 1 - вертикальный разрез аппарата;
на фиг. 2 - узел I на фиг.1;
на фиг. 3 - ступенчатая втулка на фиг. 1,2.The invention is illustrated by drawings, where
in FIG. 1 - vertical section of the apparatus;
in FIG. 2 - node I in figure 1;
in FIG. 3 - step sleeve in FIG. 1,2.

Пленочный выпарной аппарат содержит вертикальный трубчатый теплообменник 1 с верхней и нижней трубными досками 2 и 3, сепаратор 4 с выходным штуцером 5 по соковому пару и входным штуцером 6 по упариваемому раствору, нижнюю крышку 7 с выходным штуцером 8 по упариваемому раствору. Трубчатый теплообменник 1 снабжен входным штуцером 9 по греющему пару, выходным штуцером 10 по конденсату греющего пара и выходным штуцером 11 по выводу инертов теплообменными трубками 12, съемной многокаскадной пленкообразующей образующей насадкой в виде центральных меньшего диаметра трубок 13 с отверстиями 14 с переменным, уменьшающимся сверху вниз на постоянную величину (10 - 15 мм) шагом t, причем начальный шаг в пределах 400 - 500 мм, пленкообразующие ступенчатые втулки 15 с увеличивающимися диаметрами ступенек сверху вниз по наружной и внутренней поверхностям и снабженных 3 - 4 щелевыми разрезами 16 шириной 1 - 2 мм снизу до половины высоты втулок 15, которые установлены над отверстиями 14 по внутренней поверхности наименьшего диаметра. Центральные трубки 13 по отношению к греющим трубкам 12 установлены концентрично с обеспечением зазора σ, достаточного для установки пленкообразующих ступенчатых втулок 15 с зазором σ₁= 1 - 2 мм между внутренней поверхностью греющих трубок 12 и наружной поверхностью большего диаметра втулок 15 и зазор σ₂= 1,5 - 2 мм между наружной поверхностью трубок 13 и внутренней поверхностью большего диаметра втулок 15, причем концентричность обеспечивается установкой в верхней части трубки 13 опорно-центрирующей ступенчатой по наружному диаметру втулки 17 опирающейся на верхний конец трубки 12 со щелями 18 высотой, большей в 2 раза высоты втулки 17, а в нижней части трубки 13 не менее трех центрирующих ребер 19. На верхней трубной доске 2 установлена цилиндрическая обечайка 20.The film evaporator contains a vertical tubular heat exchanger 1 with upper and lower tube boards 2 and 3, a separator 4 with an outlet nozzle 5 for a juice pair and an inlet nozzle 6 for an evaporated solution, a bottom cover 7 with an outlet nozzle 8 for an evaporated solution. The tubular heat exchanger 1 is equipped with an inlet fitting 9 for heating steam, an outlet fitting 10 for condensing heating steam and an outlet fitting 11 for outputting inert heat transfer tubes 12, a removable multistage film-forming forming nozzle in the form of central smaller diameter tubes 13 with holes 14 with a variable decreasing from top to bottom by a constant value (10 - 15 mm) in increments of t, with the initial step in the range of 400 - 500 mm, film-forming step sleeves 15 with increasing diameters of the steps from top to bottom along the outer and inner surfaces and provided with 3-4 slit slits 16 with a width of 1-2 mm from the bottom to half the height of the bushings 15, which are installed above the holes 14 on the inner surface of the smallest diameter. The central tubes 13 with respect to the heating tubes 12 are mounted concentrically with a gap σ sufficient to install the film-forming step sleeves 15 with a gap σ ₁ = 1 - 2 mm between the inner surface of the heating tubes 12 and the outer surface of the larger diameter of the sleeves 15 and the gap σ ₂ = 1.5 - 2 mm between the outer surface of the tubes 13 and the inner surface of the larger diameter of the bushings 15, and concentricity is ensured by the installation in the upper part of the tube 13 support-centering step on the outer diameter of the sleeve 17 opi extending to the upper end of the tube 12 with slots 18, a height 2 times greater than the height of the sleeve 17, and in the lower part of the tube 13 no less than three centering ribs 19. A cylindrical shell 20 is mounted on the upper tube plate 2.

Пленочный выпарной аппарат работает следующим образом. Film evaporator operates as follows.

Через штуцер 9 подается греющий пар и по мере нагрева аппарата через штуцер 6 подводится упариваемый раствор, который после заполнения нижней части сепаратора 4 переливается через обечайку 20 и заполняет ее внутреннюю часть на высоту до нижней кромки входных 18 в теплообменных трубках 12 и далее через щели 18 поступает на каскад пленкообразующих втулок 15 и в виде тонкой пленки движется сверху вниз по всей внутренней поверхности греющих трубок 12. Тонкая пленка раствора на внутренней поверхности греющих трубок 12 быстро прогревается до температуры кипения и интенсивно испаряется, образовавшийся пар через кольцевой зазор σ₂, так как зазор σ₁ заполнен раствором, и отверстия 14 устремляется во внутрь трубок 13 и затем через сепаратор 4 и выходной штуцер 5 - к потребителю или на конденсацию, а упариваемый раствор каскад за каскадом, сверху вниз, набирая концентрацию через выходной штуцер 8 направляется на дальнейшую переработку. Образовавшийся конденсат от греющего пара выводится из аппарата через штуцер 10, а инерты - через штуцер 11.Heated steam is supplied through the nozzle 9 and, as the apparatus is heated, an evaporated solution is supplied through the nozzle 6, which, after filling the bottom of the separator 4, overflows through the shell 20 and fills its inner part to a height up to the lower edge of the inlet 18 in the heat exchange tubes 12 and then through the slots 18 enters the cascade of film-forming sleeves 15 and in the form of a thin film moves from top to bottom across the entire inner surface of the heating tubes 12. A thin film of the solution on the inner surface of the heating tubes 12 quickly warms up to Boiling Temperature and intensively evaporates, the resulting vapor through the annular gap σ _2, since the gap σ ₁ is full of solution, and the holes 14 rushes into the interior of tubes 13 and then through the separator 4 and the outlet fitting 5 - to the consumer or to the condensation, and the solution was evaporated cascade Behind the cascade, from top to bottom, gaining concentration through the output nozzle 8 is sent for further processing. The resulting condensate from the heating steam is removed from the apparatus through the nozzle 10, and the inert through the nozzle 11.

Таким образом предлагаемый пленочный выпарной аппарат позволяет не только сформировать жидкостную пленку, но и сразу, начиная от торца трубчатого теплообменного элемента, равномерно распределять ее по всей поверхности теплообмена, обеспечивая равномерное упаривание раствора по ступеням по мере нарастания концентрации раствора при движении пленки сверху вниз по внутренней поверхности теплообменных трубок, что улучшает эффективность процесса, повышает производительность аппарата по выпаренной влаге и повышает качество готового продукта. Thus, the proposed film evaporator allows not only to form a liquid film, but also immediately, starting from the end of the tubular heat exchange element, to evenly distribute it over the entire heat transfer surface, providing uniform evaporation of the solution over the steps as the concentration of the solution increases with the film moving from top to bottom along the inner the surface of the heat exchange tubes, which improves the efficiency of the process, increases the productivity of the apparatus by evaporated moisture and improves the quality of the finished product Ukta.

Claims

A film evaporator with a falling film, comprising a tubular heat exchanger with upper and lower tube boards, heating tubes and fittings for heating steam inlet, condensate and inert outlet, a vapor-liquid separator with a secondary (juice) steam outlet fitting, a lower cover with an outlet for evaporating the solution, film-forming nozzle, characterized in that the central tubes of smaller diameter with holes are concentrically located inside the heating tubes, the holes are made with a variable, decreasing from the top down h, by a constant value, in increments of t, the central tubes are additionally provided with a multicascade film-forming nozzle throughout the height, made in the form of step sleeves with step diameters increasing from top to bottom on the outer and inner surfaces and provided with bottom slit cuts to half the height of the sleeves, the sleeves are mounted above the holes central tubes, moreover, the central tubes with respect to the heating tubes are installed with a gap δ sufficient for the location of the stepped bushings with a gap δ ₁ between the inner with the surface of the heating tubes and the outer surface of the largest diameter of the stepped bushings and the gap δ ₂ between the outer surface of the central tubes and the inner surface of the larger diameter of the bushings, the concentricity of the heating and central tubes is ensured by the installation in the upper part of the central tubes of a support-centering step based on the outer diameter of the bush, based on the upper end of the heating tube, equipped with slots twice the height of the support-centering tubes, and in the lower part of the tubes - centering ribs.