RU218710U1 - Испаритель - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к технике проведения тепло- и массообменных процессов, а именно испарению жидких сред (жидкостей, растворов) в режиме кипения, и может быть использована в химической, нефтехимической, пищевой и фармацевтической промышленности в испарителях, дистилляторах, выпарных и массообменных аппаратах.

Технический результат достигается в испарителе, содержащем обогреваемый корпус, греющую поверхность, выполненную в виде трубы и имеющую температуру, в 1,2÷2,3 раза превышающую температуру кипения испаряемой жидкости, снабженную на выходе дросселем, паровой коллектор и узел для распределения жидкости, выполненный в виде равномерно перфорированной глухой трубки, длиной, равной 0,5÷0,8 длины греющей поверхности, размещенной на входе в трубу, причем в корпусе, соосно греющей поверхности, установлен роликовый подшипник, узел распределения жидкости запрессован во внутреннем кольце подшипника с возможностью вращения с частотой, рад/с:

ω = 20÷30.

Техническим результатом предлагаемой конструкции является увеличение эффективности работы испарителя.

Description

Полезная модель относится к технике проведения тепло- и массообменных процессов, а именно испарению жидких сред (жидкостей, растворов) в режиме кипения, и может быть использована в химической, нефтехимической, пищевой и фармацевтической промышленности в испарителях, дистилляторах, выпарных и массообменных аппаратах.

Известен испаритель, в котором жидкость подают на нагретую поверхность в виде капель, при этом регулирование подачи подводимой жидкости осуществляют так, что период подачи капель больше времени их испарения, а температура нагретой поверхности поддерживается в диапазоне, превышающем температуру кипения жидкости в 1,2÷2,3 раза при соответствующем рабочем давлении. Конструкция испарителя представляет собой аппарат коробчатого прямоугольного сечения с разветвленным гребенчатым коллектором для подвода и равномерного распределения по нагретой поверхности испаряемой жидкости в виде капель (патент РФ №2462286, МПК B01D 1/22, опубл. 14.03.2011 г.).

Недостатком данной конструкции является технологическая сложность изготовления разветвленного коллектора, который должен обеспечить равномерную подачу капель. Это связано с тем, что гидравлическое сопротивление по длине трубок коллектора изменяется, соответственно должны меняться диаметры отверстий, отверстия могут засоряться и т. п.

Известен испаритель, содержащий обогреваемый вертикальный корпус и устройство для распределения жидкости в виде капель по зигзагообразным секциям греющей поверхности с углом наклона 10÷40° к горизонтали, расположенных на противоположных стенках обогреваемого корпуса и имеющих температуру, превышающую в 1,2÷2,3 раза температуру кипения испаряемой жидкости (патент РФ №107960, МПК B01D 1/00, опубл. 10.09.2011 г.).

Недостатками данного испарителя является сложность конструкции, заключающаяся в наличии во внутреннем пространстве аппарата усложняющих его конструкцию зигзагообразных секций греющей поверхности, а также неэффективность использования ее площади, вызванная тем, что в связи с малым временем испарения капель, основной объем подаваемой жидкости испарится на верхней секции, а нижняя секция практически может не участвовать в процессе, хотя и требует теплоты на нагрев, что ведет к повышенным энергозатратам, увеличенным габаритам и металлоемкости аппарата. Также к недостаткам следует отнести и то обстоятельство, что подаваемая в виде капель жидкость и полученный пар движутся относительно друг друга противотоком, при этом пар может захватывать при своем движении мелкие капли неиспарившейся жидкости, что может приводить к получению на выходе из испарителя некондиционного «мокрого» пара.

Известен испаритель, содержащий обогреваемый корпус и форсунку для распределения жидкости в виде капель по внутренней поверхности трубы, имеющей температуру, превышающую в 1,2÷2,3 раза температуру кипения испаряемой жидкости, диаметр трубы определяется соотношением:

D=(0,7÷1,0)⋅d_ф,

где d_ф - диаметр факела распыла капель жидкости, м,

а длина трубы - соотношением:

L=(2÷5)⋅l_ф,

где l_ф - длина факела распыла капель жидкости, м,

а на выходе из трубы установлено дроссельное устройство (патент РФ №186246, МПК B01D 1/22, опубл. 14.01.2019 г.).

Недостатком данной конструкции является зависимость длины обогреваемой трубы испарителя от длины факела распыла капель жидкости. При большом расходе жидкости через форсунку требуется и большая греющая поверхность, т.е. длина трубы, что не позволяет обеспечить ее равномерное капельное орошение. Это обстоятельство приведет к образованию сплошной пленки жидкости в зоне распыла и снижению эффективности работы испарителя. Кроме того, неорошаемая часть обогреваемой трубы не будет участвовать в процессе испарения жидкости, что приведет к повышенным энергозатратам, увеличенным габаритам и металлоемкости аппарата, т.е. к дополнительному снижению эффективности его работы. При этом вариант компенсации указанного недостатка большим количеством обогреваемых труб в конструкции испарителя также приведет к нерациональному увеличению металлоемкости.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является испаритель (патент РФ №213965, МПК B01D 1/22, F22B 1/08, опубл. 06.10.2022 г.), содержащий обогреваемый корпус, греющую поверхность, выполненную в виде трубы, имеющей температуру в 1,2÷2,3 раза превышающую температуру кипения испаряемой жидкости и снабженную на выходе дросселем, коллектор и узел для распределения жидкости, выполненный в виде равномерно перфорированной глухой трубки, диаметр которой равен 0,5÷0,8 внутреннего диаметра греющей поверхности, а длина равна 0,5÷0,8 длины греющей поверхности.

Недостатком данного испарителя является зависимость эффективности его работы от расхода испаряемой жидкости. С увеличением расхода жидкости увеличивается и необходимая греющая поверхность, т.е. длина обогреваемой трубы и, соответственно, длина перфорированной трубки. Последнее обстоятельство приводит к росту гидравлического сопротивления аппарата, что снижает эффективность его работы, особенно при большом расходе испаряемой жидкости. А использование в конструкции испарителя большого количества коротких обогреваемых труб приведет к нерациональному увеличению металлоемкости и, как следствие, к снижению эффективности его работы.

Техническим результатом предлагаемой конструкции является увеличение эффективности работы испарителя.

Технический результат достигается в испарителе, содержащем обогреваемый корпус, греющую поверхность, выполненную в виде трубы и имеющую температуру, в 1,2÷2,3 раза превышающую температуру кипения испаряемой жидкости, снабженную на выходе дросселем, паровой коллектор и узел для распределения жидкости, выполненный в виде равномерно перфорированной глухой трубки, длиной равной 0,5÷0,8 длины греющей поверхности, размещенной на входе в трубу, причем в корпусе, соосно греющей поверхности установлен роликовый подшипник, узел распределения жидкости запрессован во внутреннем кольце подшипника с возможностью вращения с частотой, рад/с:

ω=20÷30

Выполнение узла распределения жидкости с возможностью вращения с частотой в интервале 20÷30 рад/с, запрессованного во внутреннем кольце роликового подшипника, позволяет обеспечить равномерное капельное орошение греющей поверхности при любом расходе жидкости. Возникающая при вращении глухой трубки центробежная сила равномерно распределяет жидкость по всей длине и проталкивает ее сквозь пористую стенку, откуда она попадает на греющую поверхность. При этом гидравлическое сопротивление такого способа орошения значительно меньше по сравнению со способом, указанном в прототипе, особенно при большом расходе жидкости. Эти обстоятельства позволяют повысить эффективность работы испарителя.

Использование роликового подшипника позволит вращать узел распределения жидкости в интервале частот 20÷30 рад/с, при различных значениях расхода жидкости и диаметров узла распределения, что позволит повысить интенсивность протекания процесса.

В случае, если частота вращения глухой трубки будет меньше нижней границы, т.е.:

ω<20,

то это приведет к смене капельного режима орошения на струйный, при котором на греющей поверхности образуется сплошная пленка жидкости, что, в свою очередь, приведет к уменьшению эффективности работы испарителя.

В случае, если частота вращения глухой трубки будет больше верхней границы, т.е.:

ω>30,

то это приведет к нерациональному увеличению расхода энергии на обеспечение вращения трубки и, соответственно, к уменьшению эффективности работы испарителя.

Нагрев греющих поверхностей может осуществляться любым известным способом: топочными газами, паром, жидким теплоносителем или электрическими нагревательными элементами.

На фиг. 1 показан предлагаемый испаритель, вид спереди.

На фиг. 2 - вид сверху предлагаемой конструкции испарителя.

Испаритель состоит из обогреваемого корпуса 1, нагревательного элемента 2, греющей поверхности 3, выполненной в виде трубы, узла для распределения жидкости 4, выполненного в виде равномерно перфорированной глухой трубки (диаметр перфорации не должен превышать диаметр узла для распределения жидкости 4), дросселя 5, установленного на выходе из трубы и парового коллектора 6. В корпусе 1 соосно греющей поверхности 3 установлен роликовый подшипник 7, во внутреннем кольце которого запрессован узел распределения жидкости 4. Роликовый подшипник 7 установлен изолировано, за счет выполнения данной части (места установки подшипника 7) корпуса 1 из материала обладающего низкой теплопроводностью и нанесением на внутреннюю поверхность слоя теплоизоляции, для предотвращения нагрева роликового подшипника 7 в процессе работы.

Испаритель работает следующим образом. Работа нагревательного элемента 2 обеспечивает необходимую температуру греющей поверхности 3 - внутренней поверхности обогреваемой трубы, которая лежит в диапазоне 1,2÷2,3 от температуры кипения испаряемой жидкости. Этот диапазон определяется тем, что непосредственно кипение капли может происходить только в определенном интервале температур греющей поверхности 3, ограниченным с одной стороны температурой, большей температуры кипения испаряемой жидкости, т.е. примерно 1,2 от температуры кипения, а с другой стороны температурой, меньшей температуры перехода капли в сфероидальное состояние, определяемой в общем случае температурой Лейденфроста, т.е. около 0,9 от этой температуры, что соответствует примерно 2,3 от температуры кипения. Привод начинает движение узла для распределения жидкости 4, который начинает вращаться с частотой, лежащей в интервале 20÷30 рад/с, вместе с внутренним кольцом роликового подшипника 7. Через перфорации вращающегося узла для распределения жидкости 4 на греющую поверхность 3, а именно всю площадь внутренней поверхности в зоне узла распределения жидкости 4, в виде капель периодически подается испаряемая жидкость. Капли интенсивно испаряются в режиме кипения, образуя пар, который через дроссельное устройство 5 выводится в паровой коллектор 6.

Периодичность подачи капель испаряемой жидкости должна соответствовать 1,1÷1,3 от времени их испарения в режиме кипения на греющей поверхности. Это обстоятельство определяется необходимостью обеспечения полного испарения этих капель для освобождения греющей поверхности при подаче следующей порции жидкости.

Также требуемая производительность испарителя по получаемому пару обеспечивается необходимым количеством греющих поверхностей 3, соединенных общим паровым коллектором 6.

Наличие в конструкции испарителя дросселя 5 позволяет дросселировать образующийся пар и получать на выходе из испарителя не только насыщенный, но и перегретый пар высокого давления, что, в свою очередь, полностью исключает возможность образования некондиционного «мокрого» пара.

Таким образом, использование испарителя, содержащего обогреваемый корпус, греющую поверхность, выполненную в виде трубы и имеющую температуру в 1,2÷2,3 раза превышающую температуру кипения испаряемой жидкости, снабженную на выходе дросселем, паровой коллектор и узел для распределения жидкости, выполненный в виде равномерно перфорированной глухой трубки, длиной равной 0,5÷0,8 длины греющей поверхности, размещенной на входе в трубу, соосно греющей поверхности установленный роликовый подшипник, во внутреннем кольце которого запрессован, с возможностью вращения с частотой 20÷30 рад/с, узел распределения жидкости, позволяет увеличить эффективность работы испарителя.

Claims (2)

1. Испаритель, содержащий обогреваемый корпус, греющую поверхность, выполненную в виде трубы и имеющую температуру, в 1,2-2,3 раза превышающую температуру кипения испаряемой жидкости, снабженную на выходе дросселем, паровой коллектор и узел для распределения жидкости, выполненный в виде равномерно перфорированной глухой трубки, длиной, равной 0,5-0,8 длины греющей поверхности, размещенной на входе в трубу, отличающийся тем, что в корпусе, соосно греющей поверхности, установлен роликовый подшипник, узел распределения жидкости запрессован во внутреннем кольце подшипника с возможностью вращения с частотой, рад/с:
2. ω = 20-30.

Images