RU220755U1 - Испаритель - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к технике проведения тепло- и массообменных процессов, а именно испарению жидких сред (жидкостей, растворов, суспензий) в режиме кипения, и может быть использована в химической, нефтехимической, пищевой и фармацевтической промышленности в испарителях, дистилляторах, выпарных и массообменных аппаратах. Испаритель содержит 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, размещенной на входе в трубу, причем узел для распределения жидкости дополнительно снабжен форсунками, установленными по месту перфорации, так, что центры форсунок расположены на расстоянии, при котором факелы распыления соседних форсунок не перекрываются. Техническим результатом предлагаемой конструкции является увеличение эффективности работы испарителя. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к технике проведения тепло- и массообменных процессов, а именно испарению жидких сред (жидкостей, растворов, суспензий) в режиме кипения, и может быть 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 разветвлённым 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 разветвлённого 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 её площади, вызванная тем, что в связи с малым временем испарения капель, основной объём подаваемой жидкости испарится на верхней секции, а нижняя секция практически может не участвовать в процессе, хотя и требует теплоты на нагрев, что ведёт к повышенным энергозатратам, увеличенным габаритам и металлоёмкости 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 своём движении мелкие капли неиспарившейся жидкости, что может приводить к получению на выходе из испарителя некондиционного «мокрого» пара.

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 и имеющую температуру, в 1,2÷2,3 раза превышающую температуру кипения испаряемой жидкости, узел для распределения жидкости на входе в трубу, выполненный в виде равномерно перфорированной глухой трубки, дроссель на выходе и паровой коллектор.

Недостатком данной конструкции является факт того, что неорошаемая часть обогреваемой трубы не будет участвовать в процессе испарения жидкости, что приведёт к повышенным энергозатратам, увеличенным габаритам и металлоёмкости аппарата, т.е. к дополнительному снижению эффективности его работы. При этом вариант компенсации указанного недостатка большим количество обогреваемых труб в конструкции испарителя также приведёт к нерациональному увеличению металлоёмкости.

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, размещенной на входе в трубу, причем узел для распределения жидкости дополнительно снабжен форсунками, установленными по месту перфорации, так, что центры форсунок расположены на расстоянии, при котором факелы распыления соседних форсунок не перекрываются.

Снабжение узла для распределения жидкости форсунками, установленными по месту перфорации, позволяет обеспечить равномерное капельное орошение греющей поверхности при любом расходе жидкости, использование форсунок в качестве распределителя позволит достичь точное дозирование испаряемой жидкости на греющую поверхность в виду однородности капель и постоянного угла распыления, что в совокупности позволяет повысить эффективность работы испарителя.

Расположение центров форсунок на расстоянии, определяемом заявленным соотношением, позволяет обеспечить оптимальную зону разбрызгивания испаряемой жидкости на греющую поверхность, при которой факелы распыления соседних форсунок не перекрываются. Такое рациональное использование греющей поверхности позволяет уменьшить габариты и металлоёмкость аппарата и, как следствие, увеличить эффективность его работы.

В случае, если расстояние между форсунками будет меньше нижней границы заявленного соотношения, т.е.

l < 0,5 · D,

то это приведёт к чрезмерному увеличению плотности орошения греющей поверхности в зонах перекрытия факелов распыла, образованию сплошной плёнки жидкости и уменьшению эффективности работы испарителя.

В случае, если расстояние между форсунками будет больше верхней границы заявленного соотношения, т.е.

l > 1,5 · D,

то это приведёт к чрезмерному уменьшению плотности орошения греющей поверхности, при котором генерируемая ею тепловая энергии лишь частично будет расходоваться на обеспечение процесса испарения. Это обстоятельство приведёт к увеличению габаритов и металлоёмкости аппарата, и, как следствие, к уменьшению эффективности его работы.

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, электрического нагревательного элемента 2, греющей поверхности 3, выполненной в виде трубы, узла для распределения жидкости 4, выполненного в виде полой перфорированной трубки, снабженной форсунками 5, установленными по месту перфорации, установленного на выходе из трубы дросселя 6 и парового коллектора 7. Расстояние между центрами форсунок определяется соотношением: l = (0,5÷1,5) · D, что позволяет обеспечить расстояние между форсунками при котором факелы распыления соседних форсунок не перекрываются.

Испаритель работает следующим образом. Работа электрического 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 определённом интервале температур греющей поверхности, 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. Через узел для распределения жидкости 4, выполненный в виде полой перфорированной трубки, жидкость переодически подается на форсунки 5 и разбрызгивается с них на греющую поверхность 3 в виде мелких капель, которые интенсивно испаряются в режиме кипения, образуя пар. Полученный пар через дроссельное устройство 6 выводится в паровой коллектор 7.

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.

Требуемая производительность испарителя по получаемому пару обеспечивается необходимым количеством греющих поверхностей 3, соединённых общим паровым коллектором 7.

Наличие в конструкции испарителя дросселя 6 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, снабженной форсунками, установленными по месту перфорации так, что центры форсунок расположены на расстоянии, при котором факелы распыления соседних форсунок не перекрываются, позволяет увеличить эффективность работы испарителя.

Claims (1)

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, размещенной на входе в трубу, отличающийся тем, что узел для распределения жидкости дополнительно снабжен форсунками, установленными по месту перфорации, так, что центры форсунок расположены на расстоянии, при котором факелы распыления соседних форсунок не перекрываются.