RU2266151C1

RU2266151C1 - Film evaporator

Info

Publication number: RU2266151C1
Application number: RU2004133981/15A
Authority: RU
Inventors: В.М. Фирсов (RU); В.М. Фирсов; Ю.В. Карасев (RU); Ю.В. Карасев
Priority date: 2004-11-22
Filing date: 2004-11-22
Publication date: 2005-12-20

Abstract

FIELD: separation.

SUBSTANCE: film evaporator comprises vertical cylindrical housing, face lids, top and bottom tube plates, heat exchanging pipes, film generators mounted with a spaced relation inside the top ends of the heat exchanging pipes, and connecting pipes for supplying and discharging fluid that heat secondary steam and condensate. The bottom section of the housing receives pipeline made of a coil whose one end is connected with the connecting pipe for supplying the fluid and straight section is secured between the tube plates. The connecting pipe for supplying fluid is mounted in the bottom face lid of the evaporator and provided with two additional tube plates arranged under the top and bottom tube plates, respectively. The plates are provided with heat exchanging pipes and film generators arranged coaxially to the central axis of the housing. The device is provided with stiffening ribs that are arranged inside the housing and connect the adjacent pipes. The evaporator also has mechanism for axial movement of film generators. The film generators and heat exchanging pipes in the top section of the housing are provided with cones for adjusting the clearance for flowing fluid.

EFFECT: expanded functional capabilities.

1 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к пленочным аппаратам, предназначенным для проведения процессов теплообмена в пищевой, фармацевтической, химической, нефтеперерабатывающей, металлургической и других отраслях промышленности.The invention relates to film machines intended for carrying out heat transfer processes in food, pharmaceutical, chemical, oil refining, metallurgical and other industries.

Известен пленочный испаритель по а.с. 1621994, МКИ В 01 D 1/22, 1991 г., содержащий напорную камеру, распределительный диск с отверстиями и полые пленкообразователи с отбортовкой в нижней части, с калиброванными отверстиями, втулками, установленными в испарительных трубах, закрепленных в трубных решетках и проходящих через отверстия в распределительном диске.Known film evaporator and.with. 1621994, MKI B 01 D 1/22, 1991, containing a pressure chamber, a distribution disk with holes and hollow film formers with flanging in the lower part, with calibrated holes, bushings installed in evaporator pipes fixed in tube sheets and passing through holes in the distribution disk.

Недостатком данного изобретения является низкая производительность, а также необходимость поддержания контролируемого давления в напорной камере для обеспечения работоспособности аппарата. Тонкая пленка жидкости при стекании по стенкам трубы разрывается и превращается в струи, что сокращает поверхность испарения, уменьшает эффективность работы выпарного аппарата, снижает качество обрабатываемой жидкости.The disadvantage of this invention is the low productivity, as well as the need to maintain a controlled pressure in the pressure chamber to ensure the operability of the apparatus. A thin film of liquid when draining along the walls of the pipe breaks and turns into jets, which reduces the evaporation surface, reduces the efficiency of the evaporator, reduces the quality of the processed liquid.

Известен пленочный испаритель по а.с. 1497819, МКИ В 01 D 1/22, 1994 г., содержащий вертикальный цилиндрический корпус, верхнюю, нижнюю и промежуточную трубные доски, гибкие теплообменные трубы, проходящие с зазором через отверстия в промежуточной трубной доске, распределители жидкости, установленные в зазоре, штуцера ввода и вывода раствора, греющего, вторичного пара и конденсата, пленкообразователи, выполненные в виде радиальных ребер, по боковой поверхности которых выполнены скосы, сходящиеся на их нижних концах, а ребра выполнены на внутренней поверхности отверстий в промежуточной трубной доске.Known film evaporator and.with. 1497819, MKI B 01 D 1/22, 1994, containing a vertical cylindrical body, upper, lower, and intermediate tube plates, flexible heat transfer pipes passing with a gap through holes in the intermediate tube plate, liquid distributors installed in the gap, an inlet fitting and the output of the solution, heating, secondary steam and condensate, film formers, made in the form of radial ribs, on the lateral surface of which are made bevels converging at their lower ends, and the ribs are made on the inner surface of the holes in the intermediate pipe board.

Недостатком данного пленочного испарителя является низкая производительность ввиду того, что на применяемых гибких полимерных теплообменных трубах нельзя получить достаточно равномерное орошение по всему сечению из-за непрямолинейности их по всей длине.The disadvantage of this film evaporator is its low productivity due to the fact that it is not possible to obtain sufficiently uniform irrigation over the entire cross section on the used flexible polymer heat transfer pipes due to their indirectness over the entire length.

Известен пленочный испаритель, описанный в полезной модели №10107 (МКИ В 01 D 1/22, 1999 г. - выбран за прототип), содержащий вертикальный цилиндрический корпус, торцевые крышки, верхнюю и нижнюю трубные доски, теплообменные трубы, пленкообразователи, установленные с зазором внутри верхних концов теплообменных труб, штуцера ввода и вывода обрабатываемой жидкости, греющего вторичного пара и конденсата, трубопровод в виде змеевика, размещенного в нижней части корпуса, один конец которого соединен со штуцером ввода обрабатываемой жидкости, а другой, прямолинейный участок, закреплен между трубными досками, причем ввод обрабатываемой жидкости осуществляется в нижней крышке испарителя.Known film evaporator described in utility model No. 10107 (MKI B 01 D 1/22, 1999 - selected as the prototype), comprising a vertical cylindrical body, end caps, upper and lower tube boards, heat transfer tubes, film formers installed with a gap inside the upper ends of the heat exchange pipes, the inlet and outlet of the processed fluid, heating secondary steam and condensate, a pipe in the form of a coil placed in the lower part of the housing, one end of which is connected to the inlet of the processed fluid, and the other, a rectilinear section, fixed between the tube plates, and the input of the processed fluid is carried out in the bottom cover of the evaporator.

Недостатками данного пленочного испарителя являются ограниченные технологические возможности и отсутствие механизма регулирования производительности, низкая эффективность при переходе обработки от одной жидкости к другой, т.е. когда меняются ее физические и химические свойства.The disadvantages of this film evaporator are limited technological capabilities and the lack of a performance control mechanism, low efficiency when processing is transferred from one liquid to another, i.e. when its physical and chemical properties change.

Технический эффект предлагаемого изобретения - расширение технологических возможностей за счет использования агрессивных сред, а также повышение эффективности обработки жидкости при изменении ее физических и химических свойств, простота конструкции и возможность микроминиатюризации испарителя с использованием неметаллических материалов, например кварцевого стекла.The technical effect of the invention is the expansion of technological capabilities through the use of aggressive media, as well as increasing the efficiency of liquid processing when changing its physical and chemical properties, simplicity of design and the possibility of microminiaturization of the evaporator using non-metallic materials, such as silica glass.

Указанный технический эффект достигается тем, что пленочный испаритель, включающий вертикальный цилиндрический корпус, торцевые крышки, верхнюю и нижнюю трубные доски, теплообменные трубы, пленкообразователи, установленные с зазором внутри верхних концов теплообменных труб, штуцера ввода и вывода обрабатываемой жидкости, греющего, вторичного пара и конденсата, трубопровод в виде змеевика, размещенный в нижней части корпуса, один конец которого соединен со штуцером ввода обрабатываемой жидкости, а другой, прямолинейный участок, закреплен между трубными досками, а штуцер ввода обрабатываемой жидкости установлен в нижней торцевой крышке испарителя, согласно изобретению снабжен двумя дополнительными трубными досками, расположенными соответственно под верхней и над нижней трубными досками, в которых установлены теплообменные трубы и пленкообразователи, расположенные концентрично относительно центральной оси корпуса, причем устройство снабжено ребрами жесткости - пилонами, размещенными в корпусе и соединяющими друг с другом соседние теплообменные трубы, а также внутреннюю и наружную стенки в каждом пленкообразователе, при этом в ребрах жесткостях - пилонах в верхней части пленкообразователей и в центральной части теплообменных труб, а также в двух дополнительных трубных досках имеются сквозные отверстия для прохода обрабатываемой жидкости через пленкообразователи к теплообменным трубам и далее соответственно для прохода через теплообменные трубы и дополнительные трубные доски греющего вторичного пара и конденсата. Технический эффект достигается и в случае, когда испаритель снабжен механизмом осевого перемещения пленкообразователей, причем пленкообразователи и теплообменные трубы в верхней части корпуса имеют участки, выполненные в виде прямого и обратного конуса для регулирования величины зазора прохода обрабатываемой жидкости.The specified technical effect is achieved by the fact that the film evaporator, including a vertical cylindrical body, end caps, upper and lower tube boards, heat transfer tubes, film former installed with a gap inside the upper ends of the heat transfer tubes, the inlet and outlet of the processed fluid, heating, secondary steam and condensate, a pipe in the form of a coil located in the lower part of the housing, one end of which is connected to the inlet of the processed fluid, and the other, a straight section, is fixed between pipe boards, and the fluid inlet nozzle is installed in the bottom end cap of the evaporator, according to the invention it is equipped with two additional pipe boards located respectively under the upper and lower pipe boards, in which heat transfer pipes and film formers are arranged concentrically relative to the central axis of the housing, moreover, the device is equipped with stiffeners - pylons placed in the housing and connecting adjacent heat transfer pipes, as well as inside The front and outer walls in each film former, and in the stiffening ribs - pylons in the upper part of the film former and in the central part of the heat transfer tubes, as well as in two additional tube boards there are through holes for the processed fluid to pass through the film former to the heat transfer tubes and then, respectively, for the passage through heat exchange pipes and additional tube boards of heating secondary steam and condensate. The technical effect is also achieved when the evaporator is equipped with an axial movement mechanism of the film formers, and the film formers and heat transfer tubes in the upper part of the body have sections made in the form of a forward and reverse cone for regulating the gap size of the processed fluid passage.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг.1 показан общий вид конструкции пленочного испарителя. На фиг.2 и 3 - сечение верхней части корпуса и пленкообразователей, трубных досок и прямолинейного участка трубопровода. На фиг.4 и 5 показаны сечения дополнительной верхней трубной доски, теплообменных труб, пленкообразователей и прямолинейного участка трубопровода. На фиг.6 и 7 показаны сечения нижней части корпуса, теплообменных труб, прямолинейного участка трубопровода и нижней трубной доски. На фиг.8 показано сечение пленкообразователя с пилонами - ребрами жидкости, в одном из которых имеется отверстие для прохода обрабатываемой жидкости, трубных досок и теплообменных труб. На фиг.9 показаны участки теплообменных труб и пленкообразователей, выполненных в виде прямого и обратного конуса, а также сечение пилонов-ребер жесткости, в одном из которых имеется отверстие для прохода обрабатываемой жидкости.Figure 1 shows a General view of the structure of the film evaporator. Figure 2 and 3 is a cross section of the upper part of the housing and film formers, tube boards and a straight section of the pipeline. Figures 4 and 5 show sections of an additional upper tube plate, heat transfer tubes, film former and a straight section of the pipeline. 6 and 7 show sections of the lower part of the housing, heat transfer pipes, a straight section of the pipeline and the lower tube plate. On Fig shows a cross section of the foaming agent with pylons - ribs of liquid, in one of which there is an opening for the passage of the processed fluid, tube boards and heat transfer tubes. Figure 9 shows sections of heat transfer tubes and film formers made in the form of a forward and reverse cone, as well as a section of pylon stiffeners, in one of which there is an opening for the passage of the processed fluid.

Пленочный испаритель состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1, верхних и нижних торцевых крышек 2 и 3, верхней 4 и нижней 5 трубных досок, дополнительных трубных досок 6 и 7, расположенных соответственно под верхней 4 и над нижней 5 трубными досками, в которых установлены теплообменные трубы 8, а также пленкообразователи 9, расположенные концентрично относительно центральной оси корпуса 1. Пленкообразователи 9 установлены с зазорами 10 внутри верхних концов теплообменных труб 8. Пленочный испаритель состоит также из штуцера ввода 11 и вывода 12 обрабатываемой жидкости, из штуцера ввода 13 и вывода 14 греющего пара, из штуцера вывода конденсата 15, из штуцера вывода вторичного пара 16, трубопровода в виде змеевика 17, размещенного в нижней части корпуса 1, один конец которого соединен со штуцером ввода обрабатываемой жидкости 11, а другой прямолинейный участок 18 закреплен между трубными досками 4, 5 и дополнительными трубными досками 6, 7.The film evaporator consists of a vertical cylindrical body 1, upper and lower end caps 2 and 3, upper 4 and lower 5 tube plates, additional tube plates 6 and 7, located respectively under the upper 4 and above the lower 5 tube plates, in which heat transfer tubes are installed 8, as well as film former 9 located concentrically relative to the central axis of the housing 1. Film former 9 are installed with gaps 10 inside the upper ends of the heat transfer tubes 8. The film evaporator also consists of an inlet fitting 11 and water 12 of the fluid to be treated, from the inlet fitting 13 and the outlet of the heating steam 14, from the condensate outlet fitting 15, from the secondary steam outlet fitting 16, a pipe in the form of a coil 17 located in the lower part of the housing 1, one end of which is connected to the processed fluid inlet fitting 11, and another rectilinear section 18 is fixed between the pipe boards 4, 5 and additional pipe boards 6, 7.

Устройство снабжено ребрами жесткости - пилонами 19, 20 и 21, 22, размещенными в корпусе 1 и соединяющими друг с другом соседние теплообменные трубы 8, а также внутреннюю 23 и наружную 24 стенки пленкообразователей. В ребрах жесткости - пилонах 19, расположенных в верхней части пленкообразователей 9, а также в пилонах 21, расположенных в теплообменных трубах 8, и, кроме того, в двух дополнительных трубных досках 6 и 7 имеются сквозные отверстия соответственно 25 и 26 для прохода обрабатываемой жидкости через пленкообразователи 9 и для создания определенного уровня обрабатываемой жидкости над теплообменными трубами 8 и далее соответственно для прохода через зазоры 10 с последующим образованием тонкой пленки на внутренней 27 и наружной 28 поверхностях теплообменных труб и далее соответственно для прохода через теплообменные трубы 8 теплоносителя (греющего пара) в корпусе 1, для нагрева самих теплообменных труб, трубных досок 4, 5 и дополнительных трубных досок 6, 7 и далее для прохода вторичного пара и конденсата.The device is equipped with stiffeners - pylons 19, 20 and 21, 22, placed in the housing 1 and connecting to each other adjacent heat transfer pipes 8, as well as the inner 23 and outer 24 walls of the film former. In the stiffening ribs - pylons 19 located in the upper part of the film former 9, as well as in pylons 21 located in the heat exchange tubes 8, and, in addition, in two additional tube boards 6 and 7 there are through holes 25 and 26, respectively, for the passage of the processed fluid through the film-forming agents 9 and to create a certain level of the processed liquid over the heat-exchange tubes 8 and then, respectively, for passing through the gaps 10 with the subsequent formation of a thin film on the inner 27 and outer 28 heat exchange surfaces nnyh pipes respectively and further to pass through the heat exchange tubes 8 coolant (heating steam) in the housing 1, for heating the heat exchange tubes themselves, tube sheets 4, 5 and extra tube sheets 6, 7 and further to the passage of vapor and condensate.

Кроме этого, устройство снабжено механизмом осевого перемещения 29 пленкообразователей 9, причем пленкообразователи 9 и теплообменные трубы 8 в верхней части корпуса 1 имеют участки, выполненные в виде прямого 30 и обратного конуса 31, для регулирования величины зазора 10, которые влияют на толщину образующейся пленки, а также на производительность обрабатываемой жидкости испарителем.In addition, the device is equipped with an axial movement mechanism 29 of the film-forming agents 9, the film-forming agents 9 and the heat exchange tubes 8 in the upper part of the housing 1 have sections made in the form of a straight 30 and a reverse cone 31 to control the size of the gap 10, which affect the thickness of the formed film, as well as the performance of the processed fluid by the evaporator.

Пленочный испаритель работает следующим образом.Film evaporator operates as follows.

Через штуцер ввода 13 в корпус 1 подается греющий пар - теплоноситель, отдавая тепло теплообменным трубам 8, пленкообразователям 9, трубным доскам 4, 5, а также дополнительным трубным доскам 6, 7 и, кроме этого, прямолинейному участку трубопровода 18.Through the inlet 13, the heating steam is supplied to the housing 1, transferring heat to the heat transfer pipes 8, film former 9, pipe boards 4, 5, as well as additional pipe boards 6, 7 and, in addition, to the straight section of the pipe 18.

Обрабатываемая жидкость подается в испаритель через штуцер ввода 11 и далее по трубопроводу в виде змеевика 17, погруженному в обработанную жидкость и подогреваемая ею, поступает по прямолинейному участку трубопровода 18 в верхнюю часть корпуса 1 в полость, расположенную над трубной доской 4 и теплообменными трубами 8, между пленкообразователями 9 и далее через отверстия 25 к теплообменным трубам 8, образуя слой обрабатываемой жидкости определенной глубины, гидравлическое давление которой обеспечивает равномерное поступление жидкости в зазоры 10.The processed liquid is supplied to the evaporator through the inlet fitting 11 and then through the pipe in the form of a coil 17, immersed in the treated liquid and heated by it, enters through the straight section of the pipe 18 into the upper part of the housing 1, located above the pipe 4 and heat transfer pipes 8, between the film former 9 and then through the holes 25 to the heat exchange tubes 8, forming a layer of the processed fluid of a certain depth, the hydraulic pressure of which ensures a uniform flow of fluid into the gap ry 10.

Проходя через эти кольцевые зазоры, образованные пленкообразователями 9 и теплообменными трубами 8, обрабатываемая жидкость образует на внутренней поверхности 30 и на наружной поверхности 31 этих теплообменных труб 22 сплошные стекающие вниз слои жидкости-пленки, с поверхности которой и происходит интенсивное ее испарение.Passing through these annular gaps formed by film-forming agents 9 and heat-transfer tubes 8, the processed liquid forms continuous layers of liquid-film flowing downward on the inner surface 30 and on the outer surface 31 of these heat-exchange tubes 22, from the surface of which intense evaporation takes place.

Вторичный пар из корпуса 1 испарителя удаляется через штуцер 16, а упаренная жидкость стекает с нижних концов по внутренним и наружным поверхностям теплообменных труб в нижнюю часть корпуса 1, образованную торцевой крышкой 3 и нижней трубной доской 5, откуда выводится через штуцер 12.Secondary vapor is removed from the evaporator body 1 through the nozzle 16, and one stripped off liquid flows from the lower ends along the inner and outer surfaces of the heat exchange pipes to the lower part of the housing 1, formed by the end cap 3 and the lower tube board 5, from where it is discharged through the nozzle 12.

Возможен другой вариант работы пленочного испарителя, когда в корпус сначала непосредственно поступает теплоноситель, разогревая все устройство одновременно, и только лишь после полного разогрева его подается обрабатываемая жидкость.Another option for the operation of a film evaporator is possible, when the coolant first directly enters the housing, heating the entire device at the same time, and only after it has been completely heated up is the processed fluid supplied.

Процесс подачи теплоносителя можно здесь сочетать с одновременной подачей обрабатываемой жидкости. Иногда возможен вариант, когда предварительно нагревается обрабатываемая жидкость, которая подается в испаритель, с последующим нагревом теплоносителя.The coolant supply process can be combined here with the simultaneous supply of the processed fluid. Sometimes the option is possible when the processed fluid is preheated, which is supplied to the evaporator, followed by heating of the coolant.

В данном случае устройство снабжено механизмом осевого перемещения 29 и пленкообразователей 9 для случая применения обрабатываемых жидкостей с изменяемыми физическими свойствами, например такими как вязкость, плотность, которые позволяют регулировать толщину стекаемой по теплообменным трубам 8 пленки обрабатываемой жидкости. Простота предлагаемой конструкции испарителя дает возможность использовать его, применяя различные конструкционные неметаллические материалы, например кварцевое стекло, и обрабатывать различные по химическим свойствам жидкости.In this case, the device is equipped with an axial movement mechanism 29 and film formers 9 for the case of using processed fluids with variable physical properties, such as viscosity, density, which allow you to adjust the thickness of the processed fluid film flowing through the heat exchange tubes 8. The simplicity of the proposed design of the evaporator makes it possible to use it using various structural non-metallic materials, such as silica glass, and process liquids of various chemical properties.

Таким образом, преимущество предлагаемого изобретения заключается в том, что в отличие от известных технических решений расширяются технологические возможности, повышается эффективность обработки жидкости при изменении ее физических и химических свойств за счет того, что испаритель снабжен двумя дополнительными трубными досками, расположенными соответственно под верхней и над нижней трубными досками, в которых установлены теплообменные трубы и пленкообразователи, расположенные концентрично относительно центральной оси корпуса, причем устройство снабжено ребрами жесткости - пилонами, размещенными в корпусе и соединяющими друг с другом соседние теплообменные трубы, а также внутреннюю и наружную стенки в каждом пленкообразователе, при этом в ребрах-пилонах в верхней части пленкообразователей и в центральной части теплообменных труб, а также в двух дополнительных трубных досках имеются сквозные отверстия для прохода обрабатываемой жидкости через пленкообразователи к теплообменным трубам и далее соответственно для прохода через теплообменные трубы и дополнительные трубные доски греющего вторичного пара и конденсата, кроме того, испаритель снабжен механизмом осевого перемещения пленкообразователей, причем пленкообразователи и теплообменные трубы в верхней части корпуса имеют участки, выполненные в виде прямого и обратного конуса для регулирования величины зазора прохода обрабатываемой жидкости.Thus, the advantage of the present invention lies in the fact that, in contrast to the known technical solutions, technological capabilities are expanded, the efficiency of processing the liquid increases when its physical and chemical properties change due to the fact that the evaporator is equipped with two additional tube boards located respectively under the upper and above lower tube boards in which heat transfer tubes and film formers are installed concentrically relative to the central axis of the housing, what is more, the device is equipped with stiffening ribs - pylons placed in the housing and connecting adjacent heat exchange tubes to each other, as well as the inner and outer walls in each film former, while in the rib pylons in the upper part of the film former and in the central part of the heat transfer tubes, as well as two additional tube plates have through holes for the passage of the processed fluid through the film former to the heat exchange tubes and then, respectively, for passage through the heat exchange tubes and pipe tubes of the heating secondary steam and condensate, in addition, the evaporator is equipped with an axial movement of the film formers, and the film formers and heat transfer tubes in the upper part of the casing have sections made in the form of a forward and reverse cone for regulating the size of the passage of the processed fluid.

Все это позволяет применять в конструкции испарителя, например, теплообменных труб и пленкообразователей различные неметаллические материалы, что делает его наиболее применимым в различных отраслях промышленности, в частности в фармацевтической, химической и др., при обработке агрессивных жидкостей.All this makes it possible to use various non-metallic materials in the design of the evaporator, for example, heat transfer tubes and film former, which makes it most applicable in various industries, in particular in pharmaceutical, chemical, etc., in the treatment of aggressive liquids.

Claims

1. A film evaporator, including a vertical cylindrical body, end caps, upper and lower tube boards, heat transfer tubes, film former installed with a gap inside the upper ends of the heat transfer tubes, a nozzle for the input and output of the processed fluid, heating secondary steam and condensate, a pipe in the form of a coil located in the lower part of the housing, one end of which is connected to the inlet of the fluid being processed, and the other, a straight section, is fixed between the tube plates, and the inlet the liquid to be pumped is installed in the lower end cap of the evaporator, characterized in that the device is equipped with two additional tube plates located respectively under the upper and lower tube plates, in which heat transfer tubes and film former are installed concentrically relative to the central axis of the housing, and the device is equipped with stiffeners - pylons placed in the casing and connecting adjacent heat exchange pipes to each other, as well as the inner and outer walls in each ple At the same time, in the stiffening ribs - pylons in the upper part of the film former and in the central part of the heat transfer tubes, as well as in two additional tube boards, there are through holes for the processed fluid to pass through the film former to the heat transfer tubes and then, respectively, for passage through heat transfer tubes and additional pipe boards of heating, secondary steam and condensate.

2. The film evaporator according to claim 1, characterized in that the device is equipped with an axial movement mechanism of the film formers, and the film formers and heat transfer tubes in the upper part of the body have sections made in the form of a forward and reverse cone to regulate the gap size of the processed fluid passage.