RO131414B1 - Generator şi metodă de obţinere a vaporilor de alcool - Google Patents

Description

Prezenta invenție se referă la un generator și o metodă de obținere a vaporilor de alcool etilic industrial care poate fi utilizat în industria chimică.

Un generator de obținere a vaporilor de alcool este, în esență, un schimbător de căldură care primește căldură de la un agent termic primar, alcoolul vaporizează, iar debitul de vapori rezultat este trimis către un utilizator.

Se cunosc numeroase tipuri de generatoare de vapori de lichid la care agentul termic primar este format din gazele de ardere provenite de la diferite tipuri de combustibili. Aceste tipuri de generatoare de vapori de lichid nu pot fi aplicate și în cazul generării de vapori de alcool din cauza apariției pericolului de explozie.

Se cunosc tipuri de generatoare de vapori de lichid la care agentul termic primar este format din vapori de apă, dar cu temperaturi și presiuni superioare, și care sunt injectați în volumul de apă din care se obțin vaporii la parametrii doriți de un utilizator. Este evident că aceste tipuri de generatoare de aburi nu pot fi aplicate în cazul generării de vapori de alcool din cauza faptului că alcoolul și apa sunt fluide miscibile.

Se cunosc tipuri de generatoare de vapori de apă în care agentul primar circulă printr-o serpentină, cedează căldură volumului de apă din generator, și se obține aburul necesar. Aceste tipuri de generatoare de aburi ar putea fi aplicate în cazul generării de vapori de alcool, dar au dezavantajul necesității unei surse de agent termic primar în afara generatorului de vapori vizat. Un alt dezavantaj îl constituie inerția mare în exploatare. Cu alte cuvinte, parametrii vaporilor de alcool, cum ar fi, în principal, temperatura, presiunea și debitul, nu pot fi schimbați rapid în funcție de cerințele tehnologice.

Sunt cunoscute tipuri de generatoare de vapori de apă la care căldura necesară vaporizării apei se obține cu niște rezistențe electrice imersate în volumul de apă, direct sau prin intermediul unor teci de protecție. Aceste tipuri de generatoare de vapori de apă nu pot fi aplicate în cazul generării de vapori de alcool din cauza apariției pericolului de explozie.

Toate tipurile de generatoare de vapori de apă menționate mai sus au dezavantajul imposibilității de a furniza instantaneu cantități de vapori cu variații foarte mari de debit. Pentru a obține această performanță, în toate cazurile trebuie utilizat un echipament auxiliar, numit acumulator de vapori.

Alte tipuri de generatoare de vapori sunt dezvăluite în documentul US 4605838 (A) și în documentul GB 357201 (A).

Problema tehnică pe care își propune să o rezolve invenția este de a obține, în timp scurt, debite de vapori de alcool etilic variabile în funcție de necesarul solicitat de un utilizator industrial, în condiții de maximă siguranță în ce privește pericolul de incendiu și de explozie.

Generatorul de obținere a vaporilor de alcool conform invenției este alcătuit dintr-un generator care cuprinde un recipient cu alcool lichid, ce conține un volum de alcool lichid stabilit până la un nivel predeterminat, determinat cu ajutorul unui detector de nivel și care este prevăzut cu niște mijloace de alimentare cu alcool lichid, precum și cu niște mijloace de livrare a vaporilor creați în interiorul recipientului cu alcool lichid către un consumator sau un mijloc de colectare. Recipientul cu alcool lichid are amplasat în interior, la partea lui inferioară, un al doilea recipient umplut parțial cu un volum predeterminat de apă dublu distilată, având montat în interior un încălzitor electric care încălzește volumul de apă dublu distilată, astfel încât vaporii de apă care circulă în spațiul de la partea superioară a celui de-al doilea recipient se condensează pe peretele interior al acestuia, cedând căldură către perete și apoi către alcoolul lichid din recipient, transformându-l parțial în vapori.

Generatorul de obținere a vaporilor de alcool este prevăzut cu:

- o conductă pentru asigurarea nivelului dorit de apă dublu distilată în recipientul cu apă dublu distilată, conducta menționată fiind conectată la o conductă de alimentare exterioară prin intermediul unui robinet de separare;

RO 131414 Β1

- un termocuplu pentru măsurarea temperaturii vaporilor de alcool lichid, un termo- 1 cuplu pentru măsurarea temperaturii volumului de alcool lichid și un regulator automat pentru monitorizarea și ajustarea temperaturilor menționate;3

- un termocuplu pentru măsurarea temperaturii vaporilor de apă dublu distilată și un regulator automat pentru monitorizarea acesteia;5

- un manometru pentru vaporii de apă în vederea monitorizării presiunii în recipientul cu apă dublu distilată;7

- o conductă pentru evacuarea aerului din recipientul cu apă dublu distilată la punerea în funcțiune a generatorului, conducta menționată fiind conectată la o conductă de evi- 9 dențiere a prezenței vaporilor de apă prin intermediul unui robinet;

- o supapă de siguranță montată pe recipientul cu apă dublu distilată.11

Metoda de obținere a vaporilor unui lichid utilizând generatorul de vapori cuprinde următoarele etape:13

- umplerea unui recipient cu lichid de lucru, de exemplu alcool, până la un nivel prestabilit, vizualizat cu ajutorul unui indicator de nivel;15

- umplerea unui recipient cu apă dublu distilată până la un nivel prestabilit, recipientul cu apă dublu distilată fiind dispus în interiorul recipientului cu alcool lichid;17

- pornirea încălzitorului electric pentru aducerea apei din recipientul menționat la temperatura de vaporizare corespunzătoare presiunii atmosferice;19

- circularea vaporilor de apă astfel formați în spațiul liber de la partea superioară a recipientului cu apă dublu distilată și condensarea pe pereții acestuia cu cedarea căldurii 21 către peretele recipientului de apă dublu distilată și apoi de la acesta către alcoolul lichid din recipientul cu alcool, în vederea formării de vapori de alcool. 23 într-un exemplu de realizare, metoda poate cuprinde și următoarele etape suplimentare: 25

- etapa de asigurare a nivelul prestabilit de apă dublu distilată în recipientul cu apă dublu distilată prin intermediul unei conducte care se conectează la o conductă de alimen- 27 tare exterioară prin intermediul unui robinet de separare;

- etape de măsurare, monitorizare și ajustare a temperaturilor alcoolului sub formă 29 de vapori și lichid;

- etapa de măsurare și monitorizarea a temperaturii vaporilor de apă dublu distilată; 31

- etapa de monitorizare a presiunii apei dublu distilate din recipientul cu apă dublu distilată; 33

- etapa de evacuare a aerului din recipientul cu apă dublu distilată la punerea în funcțiune a generatorului prin intermediul unei conducte conectate la o conductă de evidențiere 35 a prezenței vaporilor de apă prin intermediul unui robinet.

Prin prezenta invenție, propunem un tip nou de generator de obținere a vaporilor de 37 alcool etilic industrial care elimină toate dezavantajele menționate mai sus.

Invenția prezintă următoarele avantaje: 39

- generatorul de obținere a vaporilor de alcool funcționează cu un agent termic inter- mediar, obținut printr-un ciclu continuu de vaporizare-condensare dezvoltat într-un recipient 41 special montat chiar în corpul generatorului. Se evită astfel folosirea unui agregat separat pentru obținerea agentului termic intermediar; 43

- prin folosirea ciclului continuu de vaporizare-condensare dezvoltat într-un recipient montat chiar în corpul generatorului, încălzitorul electric nu poate veni în contact direct cu 45 alcoolul, evitându-se astfel orice pericol de incendiu sau explozie;

RO 131414 Β1

- generatorul de obținere a vaporilor de alcool poate livra instantaneu debite mari de vapori, mult mai mari decât cele corespunzătoare puterii încălzitorului electric, prin faptul că are inclus, chiar în corpul său, un sistem principiul acumulatorului de vapori. Volumul de alcool lichid acționează ca un acumulator propriu de vapori, nemaifiind necesară folosirea unui acumulator de vapori drept un agregat separat;

- generatorul de obținere a vaporilor de alcool poate livra și debite mici de vapori sau poate funcționa chiar și în regim pornit/oprit prin simpla ajustare a puterii încălzitorului electric.

Alte obiective, caracteristici și avantaje ale prezentei invenții reies mai clar din următoarea descriere detaliată a unui exemplu de realizare preferat.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției în legătură cu fig. 1 și 2, care reprezintă:

- fig. 1, o secțiune verticală prin generatorul de vapori de alcool;

- fig. 2, o secțiune orizontală A-A.

Generatorul de obținere a vaporilor de alcool, conform invenției, este alcătuit dintr-un generator care cuprinde un recipient cu alcool lichid 1 ce conține un volum de alcool lichid 4 stabilit până la un nivel predeterminat 5, determinat cu ajutorul unui detector de nivel 28 și care este prevăzut cu niște mijloace de alimentare cu alcool lichid 24, 29, 30, precum și cu niște mijloace de livrare 13,14 a vaporilor creați în interiorul recipientului cu alcool lichid 1 către un consumator sau un mijloc de colectare, iar recipientul cu alcool lichid 1 are amplasat în interior, la partea lui inferioară, un al doilea recipient 2, umplut parțial cu un volum predeterminat de apă dublu distilată 8, având montat în interior un încălzitor electric 3, care încălzește volumul de apă dublu distilată 8, astfel încât vaporii de apă care circulă în spațiul 10 de la partea superioară a celui de-al doilea recipient 2 condensează pe peretele interior al acestuia, cedând căldură către perete și apoi către alcoolul lichid din recipient 1, transformându-l parțial în vapori.

Generatorul de obținere a vaporilor de alcool are:

- o conductă de alimentare cu apă dublu distilată 7, care asigură nivelul în cel de-al doilea recipient 2, și este conectată la o conductă exterioară de alimentare cu apă dublu distilată 20 prin intermediul unui robinet 19;

- recipientul cu alcool lichid 1 echipat cu un prim termocuplu 12, folosit pentru măsurarea temperaturii vaporilor de alcool, un al doilea termocuplu 33 folosit pentru măsurarea temperaturii volumului de alcool lichid și un regulator automat 11 folosit pentru monitorizarea și ajustarea temperaturilor măsurate de cele două termocupluri;

- cel de-al doilea recipient 2 echipat cu un termocuplu 9, folosit pentru măsurarea temperaturii vaporilor de apă dublu distilată și un regulator automat 15 folosit pentru monitorizare acesteia;

- pe cel de-al doilea recipient 2, montat un manometru 26 utilizat pentru măsurarea presiunii vaporilor de dublu distilată;

- pe cel de-al doilea recipient 2, montată o conductă pentru eliminarea aerului 27 ce este conectată la o conductă de evidențiere a prezenței vaporilor de apă 18 prin intermediul unui robinet de separare 17;

- pe cel de-al doilea recipient 2, montată o supapă de siguranță 25.

Generatorul de obținere a vaporilor de alcool se compune în principal din trei componente principale: recipientul pentru lichid 1, de exemplu alcool etilic industrial, care conține un volum de alcool lichid 4 până la un anumit nivel 5 și un volum de vapori de alcool 16, recipientul pentru apa dublu distilată 2, care conține un anumit volum de apă dublu distilată 8 până la un anumit nivel 6, și un volum de vapori de apă 10, precum și încălzitorul electric 3.

RO 131414 Β1

Generatorul de obținere a vaporilor de alcool este echipat și cu următoarele compo- 1 nente:

- conducta de livrare vapori de alcool 14 către instalația de utilizare este prevăzută 3 cu robinetul de închidere 13;

- supapa de siguranță 22;5

- manometrul pentru vapori de alcool 23 este separat de spațiul de vapori prin intermediul unui robinet;7

- termocuplul 12 este prevăzut pentru măsurarea temperaturii vaporilor de alcool și monitorizarea acesteia prin intermediul unui regulator automat 11;9

- termocuplul 33 este prevăzut pentru măsurarea temperaturii volumului de alcool lichid și monitorizarea acestuia prin intermediul regulatorului automat 11;11

- indicatorul de nivel 28 poate monitoriza automatizat alimentarea cu alcool prin intermediul unei pompe 24;13

- termocuplul 9 este prevăzut pentru măsurarea temperaturii vaporilor de apă dublu distilată și monitorizarea temperaturii acesteia prin intermediul unui regulator automat 15;15

- conducta 7 este prevăzută pentru asigurarea unui anumit nivel de apă dublu distilată în recipientul 2, conectată la conducta de evacuare 20 și robinetul de separare 19;17

- conducta 27 este prevăzută pentru evacuarea aerului din recipientul 2 la punerea în funcțiune, acesta fiind conectată la conducta de evidențiere a prezentei vaporilor de apă 19 prin intermediul robinetului 17;

- conducta 29 de alimentare cu alcool aspirat prin intermediul unei pompe 24 și a 21 robinetului 30;

- conducta de golire 31 a recipientului cu alcool 1 este prevăzută cu robinetul de 23 golire 32;

- supapa de siguranță 25 pentru recipientul 2;25

- manometrul 26 este prevăzut pentru monitorizarea presiunii în recipientul 2, care este separat prin intermediul unui robinet.27

Metoda de obținere a vaporilor de alcool, conform invenției, utilizând generatorul de obținere a vaporilor de alcool se desfășoară în următoarele etape:29

- umplerea recipientului cu alcool lichid 1 până la nivelul prestabilit, vizualizat cu ajutorul unui indicator de nivel;31

- umplerea celui de-al doilea recipient 2 cu apă dublu distilată până la nivelul prestabilit, vizualizat cu ajutorul unui indicator de nivel;33

- pornirea încălzitorului electric;

- formarea vaporilor la partea superioară a recipientului 2 de apă dublu distilată și 35 cedarea căldurii către peretele recipientului 2, și apoi de la perete la alcoolul lichid din recipientul 1, transformându-l parțial în vapori.37

Prin pornirea pompei 24 se pompează alcool din conducta 29 în recipientul pentru alcool 1, până ce acesta ajunge la un nivel prestabilit 5, vizualizat cu ajutorul indicatorului 39 de nivel 28, apoi se închide robinetul 30 și se oprește pompa 24.

Prin intermediul conductei 18, ce are robinetul 17 deschis, se introduce apă dublu 41 distilată în recipientul 2 până când apa începe să curgă prin conducta 20, ce are robinetul deschis, astfel se stabilește și se marchează nivelul 6 de apă dublu distilată. Se închide 43 robinetul 19, menținându-se robinetul 17 deschis.

Apoi, se pornește încălzitorul electric 3, care va aduce apa din recipientul 2 la tempe- 45 ratura de vaporizare corespunzătoare presiunii atmosferice, robinetul 17 fiind deschis. Temperatura apei va continua să crească și determină ca frontul de vapori saturați să fie evacuați 47 în aerul din spațiul 10 al recipientului 2 și prin conducta 27. Când se observă vaporii de apă

RO 131414 Β1 ieșind prin conducta 18, se închide robinetul 17. Din acest moment, presiunea și temperatura lichidului și vaporilor din recipientul 2 vor crește constant până la valoarea temperaturii setate în regulatorul 15. Astfel, recipientul 2 a devenit un sistem de transfer de căldură către alcool printr-un ciclu continuu de vaporizare-condensare al apei dublu distilate din interiorul recipientului 2. Apa dublu distilată preia căldura de la încălzitorul electric se transformă în vapori care sunt împrăștiați în spațiul 10 și condensează pe peretele recipientului 2, cedând căldura de la perete către alcoolul depozitat în recipientul 1. Cu alte cuvinte, alcoolul este încălzit cu un agent termic intermediar care nu este produs într-un echipament separat, ci chiar într-un sistem de transfer de căldură montat în corpul generatorului de vapori de alcool. Ciclul de vaporizare-condensare al apei dublu distilate este realizat într-un circuit complet separat de alcoolul depozitat în recipientul 1, astfel încât acesta nu ajunge în contact direct cu încălzitorul electric, eliminându-se astfel orice pericol de incendiu sau de explozie.

Căldura generată de ciclul de vaporizare-condensare, care are loc în mod continuu în recipientul 2, este cedată alcoolului din recipientul 1, care își ridică temperatura (și presiunea) până la valorile setate în regulatorul 11. în acest moment, generatorul de vapori poate livra vapori de alcool către consumator prin simpla deschidere a robinetului 13 aflat pe conducta 14. Vaporii de alcool din volumul 16 vor fi evacuați, producând instantaneu o scădere de presiune care va pune masa de alcool lichid din volumul 4 în stare de supraîncălzire, adică temperatura lichidului este mai mare decât cea corespunzătoare presiunii vaporilor saturați care tocmai a scăzut prin deschiderea robinetului 13. Astfel, se realizează o degajare masivă și instantanee de vapori de alcool din întreaga masă a lichidului din volumul

4. Masa de alcool lichid joacă astfel rolul unui acumulator de vapori aflat chiar în corpul generatorului de vapori de alcool. în acest fel, se asigură livrarea debitului de vapori de alcool dorit, fără a mai fi nevoie de un acumulator de vapori separat.

Robinetul 13 se poate închide și temperatura alcoolului lichid din volumul 4 se reface prin căldura primită în mod continuu de la ciclul de vaporizare-condensare din recipientul 2. Dacă nu este nevoie de vapori de alcool, încălzitorul 3 este oprit automat de către regulatorul 26.

Claims (13)

1. Revendicări 1

   1. Generatorul de obținere a vaporilor de alcool cuprinde un recipient cu alcool lichid 3 (1) ce conține un volum de alcool lichid (4) stabilit până la un nivel predeterminat (5), determinat cu ajutorul unui detector de nivel (28), și care este prevăzut cu niște mijloace de 5 alimentare cu alcool lichid (24,29, 30), precum și cu niște mijloace de livrare (13,14) a vaporilor creați în interiorul recipientului cu alcool lichid (1) către un consumator sau un mijloc de 7 colectare, caracterizat prin aceea că recipientul cu alcool lichid (1) are amplasat în interior, la partea lui inferioară, un al doilea recipient (2), umplut parțial cu un volum predeterminat 9 de apă dublu distilată (8), având montat în interior un încălzitor electric (3), care încălzește volumul de dublu distilată (8), astfel încât vaporii de apă care circulă în spațiul (10) de la par- 11 tea superioară a celui de-al doilea recipient (2), condensează pe peretele interior al acestuia, cedând căldură către perete și apoi către alcoolul lichid din recipient (1), transformându-l 13 parțial în vapori.
2. 2. Generator de obținere a vaporilor de alcool conform revendicării 1, caracterizat 15 prin aceea că respectiva conductă de alimentare cu apă dublu distilată (7), care asigură nivelul în cel de-al doilea recipient (2), este conectată la o conductă exterioară de alimentare 17 cu apă dublu distilată (20) prin intermediul unui robinet (19).
3. 3. Generator de obținere a vaporilor de alcool, conform revendicării 1, caracterizat 19 prin aceea că recipientul cu alcool lichid (1) este echipat cu un prim termocuplu (12), folosit pentru măsurarea temperaturii vaporilor de alcool, un al doilea termocuplu (33) folosit pentru 21 măsurarea temperaturii volumului de alcool lichid și un regulator automat (11) folosit pentru monitorizarea și ajustarea temperaturilor măsurate de cele două termocupluri. 23
4. 4. Generator de obținere a vaporilor de alcool, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că cel de-al doilea recipient (2) este echipat cu un termocuplu (9) folosit pentru 25 măsurarea temperaturii vaporilor de apă dublu distilată și un regulator automat (15) folosit pentru monitorizare acesteia. 27
5. 5. Generator de obținere a vaporilor de alcool, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că cel de-al doilea recipient (2) are montat un manometru (26) utilizat pentru 29 măsurarea presiunii vaporilor de apă dublu distilată.
6. 6. Generator de obținere a vaporilor de alcool, conform revendicării 1, caracterizat 31 prin aceea că cel de-al doilea recipient (2) are montată o conductă pentru eliminarea aerului (27), care este conectată la o conductă de evidențiere a prezenței vaporilor de apă (18) prin 33 intermediul unui robinet de separare (17).
7. 7. Generator de obținere a vaporilor de alcool, conform revendicării 1, caracterizat 35 prin aceea că cel de-al doilea recipient (2) are montată o supapă de siguranță (25).
8. 8. Metodă de obținere a vaporilor de alcool, utilizând generatorul conform revendicării 37 1, caracterizată prin aceea că se desfășoară în următoarele etape: umplerea recipientului cu alcool lichid (1) până la nivelul prestabilit, vizualizat cu ajutorul unui indicator de nivel, 39 umplerea celui de-al doilea recipient (2) cu apă dublu distilată până la nivelul prestabilit, vizualizat cu ajutorul unui indicator de nivel, pornirea încălzitorului electric, formarea vaporilor 41 la partea superioară a recipientului (2) de apă dublu distilată și cedarea căldurii către peretele recipientului (2), și apoi de la perete la alcoolul lichid din recipientul (1), transfor- 43 mându-l parțial în vapori.
9. 9. Metodă de obținere a vaporilor de alcool, caracterizată prin aceea că nivelul apei 45 în cel de-al doilea recipient (2) este asigurat de o conductă de alimentare cu apă dublu distilată (7), care este conectată la o conductă exterioară de alimentare cu apă dublu distilată 47 (20) prin intermediul robinetului (19).

   RO 131414 Β1

   1
10. 10. Metodă de obținere a vaporilor de alcool, caracterizată prin aceea că monitorizarea și ajustarea temperaturilor vaporilor de alcool și a temperaturii alcoolului lichid se reali3 zează cu ajutorul unui regulator automat (11).
11. 11. Metodă de obținere a vaporilor de alcool, caracterizată prin aceea că monitori5 zarea temperaturilor vaporilor de apă dublu distilată se realizează cu ajutorul unui regulator automat (15).

    7
12. 12. Metodă de obținere a vaporilor de alcool, caracterizată prin aceea că monitorizarea presiunii apei dublu distilate din cel de-al doilea recipient (2) se realizează cu ajutorul

    9 unui manometru (26).
13. 13. Metodă de obținere a vaporilor de alcool, caracterizată prin aceea că, la pune11 rea în funcțiune a generatorului de vapori, evacuarea aerului din cel de-al doilea recipient (2) se face prin intermediul unei conducte pentru eliminarea aerului (27), care este conectată

    13 la o conductă de evidențiere a prezenței vaporilor de apă (18) prin intermediul unui robinet de separare (17).