RU2182029C1 - Liquid distribution unit - Google Patents

Abstract

FIELD: liquid distribution units forming thin films; chemical industry for evaporation of corrosive active liquids, hydrogen fluoride in particular. SUBSTANCE: liquid distribution unit is made in form of hollow cylinder located in circular space between vertical cylindrical heating surfaces whose upper end is secured in tube sheet and provided with circular pocket in upper portion; holes of similar diameter are made over circumference of part of cylinder and pocket at the same height; these holes are used for draining starting liquid over both surfaces of cylinder. EFFECT: intensification of evaporation process due to use of entire surface of evaporator; reduced corrosion due to avoidance of direct contact of liquid with heating surfaces. 1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к устройствам для распределения жидкости с созданием тонкой пленки и может быть использовано в химической промышленности для испарения коррозионно-активных жидкостей, в частности в трубчатом пленочном испарителе сжиженного фтористого водорода. The invention relates to a device for distributing liquid with the creation of a thin film and can be used in the chemical industry for the evaporation of corrosive liquids, in particular in a tubular film evaporator of liquefied hydrogen fluoride.

Известен аппарат для обработки жидкости в тонком слое, например, для отгонки низкомолекулярных соединений, содержащий вертикальный корпус с греющей рубашкой, испарительную трубу, соединенную в нижней части с корпусом аппарата с образованием кольцевого кармана, и установленный в верхнем конце трубы цилиндрический пленкообразователь, на наружной поверхности которого выполнены взаимно пересекающиеся канавки, направленные под углом к его оси [авт. св. СССР 394054, кл. В 01 D 1/22, опубл. 22.08.73]. Отгонка низкомолекулярных соединений в известном аппарате сопряжена с коррозионным разрушением испарительной трубы в случае испарения коррозионно-активных жидкостей, в частности фтористого водорода, из-за накопления в кольцевом кармане, образованном испарительной трубой и корпусом аппарата, плавиковой кислоты. Кроме того, известный аппарат содержит лишь одну обогреваемую испарительную поверхность, поэтому интенсивность испарения жидкости мала. A known device for processing liquid in a thin layer, for example, for distillation of low molecular weight compounds, containing a vertical body with a heating jacket, an evaporation pipe connected at the bottom with the body of the device with the formation of an annular pocket, and a cylindrical film former installed at the upper end of the pipe, on the outer surface which are mutually intersecting grooves directed at an angle to its axis [ed. St. USSR 394054, class B 01 D 1/22, publ. 08/22/73]. The distillation of low molecular weight compounds in a known apparatus is associated with corrosion destruction of the evaporation tube in the case of evaporation of corrosive liquids, in particular hydrogen fluoride, due to the accumulation of hydrofluoric acid in the annular pocket formed by the evaporation tube and the apparatus body. In addition, the known apparatus contains only one heated evaporation surface, therefore, the rate of evaporation of the liquid is small.

Для интенсификации процесса предложен выпарной аппарат пленочного типа, содержащий обогреваемый вертикальный корпус с размещенной в нем цилиндрической камерой с греющей рубашкой, а также с установленной по оси камеры питательной трубой с направляющим конусом, помещенным в кольцевом пространстве между камерой и трубой [авт. св. СССР 610533, кл. В 01 D 1/22, опубл. 15.06.78] . При увеличении интенсивности выпаривания известное устройство не решает проблемы уменьшения коррозионной активности в процессе испарения агрессивных жидкостей. To intensify the process, a film-type evaporation apparatus is proposed, containing a heated vertical case with a cylindrical chamber with a heating jacket placed in it, and also with a feed tube mounted along the chamber axis with a guide cone placed in the annular space between the chamber and the pipe [ed. St. USSR 610533, class B 01 D 1/22, publ. 06/15/78]. With an increase in the evaporation rate, the known device does not solve the problem of reducing corrosion activity during the evaporation of aggressive liquids.

В значительной мере проблема снижения коррозионной активности в процессе испарения агрессивных жидкостей решается конструкцией трубчатого пленочного аппарата по авт. св. СССР 1197682, кл. В 01 D 1/22, опубл. 15.12.85. Конструкция указанного аппарата предусматривает устройство для распределения жидкости в виде стекающей пленки, наиболее близкое к предлагаемому по совокупности существенных признаков. Данное устройство представляет собой вертикальный полый цилиндр (трубу), размещенный в кольцевом пространстве, образованном вертикальным цилиндрическим корпусом аппарата и греющей цилиндрической поверхностью в виде вертикальной трубы Фильда, размещенной по оси аппарата, и закрепленный верхним концом в трубной решетке. При подаче распределяемой жидкости сверху на трубную решетку она свободно стекает по внутренней поверхности трубы. To a large extent, the problem of reducing corrosion activity during the evaporation of aggressive liquids is solved by the design of a tubular film apparatus according to ed. St. USSR 1197682, class B 01 D 1/22, publ. 12/15/85. The design of the specified apparatus provides a device for distributing liquid in the form of a falling film, which is closest to the proposed combination of essential features. This device is a vertical hollow cylinder (pipe) located in the annular space formed by the vertical cylindrical body of the apparatus and the heating cylindrical surface in the form of a vertical Field pipe placed along the axis of the apparatus and fixed with its upper end in the tube sheet. When dispensing liquid from above onto the tube sheet, it flows freely along the inner surface of the tube.

В известном аппарате исключается контакт греющей поверхности с агрессивной жидкостью, тем самым решается проблема предупреждения коррозионного разрушения оборудования. Однако производительность известного аппарата недостаточно высока, так как предусмотренное его конструкцией распределительное устройство позволяет создать стекающую пленку жидкости лишь на внутренней поверхности трубы, в связи с чем внешняя поверхность трубы не используется. In the known apparatus, contact of the heating surface with aggressive liquid is eliminated, thereby solving the problem of preventing corrosion damage to the equipment. However, the productivity of the known apparatus is not high enough, since the switchgear provided for by its design allows you to create a flowing liquid film only on the inner surface of the pipe, and therefore the outer surface of the pipe is not used.

Техническая задача настоящего изобретения - устранение указанного недостатка. The technical task of the present invention is to remedy this drawback.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для распределения жидкости в виде стекающей пленки, содержащем вертикальный полый цилиндр, размещенный в кольцевом пространстве между вертикальными цилиндрическими поверхностями и закрепленный верхним концом в трубной решетке, согласно изобретению верхняя часть вертикального цилиндра дополнительно оборудована кольцевым карманом для приема и расхода жидкости, вертикальный цилиндр и кольцевой карман по всей окружности на одинаковой высоте имеют по ряду отверстий одинакового диаметра для слива жидкости. The problem is solved in that in a device for distributing liquid in the form of a falling film containing a vertical hollow cylinder located in the annular space between the vertical cylindrical surfaces and fixed with its upper end in the tube sheet, according to the invention, the upper part of the vertical cylinder is additionally equipped with an annular pocket for receiving and the fluid flow rate, the vertical cylinder and the annular pocket along the entire circumference at the same height have a number of holes of the same diameter and to drain the fluid.

На чертеже изображен трубчатый пленочный аппарат с устройством для распределения жидкости согласно данному изобретению, вертикальный разрез. The drawing shows a tubular film apparatus with a device for distributing liquid according to this invention, a vertical section.

Аппарат содержит корпус 1 и обогревающую рубашку 2. В корпусе расположены трубы Фильда 3 и 4, закрепленные в трубных решетках 5 и 6. Между вертикальными цилиндрическими поверхностями корпуса и труб Фильда образовано кольцевое пространство. Для ввода обрабатываемой жидкости установлен штуцер 7. Обработку жидкости проводят на внутренней и внешней поверхностях вертикального цилиндра 8, закрепленного в трубной решетке 9. В верхней части вертикального цилиндра размещен кольцевой карман 10. Для распределения обрабатываемой жидкости по наружной и внутренней поверхностям цилиндра 8 как цилиндр, так и карман по всей окружности на одинаковой высоте имеют по ряду сливных отверстий 11 одинакового диаметра. Для вывода обработанной жидкости и образующихся паров в днище аппарата имеется штуцер 12. Штуцеры 13, 14, 15 и 16 предназначены для ввода и вывода теплоносителя, используемого для нагрева поверхностей трубы 4 и корпуса 1. The apparatus comprises a housing 1 and a heating jacket 2. In the housing there are Filter tubes 3 and 4 fixed in the tube sheets 5 and 6. An annular space is formed between the vertical cylindrical surfaces of the housing and the Filter tubes. A nozzle 7 is installed for introducing the fluid to be processed. The fluid is treated on the inner and outer surfaces of the vertical cylinder 8 fixed in the tube sheet 9. An annular pocket 10 is placed at the top of the vertical cylinder. For distributing the fluid to be treated on the outer and inner surfaces of the cylinder 8 as a cylinder and a pocket along the entire circumference at the same height have a number of drain holes 11 of the same diameter. For the outlet of the treated liquid and the generated vapors, there is a fitting 12 in the bottom of the apparatus. The fittings 13, 14, 15 and 16 are intended for the input and output of the heat carrier used to heat the surfaces of the pipe 4 and the housing 1.

При работе устройства обрабатываемая жидкость поступает через штуцер 7 и стекает по трубной решетке 9 через карман 10 и отверстия 11 в виде тонкой пленки по внутренней и внешней поверхностям вертикального цилиндра 8. Теплоноситель, подаваемый и выводимый через патрубки 13, 14, 15 и 16, создает нагрев трубы 4 и корпуса 1, от излучения которых происходит нагрев цилиндра 8 и стекающей по его поверхности жидкости и испарение жидкости. Пары обрабатываемой жидкости нагреваются от греющих поверхностей за счет конвекции и дополнительно нагревают стекающую жидкость, после чего вместе с остатками неиспарившейся жидкости выводятся из аппарата через штуцер 12. During operation of the device, the processed fluid flows through the nozzle 7 and flows down the tube sheet 9 through the pocket 10 and the holes 11 in the form of a thin film on the inner and outer surfaces of the vertical cylinder 8. The heat carrier supplied and discharged through the nozzles 13, 14, 15 and 16 creates heating of the pipe 4 and the housing 1, from the radiation of which the cylinder 8 and the liquid flowing down along its surface and the liquid evaporates. Vapors of the processed liquid are heated from the heating surfaces due to convection and additionally heat the flowing liquid, after which, together with the remnants of the non-evaporated liquid, are removed from the apparatus through the nozzle 12.

Пример. Example.

Проводили испарение безводного фтористого водорода в пленочном испарителе с устройством для распределения жидкости предлагаемой конструкции при нагреве стекающей пленки жидкости конвективным нагревом парами испаряющегося фтористого водорода и тепловыми лучами нагретой поверхности (конвективно-радиационный нагрев). В качестве теплоносителя использовали водяной пар высокого давления. Температура греющих поверхностей около 150^oС. Температура выходящего испаренного фтористого водорода 36-38^oС. Давление в системе 1,6-1,7 абс. атм. Расход подаваемого на испарение фтористого водорода составил 170-250 кг/ч, поверхность испарения 1,3 м². Поскольку скрытая теплота испарения HF 8 ккал/моль, достигнутый коэффициент теплоотдачи составил 460-675 ккал/м²•ч•^oС.Anhydrous hydrogen fluoride was evaporated in a film evaporator with a device for distributing the liquid of the proposed design by heating the flowing liquid film by convective heating by vapor of evaporating hydrogen fluoride and by the heat rays of the heated surface (convective radiation heating). High pressure water vapor was used as a heat carrier. The temperature of the heating surfaces is about 150 ^o C. The temperature of the outgoing evaporated hydrogen fluoride is 36-38 ^o C. The pressure in the system is 1.6-1.7 abs. atm The flow rate of hydrogen fluoride supplied to the evaporation was 170-250 kg / h, the evaporation surface was 1.3 m ² . Since the latent heat of vaporization of HF is 8 kcal / mol, the achieved heat transfer coefficient was 460-675 kcal / m ² • h • ^o C.

После непрерывной эксплуатации испарителя в течение 4 месяцев проведен осмотр греющих и испаряющих поверхностей испарителя: видимых коррозионных разрушений не обнаружено, скорость коррозии образцов хромоникелевой стали 12Х18Н10Т не превышает 0,001 г/м²•ч.After continuous operation of the evaporator for 4 months, the heating and evaporating surfaces of the evaporator were inspected: no visible corrosion damage was found, the corrosion rate of 12Kh18N10T chromium-nickel steel samples did not exceed 0.001 g / m ² • h.

Использование предлагаемого устройства для распределения жидкости обеспечивает по сравнению с известными устройствами интенсификацию теплообмена за счет использования всей поверхности испарителя, при этом снижена коррозия за счет отсутствия прямого контакта греющей поверхности с испаряемой жидкостью, что обеспечивает экологическую безопасность устройства. The use of the proposed device for the distribution of liquid provides, in comparison with known devices, the intensification of heat transfer through the use of the entire surface of the evaporator, while reducing corrosion due to the lack of direct contact of the heating surface with the evaporated liquid, which ensures environmental safety of the device.

Claims (1)

Устройство для распределения жидкости в виде стекающей пленки, содержащее вертикальный полый цилиндр, размещенный в кольцевом пространстве между вертикальными цилиндрическими поверхностями и закрепленный верхним концом в трубной решетке, отличающееся тем, что верхняя часть вертикального цилиндра дополнительно оборудована кольцевым карманом для приема и расхода жидкости, вертикальный цилиндр и кольцевой карман по всей окружности на одинаковой высоте имеют по ряду отверстий одинакового диаметра для слива жидкости. A device for distributing liquid in the form of a falling film containing a vertical hollow cylinder located in the annular space between the vertical cylindrical surfaces and fixed with its upper end in the tube sheet, characterized in that the upper part of the vertical cylinder is additionally equipped with an annular pocket for receiving and flowing liquid, a vertical cylinder and the annular pocket along the entire circumference at the same height have a number of holes of the same diameter for draining the liquid.