RU65777U1 - DROP FILTER - Google Patents

Abstract

Использование: для концентрирования растворов в химической промышленности и в глиноземном производстве Сущность полезной модели: Выпарной аппарат с падающей пленкой содержит греющую камеру с вертикально установленными теплообменными трубками, закрепленными в верхней и нижней трубных решетках, верхнюю и нижнюю растворные камеры, примыкающие к трубным решеткам, форсунку для распыления исходного раствора, распределитель и патрубок для подвода пара, установленные в верхней растворной камере, а также сепаратор с патрубком для вывода вторичного пара. Новым в аппарате является то, что в верхней растворной камере ниже форсунки установлен кожух, охватывающий факел струй и капель (факел распыла), который возникает при работе форсунки, размещенный с зазором относительно форсунки и примыкающий в нижней части к стенкам растворной камеры или к верхней трубной решетке. Кроме того, кожухом, охватывающим факел распыла, могут служить стенки растворной камеры, выполненные конусными, в верхней части кожуха может быть размещена камера всасывания, охватывающая форсунку, а патрубок подвода пара может быть установлен в стенке камеры всасывания. Патрубок для подвода пара, установленный в верхней растворной камере или во всасывающей камере может быть сообщен с патрубком для вывода пара из сепаратора. Под форсункой над верхней трубной решеткой может быть установлен распределитель. Распределитель может быть выполнен в виде сетки с квадратными ячейками размером от 3×3 до 8×8 мм. Распределитель может быть выполнен в виде решетки, состоящей из вертикально установленных пластин. Для оснащения аппарата может быть использована струйно-вихревая форсунка с цилиндрическим вкладышем.Usage: for concentrating solutions in the chemical industry and in alumina production. The essence of the utility model: An evaporator with a falling film contains a heating chamber with vertically mounted heat transfer tubes fixed in the upper and lower tube sheets, the upper and lower solution chambers adjacent to the tube sheets, nozzle for spraying the initial solution, a distributor and a nozzle for supplying steam installed in the upper solution chamber, as well as a separator with a nozzle for withdrawing the WTO ary steam. New in the apparatus is that in the upper solution chamber below the nozzle there is a casing covering the torch of jets and drops (spray torch), which occurs during the operation of the nozzle, placed with a gap relative to the nozzle and adjacent in the lower part to the walls of the mortar chamber or to the upper pipe bars. In addition, the walls of the mortar chamber made of conical can serve as a casing covering the spray torch, a suction chamber covering the nozzle can be placed in the upper part of the casing, and a steam supply pipe can be installed in the wall of the suction chamber. A steam supply pipe installed in the upper solution chamber or in the suction chamber can be in communication with a pipe for withdrawing steam from the separator. A distributor can be installed under the nozzle above the upper tube sheet. The distributor can be made in the form of a grid with square cells ranging in size from 3 × 3 to 8 × 8 mm. The distributor can be made in the form of a grid consisting of vertically mounted plates. To equip the apparatus, a jet-vortex nozzle with a cylindrical insert can be used.

Description

Полезная модель относится к выпарному оборудованию, которое используется в химической промышленности и в глиноземном производстве, и может быть применено в других отраслях техники, где осуществляется концентрирование растворов.The utility model relates to evaporation equipment, which is used in the chemical industry and in alumina production, and can be used in other branches of technology where solutions are concentrated.

Выпарные аппараты с падающей пленкой являются наиболее эффективным и экономичным выпарным оборудованием, так как конструктивная простота и высокая интенсивность теплопередачи позволяют выполнять процесс выпаривания с минимальными капитальными и эксплуатационными затратами.Evaporators with a falling film are the most effective and economical evaporation equipment, since the structural simplicity and high intensity of heat transfer allow the evaporation process to be carried out with minimal capital and operating costs.

При этом эффективность аппаратов и, соответственно, экономичность работы установок с использованием выпарных аппаратов с падающей пленкой в значительной степени определяются полнотой нагрева исходного раствора до температуры кипения и затратами на этот нагрев, а также надежностью и стоимостью пленкообразующих устройств. В общем случае выпарной аппарат с падающей пленкой представляет комплекс следующих основных важных элементов: греющей камеры, выполненной в виде пучка вертикально установленных теплообменных труб, подогревателя исходного раствора и устройства для формирования тонкого слоя ("пленки") на внутренней поверхности теплообменных труб, располагающегося над верхними торцами теплообменных труб.At the same time, the efficiency of the apparatus and, accordingly, the economics of operation of plants using evaporators with a falling film are largely determined by the completeness of heating of the initial solution to the boiling point and the costs of this heating, as well as the reliability and cost of the film-forming devices. In the general case, a falling film evaporator represents a complex of the following main important elements: a heating chamber made in the form of a bundle of vertically mounted heat exchange tubes, an initial solution heater and a device for forming a thin layer (“film”) on the inner surface of the heat exchange tubes located above the upper ends of heat transfer pipes.

Известны выпарные установки (выпарные комплексы), в которых нагрев исходного раствора или жидкого продукта, подлежащего выпариванию в выпарных аппаратах с падающей пленкой, производится в отдельных кожухотрубных аппаратах-подогревателях, сообщающихся с выпарными аппаратами растворными и паровыми трубопроводами (см.например, книгу: Липатов Н.Н., Харитонов В.Д. "Сухое молоко", М., Изд. "Легкая и пищевая промышленность", 1981, стр.65, рис.16). Недостаток такого выпарного комплекса состоит в высокой металлоемкости и больших габаритах, определяющих его высокую стоимость.Evaporation units (evaporation complexes) are known in which the initial solution or liquid product to be evaporated in evaporators with a falling film is heated in separate shell-and-tube heaters that communicate with evaporators with solution and steam pipelines (see, for example, the book: Lipatov NN, Kharitonov VD "Milk powder", M., Publishing house "Light and food industry", 1981, p. 65, Fig. 16). The disadvantage of this evaporation complex is its high metal consumption and large dimensions, which determine its high cost.

Известен другой выпарной комплекс, включающий выпарной аппарат с падающей пленкой и прямоконтактный подогреватель исходного раствора (пат. Франции №1511081, В01D, фиг.1). В этом комплексе исходный раствор диспергируется форсункой, размещенной в отдельном корпусе, в поток пара, поступающего снизу из сепаратора выпарного аппарата. Раствор нагревается за счет конденсации пара на поверхности струй и капель, образующихся в форсунке. Применение прямоконтактного нагрева позволяет уменьшить стоимость подогревателя и, соответственно, комплекса Another evaporation complex is known, including an evaporator with a falling film and a direct contact heater of the initial solution (US Pat. France No. 1511081, B01D, Fig. 1). In this complex, the initial solution is dispersed by a nozzle placed in a separate housing into the steam stream coming from below from the evaporator separator. The solution is heated by condensation of the vapor on the surface of the jets and drops formed in the nozzle. The use of direct contact heating reduces the cost of the heater and, accordingly, the complex

в целом. Однако применение подогревателя, вынесенного из корпуса выпарного аппарата, предопределяет необходимость в увеличенных производственных площадях для размещения комплекса. Кроме того, для орошения греющих трубок выпарного аппарата и создания пленки выпариваемого раствора в трубках требуется специальное пленкоформирующее устройство.generally. However, the use of a heater, taken out of the evaporator body, predetermines the need for increased production areas to accommodate the complex. In addition, a special film-forming device is required to irrigate the heating tubes of the evaporator and create a film of the evaporated solution in the tubes.

Указанные недостатки отсутствуют в известном выпарном аппарате с падающей пленкой, включающем греющую камеру, выполненную в виде пучка вертикальных теплообменных труб, закрепленных по концам в трубных решетках, к которым примыкают верхняя и нижняя растворные камеры (пат. США №4981555, В01D 1/22, 1991, фиг.2). В этом известном аппарате форсунка для распыления исходного раствора размещена в верхней растворной камере, выше форсунки размещен ввод пара, а ниже этого ввода, но выше форсунки установлена горизонтально плоская распределительная решетка (сетка). Форсунка в этом выпарном аппарате предназначена для равномерного орошения верхних торцов теплообменных трубок, закрепленных в верхней трубной решетке, и для создания пленки раствора на внутренней поверхности этих трубок (т.е. является пленкоформирующим устройством). Пар повышенных параметров, поступающий через ввод, размещенный в верхней части растворной камеры и сообщенный с предыдущим выпарным аппаратом, работающим при более высоком давлении пара, служит для увеличения скорости отекания вниз пленки обрабатываемого раствора в теплообменных трубках, увеличения турбулизации этой пленки и интенсификации тем самым теплопередачи в греющей камере, а также для предотвращения инкрустации поверхности теплообмена и образования на ней отложений. В конечном итоге это увеличивает производительность выпарного аппарата. Аппарат может быть снабжен плоской распределительной решеткой (сеткой), установленной горизонтально на высоте между вводом пара и форсункой, предназначена для обеспечения равномерного распределения потока пара по поперечному сечению растворной камеры и, соответственно, по теплообменным трубкам. Однако, по мнению авторов, этот распределитель не является обязательным.These disadvantages are absent in the known evaporating apparatus with a falling film, including a heating chamber, made in the form of a bundle of vertical heat exchange tubes fixed at the ends in tube sheets to which the upper and lower solution chambers are adjacent (US Pat. No. 4,981,555, B01D 1/22, 1991, FIG. 2). In this known apparatus, a nozzle for spraying the initial solution is placed in the upper solution chamber, a steam inlet is placed above the nozzle, and a horizontally flat distribution grid (grid) is installed below the nozzle, but above the nozzle. The nozzle in this evaporator is designed to uniformly irrigate the upper ends of the heat exchange tubes fixed in the upper tube sheet and to create a solution film on the inner surface of these tubes (i.e. it is a film-forming device). The steam of increased parameters entering through an input located in the upper part of the solution chamber and communicated with the previous evaporation apparatus operating at a higher vapor pressure serves to increase the speed of downward flowing of the film of the treated solution in heat transfer tubes, increase the turbulization of this film and thereby intensify heat transfer in the heating chamber, as well as to prevent incrustation of the heat exchange surface and the formation of deposits on it. Ultimately, this increases the performance of the evaporator. The apparatus can be equipped with a flat distribution grid (grid), installed horizontally at a height between the steam inlet and the nozzle, designed to ensure uniform distribution of the steam flow over the cross section of the solution chamber and, accordingly, through heat transfer tubes. However, according to the authors, this distributor is not mandatory.

Преимущества известного выпарного комплекса обусловлены совмещением в одном аппарате греющей (выпарной) камеры с падающей пленкой и прямоконтактного подогревателя исходного раствора, который одновременно служит распределяющим и пленкообразующим устройством. Такое совмещение позволяет сократить до минимума растворные и паровые коммуникации, уменьшить габариты и металлоемкость комплекса и в результате существенно снизить стоимость комплекса (аппарата), а также уменьшить производственные площади, необходимые для его размещения.The advantages of the known evaporation complex are due to the combination in one apparatus of a heating (evaporation) chamber with a falling film and a direct contact heater of the initial solution, which simultaneously serves as a distribution and film-forming device. This combination allows you to minimize mortar and steam communications, reduce the size and metal consumption of the complex and as a result significantly reduce the cost of the complex (apparatus), as well as reduce the production area required for its placement.

По технической сущности и достигаемому положительному эффекту этот выпарной аппарат с встроенным прямоконтактным подогревателем исходного раствора наиболее близок к заявляемому техническому решению и поэтому принят заявителями в качестве прототипа.In terms of technical nature and the achieved positive effect, this evaporator with an integrated direct contact heater of the initial solution is the closest to the claimed technical solution and is therefore accepted by the applicants as a prototype.

Недостаток выпарного аппарата, принятого за прототип, состоит в том, что в нем не используется механическая энергия факела струй и капель раствора (факела расраспыла), создаваемого форсункой, которая при определенном конструктивном оформлении верхней растворной камеры и форсунки может быть использована при применении эффекта струйного насоса для повышения давления пара, подаваемого в растворную камеру, с целью увеличения экономичности работы прямоконтактного подогревателя и интенсификации теплопередачи в теплообменных трубках выпарного аппарата.The disadvantage of the evaporation apparatus adopted for the prototype is that it does not use the mechanical energy of the jet of nozzles and droplets of solution (spray nozzle) created by the nozzle, which, with a certain design of the upper solution chamber and nozzle, can be used when applying the effect of the jet pump to increase the pressure of the steam supplied to the solution chamber, in order to increase the efficiency of the direct contact heater and to intensify the heat transfer in the heat exchanger tubes Foot machine.

Конструктивные недостатки прототипа, препятствующие достаточно полному проявлению эффекта струйного насоса, состоят в следующем.The design flaws of the prototype that impede a sufficiently complete manifestation of the effect of the jet pump are as follows.

Форсунка помещена свободно в паровом пространстве верхней растворной камеры, вследствие чего при работе форсунки в объеме растворной камеры появляются циркуляционные потоки пара, нарушающие всасывающее и нагнетательное действие факела распыла: пар, увлекаемый периферийными струями факела, с нижнего конца факела свободно перемещается в окружающее паровое пространство и возвращается обратно к форсунке, выравнивая давление пара по длине факела и нарушая всасывающую способность факела у форсунки, препятствуя тем самым проникновению пара в центральную часть факела. Описанные паразитные потоки пара в паровом пространстве верхней растворной камеры в аппарате-прототипе приведены на фиг.1.The nozzle is placed freely in the vapor space of the upper solution chamber, as a result of which, during operation of the nozzle, circulating steam flows appear in the volume of the solution chamber, disrupting the suction and discharge effect of the spray jet: the vapor entrained by the peripheral jets of the jet from the lower end of the jet moves freely into the surrounding vapor space and returns to the nozzle, equalizing the vapor pressure along the length of the torch and violating the suction capacity of the torch at the nozzle, thereby preventing the penetration of and in the central part of the torch. Described parasitic steam flows in the vapor space of the upper solution chamber in the apparatus of the prototype are shown in figure 1.

Распределитель, который предполагается устанавливать в паровом пространстве верхней растворной камеры в аппарате-прототипе между паровым патрубком и форсункой, создает сопротивление движению пара к форсунке, уменьшая всасывающей действие струй раствора на выходе из форсунки, а также выравнивает перепад давления вдоль периферийных струйных потоков раствора.The distributor, which is supposed to be installed in the vapor space of the upper solution chamber in the prototype apparatus between the steam nozzle and the nozzle, creates resistance to the movement of steam to the nozzle, reducing the suction effect of the solution jets at the outlet of the nozzle, and also equalizes the pressure drop along the peripheral stream of the solution.

По указанным причинам нагнетательное действие факела распыла, создаваемое форсункой, в аппарате прототипе незначительно и практически не увеличивает ни температуры пара в нижней части факела, что обусловливало бы улучшение работы подогревателя, ни повышение давления пара на входе в теплообменные трубки, что позволило бы увеличить скорость отекания пленки раствора, турбулизацию этой пленки и интенсивность теплопередачи при выпаривании.For these reasons, the injection effect of the spray torch created by the nozzle in the prototype apparatus is insignificant and practically does not increase either the steam temperature in the lower part of the torch, which would lead to an improvement in the operation of the heater, or an increase in steam pressure at the inlet to the heat exchange tubes, which would increase the speed of outflow solution films, turbulization of this film and heat transfer rate during evaporation.

Цель заявляемого технического решения состоит в устранении указанных недостатков и создании условий для максимального проявления нагнетательного действия факела струй и капель, создаваемого форсункой, и повышения тем самым давления пара в нижней части факела, что позволяет повысить температуру нагрева раствора перед поступлением в теплообменные трубки и интенсивность теплопередачи в этих трубках, а также увеличить экономичность выпарного аппарата.The purpose of the claimed technical solution is to eliminate these drawbacks and create conditions for the maximum manifestation of the injection action of the jet and droplet torch created by the nozzle, and thereby increase the vapor pressure in the lower part of the torch, which allows to increase the heating temperature of the solution before entering the heat transfer tubes and the heat transfer rate in these tubes, and also increase the efficiency of the evaporator.

Поставленная цель достигается тем, что в выпарном аппарате с падающей пленкой, содержащем греющую камеру с вертикально установленными теплообменными трубками, закрепленными в верхней и нижней трубных решетках, верхнюю и нижнюю растворные камеры, примыкающие к трубным решеткам, форсунку для распыления исходного раствора и патрубок для подвода пара, установленные в верхней растворной камере, а также сепаратор с патрубком для вывода вторичного пара, новым является то, что в верхней растворной камере ниже форсунки установлен кожух, охватывающий факел струй и капель (факел распыла), который возникает при работе форсунки, размещенный с зазором относительно форсунки и примыкающий нижней части к стенкам растворной камеры или к верхней трубной решетке.This goal is achieved by the fact that in the evaporator with a falling film containing a heating chamber with vertically mounted heat exchanger tubes fixed in the upper and lower tube sheets, the upper and lower solution chambers adjacent to the tube sheets, a nozzle for spraying the initial solution and a nozzle for supplying steam installed in the upper solution chamber, as well as a separator with a nozzle for outputting the secondary steam, it is new that a casing is installed in the upper solution chamber below the nozzle, covering the torch of jets and drops (spray torch) that occurs during the operation of the nozzle, placed with a gap relative to the nozzle and adjacent the lower part to the walls of the mortar chamber or to the upper tube sheet.

Кожухом, охватывающим факел распыла, могут служить стенки растворной камеры, выполненные конусными, в верхней части конусной камеры может быть размещена камера всасывания, с зазором охватывающая форсунку, а патрубок подвода пара может быть установлен в стенке камеры всасывания.The walls of the solution chamber made of conical can serve as a casing, covering the spray torch, the suction chamber can be placed in the upper part of the conical chamber, covering the nozzle with a gap, and the steam supply pipe can be installed in the wall of the suction chamber.

Патрубок для подвода пара, установленный в верхней растворной камере или во высасывающей камере, может быть сообщен с патрубком для вывода пара из сепаратора.A steam supply pipe installed in the upper solution chamber or in the exhaust chamber may be in communication with a pipe for withdrawing steam from the separator.

Под форсункой над верхней трубной решеткой может быть установлен распределитель.A distributor can be installed under the nozzle above the upper tube sheet.

Распределитель может быть выполнен в виде сетки с квадратными ячейками размерами от 3×3 до 8×8 мм.The distributor can be made in the form of a grid with square cells with sizes from 3 × 3 to 8 × 8 mm.

Распределитель может быть выполнен также в виде решетки, состоящий из вертикально установленных пластин.The distributor can also be made in the form of a lattice, consisting of vertically mounted plates.

Для оснащения аппарата может быть использована струйно-вихревая форсунка с цилиндрическим вкладышем, как наиболее эффективная конструкция для создания эффекта струйного насоса и прямоконтактного нагрева жидкости в заявляемом выпарном аппарате.To equip the apparatus, a jet-vortex nozzle with a cylindrical liner can be used as the most effective design for creating the effect of a jet pump and direct-contact heating of the liquid in the inventive evaporator.

Технический результат реализации предлагаемого аппарата заключается в том, что заявляемое размещение кожуха, охватывающего факел распыла форсунки, позволяет The technical result of the implementation of the proposed device is that the claimed placement of the casing, covering the spray nozzle, allows

организовать упорядоченное наиболее действенное взаимное движение струй и капель раствора, диспергированного форсункой, и пара, позволяющее в полной мере использовать механическую энергию этого факела для повышения тепловой эффективности прямоконтактного подогрева поступающего на выпаривание исходного раствора, а также для интенсификации процесса выпаривания этого раствора и осуществлять их более экономичным путем - с использованием пара пониженных параметров, образующегося в сепараторе этого выпарного аппарата. Это обеспечивается повышением давления и температуры пара, поступившего в растворную камеру, в факеле распыла раствора, обусловливающими увеличение температуры нагрева исходного раствора перед выпариванием, увеличение скорости пара и пленки раствора в теплообменных трубках, повышающее интенсивность теплопередачи в них. При этом нагнетательная способность апробированной заявителями форсунки достаточна для использования в качестве греющей и рабочей среды пара пониженного давления - вторичного пара, образующегося в сепараторе выпарного аппарата, что повышает экономичность осуществляемого процесса выпаривания.to organize the ordered most effective mutual movement of the jets and droplets of the solution dispersed by the nozzle and the steam, which makes it possible to fully use the mechanical energy of this torch to increase the thermal efficiency of direct contact heating of the initial solution supplied to evaporation, as well as to intensify the process of evaporation of this solution and carry out them more economical way - using a pair of reduced parameters formed in the separator of this evaporator. This is achieved by increasing the pressure and temperature of the steam entering the solution chamber in the spray jet of the solution, causing an increase in the heating temperature of the initial solution before evaporation, an increase in the speed of the vapor and the film of the solution in the heat transfer tubes, which increases the heat transfer intensity in them. At the same time, the injection capacity of the nozzle tested by the applicants is sufficient for use as a heating and working medium steam of reduced pressure - the secondary steam generated in the evaporator separator, which increases the efficiency of the evaporation process.

Анализ научно-технической и патентной литературы не выявил описания устройств с заявляемой совокупностью отличительных признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критериям "новизна" и "существенные отличия".The analysis of scientific, technical and patent literature did not reveal a description of devices with the claimed combination of distinctive features, which allows us to conclude that the proposed technical solution meets the criteria of "novelty" and "significant differences".

Прилагаемые чертежи на фиг.1-9 иллюстрируют принципиальные схемы потоков исходного раствора и пара в верхних растворных камерах аппарата-прототипа и заявляемого выпарного аппарата, а также конструкцию предлагаемого устройства. На фиг.1 приведена схема потоков исходного раствора и пара в верхней растворной камере выпарного аппарата-прототипа. На фиг.2 представлен общий вид заявляемого выпарного аппарата. На фиг.3 приведена схема движения потоков исходного раствора и пара в верхней растворной камере заявляемого аппарата. На фиг.4 показано размещение распределителя в верхней растворной камере заявляемого аппарата. Фиг.5 иллюстрирует гидродинамику потока исходного раствора, диспергированного форсункой и попадающего на распределитель в заявляемом аппарате. На фиг.6 представлена конструкция распределителя, выполненного из вертикально установленных пластин, а на фиг.7 - вид на этот распределитель сверху. На фиг.8 показан вариант конструкции заявляемого выпарного аппарата с конусной верхней растворной камерой. На фиг.9 приведена конструкция струйно-вихревой форсунки, использованной для оснащения заявляемого аппарата.The accompanying drawings in Figs. 1-9 illustrate schematic diagrams of the flows of the initial solution and steam in the upper solution chambers of the prototype apparatus and the inventive evaporator apparatus, as well as the design of the device of the invention. Figure 1 shows the flow pattern of the initial solution and steam in the upper solution chamber of the evaporation apparatus of the prototype. Figure 2 presents a General view of the inventive evaporator. Figure 3 shows a flow diagram of the flows of the initial solution and steam in the upper solution chamber of the claimed apparatus. Figure 4 shows the placement of the dispenser in the upper solution chamber of the claimed apparatus. Figure 5 illustrates the hydrodynamics of the flow of the initial solution dispersed by the nozzle and falling on the distributor in the inventive apparatus. Figure 6 shows the design of the distributor made of vertically mounted plates, and Fig.7 is a top view of this distributor. On Fig shows a design variant of the inventive evaporator with a conical upper solution chamber. Figure 9 shows the design of the jet-vortex nozzle used to equip the inventive apparatus.

Заявляемый выпарной аппарат (фиг.2) содержит греющую камеру 1 с теплообменными трубками 2, закрепленными в трубных решетках 3 и 4. К греющей камере примыкают верхняя 5 и нижняя 6 растворные камеры. Выпарной аппарат включает также сепаратор 7 с патрубком 8 для вывода вторичного пара. В верхней растворной камере размещены форсунка 9 для исходного раствора, кожух 10, охватывающий факел распыла раствора, возникающий при работе форсунки, и патрубок 11 для подвода пара, сообщенный с внешним источником пара или с патрубком 8 для вывода вторичного пара из сепаратора. Кожух 10 размещен с зазором 12 относительно форсунки.The inventive evaporator apparatus (figure 2) contains a heating chamber 1 with heat exchange tubes 2 fixed in the tube sheets 3 and 4. Upper 5 and lower 6 mortar chambers are adjacent to the heating chamber. The evaporator also includes a separator 7 with a pipe 8 for outputting the secondary steam. In the upper solution chamber there is a nozzle 9 for the initial solution, a casing 10 covering the spray jet of the solution that occurs during the operation of the nozzle, and a pipe 11 for supplying steam, in communication with an external source of steam or with a pipe 8 for withdrawing secondary steam from the separator. The casing 10 is placed with a gap 12 relative to the nozzle.

Выпарной аппарат работает следующим образом.The evaporator operates as follows.

Исходный раствор, направляемый на выпаривание, поступает в форсунку 9 и диспергируется ею. При этом в кожухе 10 образуется факел струй и капель раствора, направленный вниз. Достигая верхней трубной решетки, струи и капли раствора растекаются по ней, орошая верхние концы теплообменных трубок 2. При этом на внутренней поверхности трубок образуется пленка раствора, стекающая вниз. Для осуществления процесса выпаривания в межтрубное пространство камеры 1 подается свежий греющий пар.The initial solution, directed to evaporation, enters the nozzle 9 and is dispersed by it. In this case, a torch of jets and solution drops directed downward is formed in the casing 10. Reaching the upper tube sheet, sprays and drops of the solution spread along it, irrigating the upper ends of the heat exchange tubes 2. At the same time, a film of solution flows down on the inner surface of the tubes. To carry out the evaporation process, fresh heating steam is supplied to the annulus of chamber 1.

Для подогрева исходного раствора и интенсификации теплопередачи в теплообменных трубках в верхнюю растворную камеру через патрубок 11 может быть подан пар из любого источника, однако наиболее экономичным вариантом является подача в камеру вторичного пара из того выпарного аппарата, в который направляется исходный раствор. Этот пар через зазор 12 непосредственно у форсунки подсасывается в факел струй и капель, создаваемый форсункой, и распределяется по сечению факела (фиг.3). Высокоскоростным потоком струй и капель раствора подсасываемый пар нагнетается в нижнюю часть кожуха, где давление его увеличивается и, соответственно, возрастает температура конденсации. Часть этого пара конденсируется на поверхности струй и капель и нагревает их. При повышении температуры пара температура раствора, поступающего сверху в теплообменные трубки 2 также увеличивается. Несконденсировавшийся пар повышенного давления устремляется в теплообменные трубки 2 и, проходя по ним с большой скоростью, ускоряет и турбулизирует пленку раствора, чем интенсифицирует теплопередачу и, следовательно - процесс выпаривания. Концентрированный раствор стекает в нижнюю растворную камеру 6 и выводится из аппарата через патрубок в нижней части этой камеры. Образующийся вторичный пар в сепараторе 7 очищается от капель раствора, а затем через патрубок To heat the initial solution and intensify heat transfer in the heat transfer tubes, steam from any source can be supplied to the upper solution chamber through the pipe 11, however, the most economical option is to supply secondary steam to the chamber from the evaporator into which the initial solution is sent. This steam through the gap 12 directly at the nozzle is sucked into the torch of jets and drops created by the nozzle, and is distributed over the cross section of the torch (figure 3). With a high-speed stream of jets and solution droplets, the sucked-in steam is pumped into the lower part of the casing, where its pressure increases and, accordingly, the condensation temperature rises. Part of this vapor condenses on the surface of jets and drops and heats them. With increasing steam temperature, the temperature of the solution flowing from above into the heat exchange tubes 2 also increases. Non-condensed high-pressure steam rushes into the heat exchange tubes 2 and, passing through them with high speed, accelerates and turbulizes the film of the solution, which intensifies the heat transfer and, consequently, the evaporation process. The concentrated solution flows into the lower solution chamber 6 and is discharged from the apparatus through a pipe in the lower part of this chamber. The resulting secondary steam in the separator 7 is cleaned of droplets of solution, and then through the pipe

8 удаляется из сепаратора. Часть этого пара поступает в верхнюю растворную камеру через патрубок 11.8 is removed from the separator. Part of this vapor enters the upper solution chamber through the pipe 11.

При небольших расходах исходного раствора на выпаривание существует опасность неравномерного и неполного смачивание раствором внутренних стенок тепло-обменных трубок и тем самым выключение из работы части поверхности теплопередачи. В этом случае для увеличения равномерности орошения их на входе раствором целесообразно в нижней части кожуха 10 над верхней трубной решеткой установить распределитель раствора и пара 13, выполненный из металлических тонких стержней или из проволоки (сетку). Размещение распределителя 13 в верхней растворной камере (в кожухе) показано на фиг.4, а фиг.5 иллюстрирует гидродинамику потока исходного раствора, диспергированного форсункой, при ударе в прутья распределителя 13 и после распределителя на входе в теплообменные трубки 2. На фиг.5, выполненной по результатам высокоскоростной киносъемки, видно что множество образующихся в распределителе мелких вторичных струй и капель обеспечивают более равномерное распределение раствора по поверхности трубной решетки и по поверхности теплообменных труб. При этом вследствие многократного увеличения поверхности контакта раствора с паром имеет место весьма значительная интенсификация теплопередачи от пара к раствору и повышение эффективности работы прямо-контактного подогревателя. Проведенные исследования показали, что работа заявляемого выпарного аппарата наиболее эффективна при сеточном распределителе 13, имеющем размеры ячеек в диапазоне значений от 3×3 до 8×8 мм. При меньших размерах ячеек распределитель создает повышенное сопротивление движению потоков раствора и пара, существенно понижающее нагнетательный эффект факела распыла, а при размерах ячеек сетки больше указанного значения образуются весьма крупные вторичные струи, которые не обеспечивают равномерности орошения поверхности теплообменных трубок. Таким образом, распределитель-сетка в заявляемом аппарате служит не только для выравнивания потока пара по сечению растворной камеры, но также для более равномерного распределения раствора и в качестве эффективного оросителя теплообменных трубок. Кроме того, заявляемое расположение распределителя в виде сетки позволяет интенсифицировать работу прямоконтактного подогревателя исходного раствора.At low costs of the initial solution for evaporation, there is a risk of uneven and incomplete wetting by the solution of the internal walls of the heat transfer tubes and thereby shutting down part of the heat transfer surface from operation. In this case, to increase the uniformity of their irrigation at the inlet of the solution, it is advisable to install a solution distributor and steam 13 made of thin metal rods or wire (mesh) in the lower part of the casing 10 above the upper tube sheet. The placement of the distributor 13 in the upper solution chamber (in the casing) is shown in Fig. 4, and Fig. 5 illustrates the hydrodynamics of the flow of the initial solution dispersed by the nozzle upon impact in the rods of the distributor 13 and after the distributor at the entrance to the heat exchange tubes 2. In Fig. 5 based on the results of high-speed filming, it is seen that many of the small secondary jets and drops formed in the distributor provide a more uniform distribution of the solution on the surface of the tube sheet and on the surface of the heat transfer tubes. Moreover, due to the multiple increase in the contact surface of the solution with steam, there is a very significant intensification of heat transfer from steam to solution and an increase in the efficiency of the direct contact heater. Studies have shown that the operation of the inventive evaporator is most effective with a grid distributor 13 having mesh sizes in the range of values from 3 × 3 to 8 × 8 mm. With smaller cell sizes, the distributor creates increased resistance to the movement of the solution and steam flows, which significantly reduces the injection effect of the spray torch, and when the mesh size is larger than the specified value, very large secondary jets are formed that do not provide uniform irrigation of the surface of the heat exchange tubes. Thus, the distributor-grid in the inventive apparatus serves not only to equalize the steam flow over the cross section of the solution chamber, but also to more evenly distribute the solution and as an effective sprinkler of heat transfer tubes. In addition, the claimed location of the distributor in the form of a grid allows you to intensify the work of a direct contact heater of the initial solution.

При малой высоте верхней растворной камеры, обусловливающей уменьшение угла падения струй раствора на трубную решетку, из-за механического воздействия струй происходит значительное перемещение части потока раствора по верхней трубной решетке от центра к периферии. В этом случае равномерное орошение теплообменных At a low height of the upper solution chamber, which causes a decrease in the angle of incidence of the solution jets on the tube sheet, due to the mechanical action of the jets, a significant part of the solution flow moves along the upper tube sheet from the center to the periphery. In this case, uniform heat exchange irrigation

трубок достигается при использовании распределителя, выполненного в виде решетки из пластин 14 и 15, установленных вертикально. Конструкция такой решетки и потоки раствора в ней изображены на фиг.6 и фиг.7.tubes is achieved using a distributor made in the form of a lattice of plates 14 and 15 mounted vertically. The design of such a lattice and the flow of the solution in it are shown in Fig.6 and Fig.7.

На фиг.8 приведен второй вариант конструкции заявляемого выпарного аппарата, выполненный в соответствии с п.2 формулы. Этот аппарат отличается от первого тем, что кожухом, охватывающим факел распыла форсунки, служат стенки верхней растворной камеры 5, имеющие соответствующую конусную конфигурацию. В верней части усеченного конуса, образованного стенками камеры, с зазором относительно верхнего края их размещена форсунка 9, которая также с зазором заключена в цилиндрическую камеру всасывания 16, имеющую верхнее днище и примыкающую нижними свободными краями стенок к верхним краям стенок конусной растворной камеры. В боковую стенку всасывающей камеры врезан патрубок 11 для подвода пара. Такое конструктивное исполнение верхней растворной камеры позволяет уменьшить габариты и металлоемкость аппарата, что дает существенное преимущество, особенно при создании аппаратов большой единичной производительности.In Fig.8 shows a second design variant of the inventive evaporator, made in accordance with claim 2 of the formula. This apparatus differs from the first one in that the walls of the upper solution chamber 5 having the corresponding conical configuration serve as a casing covering the nozzle spray nozzle. In the upper part of the truncated cone formed by the walls of the chamber, a nozzle 9 is placed with a gap relative to their upper edge, which is also enclosed with a gap in a cylindrical suction chamber 16 having a top bottom and adjacent lower free edges of the walls to the upper edges of the walls of the conical mortar chamber. A pipe 11 is inserted into the side wall of the suction chamber for supplying steam. Such a design of the upper solution chamber allows to reduce the dimensions and metal consumption of the apparatus, which gives a significant advantage, especially when creating apparatuses of large unit productivity.

Сравнительные испытания нескольких конструкций промышленных форсунок для диспергирования растворов показали, что в условиях работы заявляемого выпарного аппарата наибольшая степень нагнетания достигается при использовании струйно-вихревой форсунки с цилиндрическим вкладышем 17 (фиг.9). Это обусловлено тем, что при работе ее создается факел, имеющий более высокую скорость, чем при применении форсунок других конструкции, а достигаемая при этом степень диспергирования раствора обеспечивает оптимальное сочетание хорошо развитой поверхности жидкости в факеле с достаточно большой средней единичной массой капель, необходимой для сохранения на высоком уровне первоначальной энергии движения их в течение всего полета от форсунки до распределителя или до трубной решетки. На основании изложенных результатов исследований нами признано целесообразным использовать в заявляемом выпарном аппарате эту конструкцию жидкостной форсунки.Comparative tests of several designs of industrial nozzles for dispersing solutions showed that under the operating conditions of the inventive evaporator, the greatest degree of injection is achieved using a jet-vortex nozzle with a cylindrical insert 17 (Fig. 9). This is due to the fact that during operation it creates a torch having a higher speed than when using nozzles of other designs, and the degree of dispersion of the solution achieved at the same time ensures the optimal combination of a well-developed surface of the liquid in the torch with a sufficiently large average unit mass of droplets necessary to maintain at a high level of initial energy of their movement throughout the flight from the nozzle to the distributor or to the tube sheet. Based on the stated research results, we have found it advisable to use this design of a liquid nozzle in the inventive evaporator apparatus.

Таким образом, проведенный сопоставительный анализ заявляемых признаков с известными техническими решениями указывает на их несомненное преимущество и тем самым обосновывает целесообразность их реализации для достижения поставленной цели.Thus, a comparative analysis of the claimed features with known technical solutions indicates their undoubted advantage and thereby justifies the feasibility of their implementation to achieve the goal.

Claims (6)

1. Выпарной аппарат с падающей пленкой, содержащий греющую камеру с вертикально установленными теплообменными трубками, закрепленными в верхней и нижней трубных решетках, верхнюю и нижнюю растворные камеры, примыкающие к трубным решеткам, форсунку для распыления исходного раствора и патрубок для подвода пара, установленные в верхней растворной камере, а также сепаратор с патрубком для вывода вторичного пара, отличающийся тем, что в верхней растворной камере установлен кожух, охватывающий факел распыла, который возникает при работе форсунки, размещенный с зазором относительно форсунки и примыкающий в нижней части к стенкам растворной камеры или к верхней трубной решетке, либо кожухом служат стенки растворной камеры, выполненные конусными.1. An evaporator with a falling film, comprising a heating chamber with vertically mounted heat exchange tubes fixed in the upper and lower tube sheets, the upper and lower solution chambers adjacent to the tube sheets, an atomizer for spraying the initial solution and a nozzle for supplying steam installed in the upper a solution chamber, as well as a separator with a nozzle for outputting secondary steam, characterized in that a casing is installed in the upper solution chamber covering the spray torch that occurs during operation of the force APIS disposed with a gap relative to the nozzle and adjacent the bottom of the walls solution chamber or to the upper tube sheet or casing wall solution chamber are formed tapered. 2. Выпарной аппарат по п.1, отличающийся тем, что патрубок для подвода пара, установленный в верхней растворной камере, сообщен с патрубком вывода вторичного пара из сепаратора.2. The evaporator apparatus according to claim 1, characterized in that the steam supply pipe installed in the upper solution chamber is in communication with the secondary steam output pipe from the separator. 3. Выпарной аппарат по п.1, отличающийся тем, что под форсункой над верхней трубной решеткой установлен распределитель.3. The evaporator apparatus according to claim 1, characterized in that a distributor is installed under the nozzle above the upper tube sheet. 4. Выпарной аппарат по п.3, отличающийся тем, что распределитель выполнен в виде сетки с квадратными ячейками размером от 3×3 до 8×8 мм.4. The evaporator according to claim 3, characterized in that the distributor is made in the form of a grid with square cells ranging in size from 3 × 3 to 8 × 8 mm. 5. Выпарной аппарат по п.3, отличающийся тем, что распределитель выполнен в виде решетки, состоящей из вертикально установленных пластин.5. The evaporator according to claim 3, characterized in that the distributor is made in the form of a lattice consisting of vertically mounted plates. 6. Выпарной аппарат по п.1, отличающийся тем, что для оснащения аппарата использована струйно-вихревая форсунка с цилиндрическим вкладышем.

6. The evaporator apparatus according to claim 1, characterized in that a jet-vortex nozzle with a cylindrical insert is used to equip the apparatus.