ПЕРЕГОННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1997 года по МПК B01D1/22 

Настоящее изобретение относится к перегонному аппарату для испарения жидкости и последующей ее конденсации, аппарат содержит множество плоских, оболочкообразных (коробчатых) элементов из тонкого пленочного материала, такого как термопластичная пленка, размещенных один против другого, элементы служат теплообменниками между испаряющейся жидкостью, текущей вдоль наружных поверхностей элементов и конденсирующимся паром, который направляется внутрь элементов, и компрессором для увеличения давления и температуры генерируемого пара, прежде чем он (пар) направляется внутрь элемента.

Перегонный аппарат, соответствующий вышеуказанному определению описан, например, в финской выложенной заявке 79948 и соответствующей международной заявке 090/01977. Первоначально перегонные аппараты этого типа использовались при получении пресной воды из морской воды. Трубчатые или плитовые теплообменники, используемые в первых перегонных аппаратах для перегонки морской воды, были чувствительны к загрязнению и коррозионная природа (характер) морской воды вызывала их коррозию, вынуждая использовать дорогие некорродирующие материалы, такие как титан или мельхиор.

Использование оболочкообразных ректификационных элементов, выполненных из термопластичной пленки, исключило эти недостатки, т.к. термопластичная пленка является недорогой, некорродирующей и, вследствие своей эластичности, менее чувствительной к загрязнению. Любое загрязняющее вещество (примесь), прилипшее к мембранам, можно стряхнуть, изменяя давление (существующее) внутри элементов. Низкую теплопроводность собственно (самого по себе) пластика можно компенсировать использованием в перегонных аппаратах очень тонкой пленки и большим количеством тонких элементов, имеющих большую теплообменную поверхность.

Перегонный аппарат, соответствующий упомянутой выложенной заявке Финляндии 79948, содержит вышеуказанные пластиковые мембранные элементы, общий распределительный резервуар для испаряемой воды, из которого жидкость течет по трубам в проходы (канала) между элементами. Пар, генерируемый на наружных поверхностях элементов, направляется в вентилятор, который продувает его при высоких давлении и температуре внутрь элементов через отверстия в их стенках.

Описанная система имеет тот недостаток, что в ней пар, который должен конденсироваться, не распределяется равномерно внутри элементов, и значительная часть возможной эффективности конденсации аппарата остается неиспользованной. Также в описанном аппарате нельзя наилучшим образом распределить продуваемый пар внутри элементов. Поэтому теплообмен между испаряющейся на наружных поверхностях элементов жидкостью и конденсирующимся внутри элементов паром остается неполным (незаконченным).

Целью изобретения является создание перегонного аппарата, в котором теплообмен повышается, в частности за счет обеспечения более равномерного распределения жидкости, подаваемой на испарение, по наружным поверхностям элементов. Изобретение отличается тем, что на верхнем конце каждого оболочкообразного элемента на всю его ширину установлена торцевая полоса с сотовой структурой, полоса имеет параллельные подающие каналы, отделенные друг от друга перегородками, каналы распределяют жидкость для испарения по всей ширине поверхности элемента.

Согласно одному из предпочтительных вариантов изобретения торцевая полоса с сотовой структурой содержит ячеистую доску, в которой пространство между двумя противоположными стенками разделено поперечными взаимно параллельными смежными перегородками на параллельные каналы по всей ширине. Такая пластиковая ячеистая доска является доступным коммерческим изделием, которое широко используется в различных опорных и изоляционных структурах, в которых полые каналы обеспечивают изоляцию и облегчают структуру. В изобретении, однако, они служат как простая и недорогая в производстве система каналов, которая распределяет жидкость равномерно по поверхностям мембраны элементов и невосприимчива к коррозионному воздействию перегоняемой жидкости.

При перегонке, главным образом, морской воды для получения питьевой воды предпочтительно, чтобы подающие жидкость каналы в торцевой полосе начинались на одном конце полосы и были расположены наклонно вниз к тому краю полосы, откуда начинается распределение жидкости по наружной поверхности элемента. Резервуар с жидкостью, от которого берут свое начало подающие каналы для разных элементов, расположен в этом случае с краю торцевой полосы. Ориентация подающих каналов может быть обеспечена простым вырезанием торцевой полосы из большой готовой ячеистой доски, выполненной в виде двух противолежащих стенок и взаимно параллельных перегородок между ними, при этом разрез осуществляют над пригодным (удобным) углом к упомянутым перегородкам.

Один из предпочтительных вариантов изобретения отличается тем, что торцевая полоса элемента содержит ячейки (соты), в которых пространство между двумя противолежащими стенками разделено на параллельные каналы, подающие жидкость для испарения на наружные поверхности элемента, и в которой смежное пространство между двумя параллельными стенками разделено на параллельные каналы, подающие пар для конденсации внутри элемента. В этой системе одновременно достигается и максимально равномерное распределение жидкости для испарения на наружной поверхности элемента и максимально равномерное распределение пара, подаваемого на конденсацию внутрь элемента, вследствие чего обеспечивается возможность лучшего теплообмена между конденсирующимся паром и испаряющейся жидкостью.

Наиболее предпочтительным вариантом описанной выше системы является торцевая ячеистая сотовая полоса, на обеих сторонах которой выполнены каналы для подачи пара внутрь элемента и подающие каналы, распределяющие жидкость для испарения на обеих наружных поверхностях элемента. Преимущество, получаемое при этом, состоит в том, что эффективность испарения не зависит от того, расположены ли пленочные поверхности смежных элементов точно друг перед другом; жидкость распределяется по всем пленочным поверхностям, даже если элементы в аппарате расположены несколько в стороне друг от друга.

В дополнение к торцевой полосе с сотовой структурой на верхнем конце элемента согласно изобретению перегонный аппарат может также иметь торцевую полосу с сотовой ячеистой структурой, на нижнем конце каждого элемента, по всей его ширине, при этом торцевая полоса имеет множество параллельных каналов для неиспарившейся жидкости. Для торцевой полосы на нижнем конце элемента также можно использовать коммерчески доступную пластиковую сотовую ячеистую доску, в котором пространство между противоположными стенками разделено поперечными взаимнопараллельными перегородками на параллельные каналы равной ширины.

Торцевая полоса для нижнего конца элемента предпочтительно выполнена из сотов, в средней части которых пространство разделено на параллельные выходные каналы для жидкости, сконденсировавшейся внутри элемента, и в которых с одной стороны, а предпочтительно, по обеим сторонам упомянутого (пространства) промежутка, пространство между двумя противоположными стенками разделено на выходные каналы для жидкости, которая не испарилась (осталась неиспарившейся) на наружных поверхностях элемента. Выходные каналы для сконденсировавшейся жидкости, которая и является получаемым дистиллятом, могут быть направлены в общий сборный коллектор, расположенный сбоку от элементов, тогда как выходные каналы для неиспарившейся жидкости являются предпочтительно вертикальными, т.к. при таком положении они могут выводить жидкость к днищу аппарата кратчайшим путем. Когда аппарат используется для обогащения суспензий, главным образом таких, как сточные воды отбелки целлюлозных заводов, могут стать необходимыми вертикальные достаточной длины выходные каналы для жидкости, для исключения возможности забивания каналов твердыми частицами, присутствующими в суспензии.

На фиг. 1 схематично изображено поперечное сечение перегонного аппарата в соответствии с изобретением; на фиг. 2 вид сбоку одного оболочкообразного элемента, относящегося к аппарату по фиг. 1; на фиг. 3 сечение III-III фиг. 2; на фиг. 4 сечение IV-IV фиг. 2; на фиг. 5 сечение V-V фиг. 2; на фиг. 6 сечение VI-VI фиг. 2.

Перегонный аппарат согласно фиг. 1 содержит корпус 1, в котором размещено множество плоских оболочкообразных элементов 3, выполненных из тонкой термопластичной пленки, расположенных один рядом с другим. На верхнем конце каждого элемента 3 расположена пластиковая с сотовой структурой торцевая полоса 4, один конец которой сообщается с распределительным резервуаром 5 с жидкостью для испарения, общим для всех элементов, их верхние стороны сообщаются с питающей камерой 6, содержащей пар для конденсации, также общей для всех элементов. На нижнем конце каждого элемента 3 расположена пластиковая с сотовой структурой торцевая полоса 7, один конец которой сообщается с коллектором 8 для дистиллята, конденсирующегося из пара и под которой днище корпуса образует сборный резервуар 9 для неиспрарившейся в аппарате жидкости. Между упомянутыми торцевыми полостями 4 и 7 каждый оболочкообразный элемент 3 выполнен из противолежащих пластиковых мембран 11, приваренных одна к другой вдоль вертикальной зигзагообразной соединительной линии 10. Соединительная линия 10 разграничивает внутри элемента 3 вертикальные каналы 12, проходящие от одного конца элемента до другого, в которых пар конденсируется в жидкости. Соединительная линия 10 не является непрерывной, а имеет разрывы, через которые пар или жидкость могут в ограниченной мере проходить из одного канала 12 в другой. Пар, генерируемый из жидкости, подаваемой на наружные поверхности элемента 3, течет через промежутки между элементами в соответствии со стрелками 13 на фиг. 1 во всасывающую камеру 14, окружающую элементы, из этой камеры вентилятор 15, работающий как компрессор, продувает пар при высоких давлении и температуре через трубки 16 в пароподающую камеру 6 на верхнем конце аппарата.

Входная трубка для перегоняемой жидкости, ведущая в распределительный резервуар 5, обозначена на фиг. 1 позицией 17. Выходная трубка для получаемого дистиллята обозначена номером 18 и выходная трубка для неиспарившейся жидкости обозначена номером 19. Выпускаемые дистилляты и неиспарившуюся жидкость используют в теплообменниках 20 для подогрева перегоняемой жидкости.

Конструкцию и работу каждого отдельного элемента 3 перегонного аппарата можно более детально увидеть на фиг. 2 6. Функцией торцевой полосы 4 на верхнем конце элемента является распределение пара для конденсации, текущего в питательную камеру 6 настолько равномерно, насколько это возможно, а вертикальные каналы 12 внутри элемента и распределение испаряемой жидкости из распределительного резервуара 5 настолько равномерно, насколько это возможно на противоположные наружные поверхности 21 элемента. Функцией торцевой полосы 7 на нижнем конце элемента (на его части) является сбор жидкости, конденсирующейся в каналах 12 внутри элемента, направление полученного дистиллята в сборный коллектор 8 и обеспечение стекания неиспарившейся на поверхностях 21 элемента жидкости в сборный резервуар на дне аппарата.

Верхняя торцевая полоса 4 элемента содержит, согласно фиг. 2 4, соты из трех противолежащих прямоугольных пластиковых сотовых ячеистых досок 22. В каждой из этих досок 22 пространство между двумя противоположными стенками 23 разделено поперечными взаимнопараллельными перегородками 24 на параллельные каналы обоюдно равной ширины. Каналы в середине сотовой ячеистой доски образуют каналы 25 для пара, который должен конденсироваться, ведущие внутрь элемента, а каналы по обеим сторонам сотовой ячеистой доски, являются подающими каналами 26 для испаряемой жидкости, ведущими на противоположные наружные поверхности 21 элемента. Как видно из фиг. 2, подающие каналы 25 для пара, который должен конденсироваться, являются вертикальными, в таком положении они направляют пар вертикально в каналы 12, созданные внутри элемента посредством швов, тогда как подающие каналы 26 для испаряемой жидкости расположены наклонно от конца 27 полосы 4 в сторону 28 полосы, откуда жидкость выпускается на поверхности 21 элемента и пар, направляемый внутрь элемента 3, и жидкость, направляемая на его поверхности 21, могут быть равномерно распределены по всей ширине элемента, посредством чего осуществляется более полный теплообмен между паровой и жидкой фазам.

Торцевая полоса 7 с сотовой структурой на нижнем конце каждого элемента конструктивно схожа с торцевой полосой 4 на верхнем конце каждого элемента. Есть, однако, отличие, заключающееся в том, что в средней из трех противолежащих сотовых ячеистых досок 29 полосы 7 имеются каналы 31, идущие в сторону конца 30 полосы, сообщающиеся с вертикальными каналами 12 внутри элемента и служащие в качестве выходных каналов для жидкости, сконденсировавшейся внутри элемента, тогда как в боковых сотовых ячеистых досках эти каналы 32 являются вертикальными и служат в качестве выходных каналов для неиспарившейся жидкости.

Для специалиста в этой области очевидно, что различные варианты изобретения не ограничиваются вышеприведенными примерами и могут меняться в сфере притязаний, изложенных в формуле. Так, например, полезно, если вертикальные зигзагообразные каналы 12 смежных элементов проходят крест-накрест относительно друг друга, в таком положении элементы не прилипают друг к другу и направленный вниз поток испаряемой жидкости будет более равномерно распределяться по наружным поверхностям 21 элементов. Если элементы 3 идентичны, то требуется изменение направления движения в каждом втором элементе, в таком случае распределяющий жидкость резервуар 5 и сборник дистиллята должны быть соединены с обоими концами обеих полос 4 и 7 на верхнем и нижнем конце элемента.

Использование: в перегонных аппаратах, которые пригодны, в частности, для перегонки морской воды в пресную воду. Сущность изобретения: аппарат содержит множество плоских оболочкообразных элементов (3), выполненных из тонкого пленочного материала, такого как термопластичная пленка, и расположенных один рядом с другим, при этом элементы работают как теплообменники между испаряющейся жидкостью, текущей вдоль наружных поверхностей элемента, и конденсирующимся паром, направляемым внутрь элемента, и компенсатор (15) для увеличения давления и температуры генерируемого пара, прежде чем направить его внутрь элементов. На верхнем конце каждого оболочкообразного элемента (3) установлена торцевая полоса (4) с сотовой структурой, ширина которой равна ширине элемента, полоса содержит параллельные подающие каналы (26), отделенные друг от друга перегородками, каналы распределяют жидкость для испарения по всей ширине поверхности элемента. В добавление к этому, полоса (4) может содержать каналы (25), созданные таким же образом, которые направляют пар на конденсацию внутри элемента по всей его ширине. На нижнем конце элемента может быть дополнительно установлена торцевая полоса (7) с сотовой структурой, каналы, содержащиеся в ней, собирают полученный дистиллят в сборный сосуд (8) и распределяют любую неиспарившуюся жидкость в сборный резервуар (9). 9 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. Перегонный аппарат для испарения жидкости и последующей ее конденсации, содержащий множество плоских оболочкообразных элементов, выполненных из тонкого пленочного материала, такого как термопластичная пленка, и расположенных один рядом с другим, при этом элементы служат как теплообменники между испаряющейся жидкостью, текущей вдоль наружных поверхностей элементов, и конденсирующимся паром, направляемым внутрь элементов, и компрессор для повышения давления и температуры генерируемого пара прежде, чем направить его внутрь элементов, отличающийся тем, что на верхнем конце каждого оболочкообразного элемента установлена торцевая полоса с ячеистой структурой, ширина упомянутой полосы равна ширине элемента, упомянутая полоса содержит доску, в которой пространство между двумя противоположными стенками разделено взаимно параллельными перегородками на параллельные каналы так, что упомянутые каналы образуют направленный наклонно вниз питающий канал, распределяющий жидкость для испарения по всей ширине поверхности элемента. 2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что упомянутые параллельные каналы выполнены равной ширины. 3. Аппарат по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что торцевая полоса выполнена из пластика. 4. Аппарат по пп. 1 3, отличающийся тем, что подающие жидкость каналы, содержащиеся в торцевой полосе, начинаются на одном конце полосы, с которого они ориентированы наклонно вниз в сторону края полосы, откуда жидкость распределяется. 5. Аппарат по п. 4, отличающийся тем, что питающие каналы разных элементов начинаются от общего жидкостного резервуара на конце торцевой полосы. 6. Аппарат по пп. 1 5, отличающийся тем, что торцевая полоса содержит структуру, в которой пространство между противоположными стенками разделено на параллельные каналы, подающие жидкость на испарение на наружной поверхности элемента, и в которой смежное пространство между двумя противоположными стенками разделено на параллельные каналы, подающие пар на конденсацию внутри элемента. 7. Аппарат по п. 6, отличающийся тем, что торцевая полоса содержит структуру, в средней части которой пространство между двумя противоположными стенками разделено на каналы, подающие пар на конденсацию внутри элемента, и в которой по обеим сторонам упомянутого пространства пространство между двумя противоположными стенками разделено на каналы, подающие жидкость для испарения на наружных поверхностях элементов. 8. Аппарат по пп. 1 7, отличающийся тем, что на нижнем конце каждого оболочкообразного элемента установлена торцевая полоса с ячеистой структурой, ширина которой равна ширине элемента, при этом полоса имеет множество параллельных выходных каналов для неиспарившейся жидкости. 9. Аппарат по п. 8, отличающийся тем, что торцевая полоса на нижнем конце элемента содержит пластиковую доску, в которой пространство между двумя противоположными стенками разделено поперечными взаимно параллельными перегородками на параллельные каналы равной ширины. 10. Аппарат по пп. 8 и 9, отличающийся тем, что торцевая полоса на нижнем конце элемента содержит структуру, в средней части которой пространство между двумя противоположными стенками разделено на параллельные выходные каналы для жидкости, сконденсировавшейся внутри элемента, и в которой по обеим сторонам упомянутого пространства пространство между противоположными стенками разделено на выходные каналы для неиспарившейся на внешних поверхностях элемента жидкости.