ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ ПЛЕНОЧНЫЙ ИСПАРИТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК B01D1/22 

Изобретение относится к конструкции пленочных испарителей для дистилляционного опреснения соленых и морских вод, в частности в судовых опреснительных установках.

Известны пленочные многоступенчатые испарители, имеющие плоские стенки, в большинстве случаев раздельные корпуса ступеней и трубопроводы, либо каналы большого диаметра для перепуска вторичного пара между ступенями, занимающие значительный габаритный объем [1, 2]
Наружные стенки таких испарителей имеют значительную толщину и развитую систему приварных ребер жесткости для обеспечения прочности и жесткости корпусов, воспринимающих существенные суммарные нагрузки, вызванные перепадом давлений между наружным атмосферным давлением и вакуумом внутри корпуса, соответствующим температуре кипения. При такой конструкции стенок велика их металлоемкость и трудоемкость изготовления из-за большого количества сварных швов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является пленочный испаритель [3] содержащий корпус, разделенный вертикальной перегородкой на две ступени, боковые крышки с перегородками, оросительное устройство, два пучка горизонтальных теплообменных труб, закрепленных в трубных досках, два сепаратора и пароструйный компрессор с диффузором. Уже в этом техническом решении принята попытка упрощения конструкции и уменьшения его габаритных размеров за счет устранения наружных пароперепускных труб большего диаметра с большими радиусами поворотов. Для этого в трубных досках выполнены паровыводные отверстия, а перегородки боковых крышек образуют каналы, соединяющие через паровыводные отверстия межтрубное пространство, одной ступени с внутритрубным пространством другой ступени, причем диффузор пароструйного компрессора закреплен по периферии паровыводного отверстия одной из трубных досок. За счет этого удалось уменьшить площадь испарителя вдвое, повысив одновременно его производительность в 2,6 раза. Однако и этот, в общем-то прогрессивный прототип, не лишен недостатков, главными из которых являются:
малая высота сепараторов над уровнем рассола,
несимметричная форма трубных пучков,
большая металлоемкость и нетехнологичность изготовления прямоугольного корпуса испарителя.

Малая высота сепараторов над уровнем рассола приводит к повышенной вероятности засоления дистиллята при колебаниях нагрузки. Эта конструктивная особенность вызвана необходимостью размещения сепараторов под трубными пучками. Опыт эксплуатации такого пленочного испарителя показал, что при изменении режима работы, например, в результате изменения температуры питательной воды и давления греющего пара, возможно вскипание рассола на днище испарителя и тогда сепараторы оказываются в зоне интенсивного пенообразования и подброса капель рассола, вследствие чего происходит засоление дистиллята.

Задачей изобретения является снижение металлоемкости, упрощение конструкции и улучшение эксплуатационных характеристик двухступенчатого пленочного испарителя.

Изобретение поясняется чертежами, где на
фиг. 1 в плане приведены размеры прототипа,
фиг. 2 то же для заявленного устройства,
фиг. 3 показан общий вид испарителя (поперечный разрез в вертикальной плоскости),
фиг. 4 разрез по А-А на фиг. 3,
фиг. 5 продольный разрез испарителя по В-В на фиг. 3,
фиг. 6 разрез перепускных каналов по С-С на фиг. 4.

Испаритель состоит из корпуса 1, верхней крышки 2, оросительного устройства 3, трубных пучков 4 и 5, пароструйного компрессора 6, сепараторов 7, трубных досок 8 и боковых крышек 9.

Внутреннее пространство корпуса по всей длине от оросительного устройства 3 до днища разделено вертикальной продольной перегородкой 10, имеющей в нижней части прямоугольное окно 11 для перепуска вторичного пара в смежную ступень. Снаружи трубных пучков между трубными досками 8 установлены продольные вертикальные перегородки 12 с прямоугольными окнами для перепуска вторичного пара. Между перегородками 12 и наружным корпусом образованы сегментные полости, в которых размещены сепараторы 7 для очистки вторичного пара. Сопло 14 пароструйного компрессора 6 крепится на фланце 15. Трубки трубных пучков 4 и 5 крепятся в трубных досках 8. Для монтажа, осмотра и ремонта трубок в трубных досках на корпусе испарителя предусмотрены боковые крышки 9. Верхняя крышка 2, присоединенная к корпусу 1 с помощью фланцевого соединения, имеет патрубок 16 для подвода питательной воды и перегородку 17 с калиброванным отверстием для распределения питательной воды между первой и второй ступенями. Между фланцами верхней крышки закреплено оросительное устройство 3. Для перепуска рассола из первой во вторую ступень и для удаления его из второй ступени предусмотрены отводы 18 и 19. Перепуск и отвод дистиллята и воздуха из каждой ступени осуществляются через патрубки 20 и 21. Для осуществления многоходового движения пара внутри трубных пучков предусмотрены горизонтальные перегородки 22. Вторичный пар направляется в смежную ступень через канал 23, ограниченный снизу корпусом 1, сверху поддоном в испарительном пучке 27, простирающемся по длине от трубной доски до примерно середины трубного пучка. По ширине канал с одной стороны ограничен поперечной переборкой 24, с другой - вертикальной перегородкой 25 от поддона 27 до корпуса 1.

Работает испаритель следующим образом.

Предварительно подогретая вода подается через патрубок 16 в верхнюю крышку 2 испарителя, которая имеет продольную перегородку 17 с калиброванным отверстием, величиной которого задается распределение питательной воды на орошение трубных пучков первой и второй ступеней. Питательная вода, проходя через оросительное устройство, разбрызгивается над трубными пучками, в виде пленки стекает по наружной поверхности трубок, нагреваясь до температуры кипения на верхних рядах и затем частично испаряясь за счет тепла конденсации греющего пара, направляемого внутрь трубок. Образовавшийся при этом вторичный пар направляется в смежную ступень через канал 23. Вторичный пар из межтрубного пространства первой ступени 4, пройдя через окно 11 в вертикальной продольной перегородке 10 и канал 23, направляется в сепаратор 7, где происходит его осушение. Очищенный пар через окно 26 в поперечной перегородке 24 и через полость для перепуска вторичного пара 13 направляется внутрь трубного пучка 5 второй ступени. Аналогичным образом вторичный пар из межтрубного пространства 5 второй ступени попадает на всасывание пароструйного компрессора 6. Греющий пар в пленочный испаритель поступает через сопло 14 пароструйного компрессора, которое крепится на фланце 15. Смесь сжатого с помощью компрессора вторичного пара из второй ступени и греющего пара через полость для перепуска пара 13 направляется в качестве греющей среды внутрь трубного пучка 4 первой ступени испарителя. Неиспарившаяся часть питательной воды (рассол) из первой ступени за счет перепада давлений между ступенями через отводы 19 перепускается во вторую ступень, где за счет адиабатного вскипания образуется дополнительное количество вторичного пара. Из второй ступени рассол удаляется через отвод 18. Дистиллят и неконденсирующиеся газы удаляются из каждой ступени испарителя через патрубки 20 и 21.

Предлагаемая конструкция двухступенчатого пленочного испарителя при помощи искривленной траектории движения вторичного пара и достаточной высоты сепаратора над уровнем рассола позволяет обеспечить заданное качество дистиллята в широком диапазоне режимов работы испарителя. Отсутствие внешних перепускных каналов для вторичного пара с большими проходными сечениями и большими радиусами поворотов дает возможность сократить размеры двухступенчатого пленочного испарителя, что особенно важно для судовых установок.

Большую металлоемкость прямоугольного корпуса прототипа по сравнению с цилиндрическим корпусом заявляемого устройства можно проследить, например, на конструкции аппарата производительностью 25 т/сут. На фиг. 1, 2 в плане приведены размеры прототипа и заявляемого устройства, при этом при равной длине трубок принята одинаковая поверхность теплообмена. Указанные на фиг. 1, 2 размеры используют для расчета металлоемкости прототипа и заявляемого устройства.

При температуре испарения 86^oC толщины наружных стенок сравниваемых вариантов должны быть следующими.

1) Плоская стенка

2) Цилиндрическая стенка



C 0,045 PД_m 0,045•0,5•1100 27

S₁ толщина плоской стенки, мм,
K расчетный коэффициент,
Д_c расчетный диаметр, мм,
n, m наибольшая и наименьшая длина сторон, мм,
P расчетное давление, кгс/см,
σ допускаемое напряжение, кгс/мм,
с прибавка, мм,
S₂ толщина цилиндрической стенки, мм,
Д_m средний диаметр корпуса, мм,
l расчетная длина цилиндрической стенки, мм.

Массы плоского и цилиндрического корпусов с размерами, представленными на фиг. 1, 2, будут следующими:
M_плоск. (0,69 • 1,22 + 0,99 • 1,2 + 0,41 • 1,22 + 0,69 • 1,2) • 0,0085 • 7800 333 кг;
M_цил. 3,14 • 1,1 • 1,2 • 0,0024 • 7800 77 кг.

Откуда следует, что предлагаемая конструкция двухступенчатого испарителя позволяет в 4,3 раза сократить расход металла на корпус. К тому же очевидно, что изготовление цилиндрического корпуса по сравнению с прямоугольным существенно технологичнее.

Отличительной особенностью предлагаемого объекта является конструктивное решение, позволяющее разместить в едином цилиндрическом корпусе двухступенчатый горизонтально-трубный испаритель, за счет чего и получается положительный эффект по сравнению с прототипом, выражающийся в снижении металлоемкости и улучшении эксплуатационных характеристик.

Использование: для дистилляционного опреснения соленых и морских вод, в частности, в судовых опреснительных установках. Сущность изобретения: внутреннее пространство корпуса испарителя по всей длине от оросительного устройства до днища разделено продольной перегородкой, имеющей в нижней части прямоугольное окно для перепуска вторичного пара в смежную ступень. Снаружи трубных пучков между трубными досками установлены продольные вертикальные перегородки с прямоугольными окнами для перепуска вторичного пара. Между перегородками и наружным корпусом образованы сегментные полости, в которых размещены сепараторы для очистки вторичного пара и пароструйный компрессор. При помощи предлагаемой конструкции двухступенчатого пленочного испарителя за счет искривленной траектории движения вторичного пара и достаточной высоты сепараторов над уровнем рассола удается обеспечить заданное качество дистиллята в широком диапазоне режимов работы испарителя. Отсутствие внешних перепускных каналов для вторичного пара с большими проходными сечениями и большими радиусами поворотов дает возможность сократить размеры двухступенчатого пленочного испарителя, что особенно важно для судовых установок. 6 ил.

Двухступенчатый пленочный испаритель, содержащий корпус, разделенный вертикальной перегородкой на две ступени, верхнюю крышку с перегородкой, боковые крышки, оросительное устройство, два пучка горизонтальных теплообменных трубок, закрепленных в трубных досках, два сепаратора, пароструйный компрессор с диффузором и каналы перепуска вторичного пара из межтрубного пространства во внутритрубное пространство трубных пучков, отличающийся тем, что корпус выполнен цилиндрическим и снабжен вертикальными продольными перегородками, размещенными снаружи трубных пучков, а сепараторы и пароструйный компрессор размещены в полостях между вертикальными продольными перегородками и корпусом.