ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ОПРЕСНЕНИЯ МОРСКИХ И МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ВОД Российский патент 2007 года по МПК B01D1/22 

Изобретение относится к устройствам общего назначения для осуществления различных физических и химических процессов, в частности к тепломассообменным аппаратам пленочного типа, и может быть использовано в энергетической, химической промышленности, в конструкциях иного назначения.

Известны выпарные аппараты с ударно-струйной генерацией пленки жидкости, содержащие подводы упариваемого продукта и греющего теплоносителя, распределительное устройство, оросительные трубы с отверстиями для струй жидкости, нагревательные трубы, отводы конденсата, вторичного пара, греющего теплоносителя и упаренного продукта (см. А.с. СССР №№239918, 397216).

Общие недостатки указанных известных выпарных аппаратов заключаются в конструктивной сложности (внешние трубы охватывают внутренние, в которых выполнены отверстия малого диаметра для создания распыла упариваемого продукта), необходимости при монтаже тщательной центровки труб одна относительно другой, значительных затратах энергии на привод насоса для создания повышенного давления упариваемого продукта на входе аппарата и по длине оросителя, больших объеме и металлоемкости на единицу производимой выпариваемой продукции и связанной с этим высокой стоимости аппарата. Эти недостатки обусловлены необходимостью значительной высоты аппарата и применением относительно большого количества труб.

Наиболее близким техническим решением из известных, принятым за прототип, является тепломассообменный аппарат для опреснения морских и минерализованных вод, содержащий патрубки подвода упариваемого продукта и греющего теплоносителя, расположенные одна над другой вокруг центральной трубы пленкообразующие концентрические тарелки с диаметрами, увеличивающимися по высоте и расположенные коаксиально центральной трубе, кольцевой желоб-накопитель по периметру каждой из них (тарелок), коллектор под каждым желобом-накопителем для отвода падающей жидкости, обтекатели, меняющие направление парового потока, дополнительные трубы, соединенные с желобом-накопителем каждой тарелки, жалюзийный сепаратор со шторками и отводной трубой, конденсатор и патрубки отвода сепарата и рассола (см. А.С. СССР №548288, Б.И. №8 от 28.02.77 г.).

Недостатком известного устройства является сложность его конструкции, ограниченная производительность при высоком накипеобразовании, недостаточно большая площадь пленкообразующей поверхности в объеме аппарата, ограничивающая производительность, высокая металлоемкость, сложная система распределения воды по каналам, высокие стоимость, потребляемая мощность на создание избыточного давления выпариваемого продукта и теплоемкость тепловых потоков, необходимых для нагрева испаряемой пленки. Высокая стоимость аппарата обусловлена применением большого количества труб разного диаметра. Известно, что изготовление труб и их сочленение при монтаже аппарата с необходимостью точной центровки относятся к высокотехнологичным процессам, откуда следует и высокая стоимость аппарата. Потребляемая мощность на создание избыточного давления выпариваемого продукта обусловлена его (продукта) подачей с нижней в верхнюю часть аппарата. Для этого требуется создание достаточного давления выпариваемого продукта и, соответственно, необходимы затраты мощности на привод насоса.

Техническая задача, на которую направлено заявляемое изобретение, - устранение указанных недостатков, а именно повышение производительности аппарата за счет увеличения эффективности использования пленочного потока рабочей среды, упрощение конструкции, сокращение потребляемой мощности на создание избыточного давления упариваемого продукта, снижение теплоемкости тепловых потоков, необходимых для нагрева испаряемой пленки, уменьшение металлоемкости, снижение накипеобразования и стоимости аппарата.

Указанная техническая задача достигается тем, что в известном теплообменном аппарате для опреснения морских и минерализованных вод, содержащем корпус, патрубки подвода и отвода упариваемой воды и греющего теплоносителя, расположенные одна над другой пленкообразующие площадки с накопителями упариваемой воды, в отличие от него в заявляемом теплообменном аппарате пленкообразующие площадки закреплены к корпусу посредством угловых элементов прокатного профиля и выполнены с одинаковой площадью поверхности. Каждая из пленкообразующих площадок имеет по несколько рядов наполнителей упариваемой воды. На поверхности каждой из пленкообразующих площадок расположены друг над другом несколькими рядами сквозные отверстия для прохождения теплоносителя, а накопители упариваемой воды пленкообразующих площадок также расположены друг над другом несколькими рядами соответственно между рядами сквозных отверстий, имеют каждый в поперечном сечении V-образную форму и выполнены все со сквозной щелью по всей длине в днище накопителя, имеющей малую ширину. Причем над верхней пленкообразующей площадкой установлен сообщенный с патрубком подвода упариваемой воды трубопровод с ответвлениями, имеющими отверстия, ориентированные над накопителями площадок вдоль их сквозных щелей, а над этим трубопроводом в корпусе установлен отбойный лист со сквозными отверстиями. При этом в V-образные накопители с внутренней стороны каждого накопителя установлены V-образные вставки для поддержания неизменной ширины сквозной щели. Технологически и конструктивно оправдано такое выполнение пленкообразующих площадок, при котором они изготовлены из тонколистного материала.

Заявленная совокупность отличительных и ограничительных признаков обеспечивает достижение поставленной технической задачи - повышается эффективность использования пленочного потока рабочей среды, снижается величина тепловых потоков, необходимых для нагрева испаряемой пленки, упрощается конструкция аппарата, снижаются потребляемая мощность на создание давления упариваемого продукта, металлоемкость аппарата за счет листового материала и исключения металлических поверхностей нагрева, что влечет за собой снижение накипеобразования и уменьшение стоимости аппарата.

В заявляемом устройстве создается свободный пленочный поток испаряемого теплоносителя с помощью V-образных накопителей, расположенных на пленкообразующих площадках друг над другом и имеющих узкие сквозные щели по всей длине в днище накопителя, и отверстий для выпуска теплоносителя (пара). Упариваемый продукт по ответвляющим трубопроводам с отверстиями подается на верхний ряд накопителей. Газообразный греющий теплоноситель подается в пространство между пленками и выпускается из аппарата.

Если увеличить площадь поверхности пленки при небольших энергетических затратах на ее создание, то это приведет к повышению производительности теплообменного аппарата и повышению эффективности использования пленочного потока. В конструкции прототипа наибольшая площадь поверхности пленки достигается при использовании только верхнего сечения аппарата, остальные нижележащие сечения позволяют образовать пленки с площадью, меньшей чем верхняя по высоте аппарата. В предлагаемом техническом решении верхние и нижние площади поверхности аппарата приблизительно равны. Конструкция аппарата позволяет подводить исходный упариваемый продукт в аппарат при давлении, равном давлению в аппарате. Перечисленные причины позволяют увеличить площадь поверхности пленки при небольших энергетических затратах на ее создание. Применение простой конструкции за счет использования материалов листовой формы наряду с исключением металлических поверхностей нагрева позволяет снизить металлоемкость и повлияет на снижение стоимости аппарата. В заявляемом аппарате отпадает необходимость создания высокого давления упариваемого продукта, т.к. возможен его подвод самотеком без использования насоса. Вследствие того, что большая часть энергии передается пленочному потоку в пространстве между накопителями без наличия металлических поверхностей нагрева, очевидно снижение накипеобразования и, соответственно, затрат при эксплуатации аппарата.

Таким образом обеспечивается достижение поставленной технической задачи - повышается эффективность использования пленочного потока рабочей среды, снижается теплоемкость тепловых потоков, необходимых для нагрева испаряемой пленки, упрощается конструкция аппарата, снижается металлоемкость за счет исключения металлических поверхностей нагрева и применения материала листовой формы, снижаются потребляемая мощность на создание давления упариваемого продукта, стоимость аппарата и затраты на эксплуатацию. Вследствие отсутствия теплопередающих поверхностей решается проблема снижения накипеобразования.

На фиг.1 представлен продольный по А-А, на фиг.2 - поперечный по В-В разрез теплообменного аппарата для опреснения морских и минерализованных вод, на фиг.3 в аксонометрии представлена принципиальная схема создания тонкопленочного потока подаваемой морской воды.

Аппарат содержит корпус 1, патрубки подвода 2 и отвода 3 греющего теплоносителя, патрубки отвода пара 4 и упаренного продукта 5, сообщенную с патрубком подвода морской воды (не показан) трубу 6 с ответвлениями с отверстиями в них (не показаны) для подачи упариваемого продукта, размещенные друг над другом пленкообразующие площадки 7, выполненные из тонколистного материала, с V-образными накопителями 8, которые (площадки) закреплены между угловых элементов прокатного профиля 9 к корпусу 1, со сквозной щелью по всей длине в днище накопителя, имеющей малую ширину (не показано), и рядами сквозных отверстий 10 в площадках 7, а также отбойный лист 11 со сквозными отверстиями 12, установленный в корпусе 1 над трубой 6 с ответвлениями. Для поддержания неизменной ширины щелей в V-образных накопителях 8 установлены V-образные вставки 13 изнутри каждого накопителя, которые позволяют регулировать ширину щели и количество которых зависит от длины щели. На патрубке подвода морской воды установлен фетровый фильтр (не показан). Аппарат снабжен откачивающим воздух эжектором (не показан). Для наблюдения за пленочным потоком каждого ряда V-образных накопителей корпус аппарата оборудован смотровыми окнами (не показаны).

Теплообменный аппарат для опреснения морских и минерализованных вод используют следующим образом.

Включают эжектор и создают вакуум в аппарате. Производят подачу упариваемой морской воды в теплообменный аппарат на верхний V-образный накопитель 8, образующий первый ряд. Верхний и нижележащие V-образные накопители заканчиваются внизу сквозной щелью малой ширины по всей длине в днище накопителя (не показано). Эти накопители формируют на выходе из щели пленочный поток 14 высотой 150-200 мм (см. фиг.3). Пленка морской воды перепускается из верхнего накопителя в нижний под ним накопитель и т.д. Слои пленки 14 образуют пространство, в котором через патрубок 2 поступает теплоноситель, греющий пленку и испаряющий соленую воду. Образующийся вторичный пар поднимается в пространстве между пленками 14 в верхнюю часть накопителей 8, имеющих по горизонтальной поверхности пленкообразующих площадок 7 сквозные отверстия 10 для его выпуска. Вторичный пар движется вверх и отделяется от влаги на поверхности отбойного листа 11. Капли конденсата стекают вновь в верхний накопитель 8, а основной вторичный пар удаляется через отверстия 12 из теплообменного аппарата по патрубку 4. Греющий теплоноситель непрерывно движется между слоями пленочного потока 14 и уходит, отработав, из теплообменного аппарата через патрубок 3. Отработанная морская вода с последнего ряда V-образных накопителей 8 стекает в сборник рассола (не показан), откуда в зависимости от требований качества может быть вновь подана на теплообменный аппарат для дальнейшего упаривания.

Теплообменный аппарат для опреснения морских и минерализованных вод. Область техники: энергетическая и химическая промышленность. Теплообменный аппарат содержит "V"-образные накопители, заканчивающиеся внизу сквозной щелью малой ширины по всей длине в днище накопителя. Подачу морской воды в аппарат производят на верхний "V'-образный накопитель. Накопители формируют на выходе из щели пленочный поток. Слои пленки образуют пространство, между которыми поступает теплоноситель. Вторичный пар поднимается в пространстве между пленками в верхнюю часть накопителей, имеющих по горизонтальной поверхности пленкообразующих площадок сквозные отверстия для его выпуска, отделяется от влаги на поверхности отбойного листа и удаляется через отверстия. Греющий теплоноситель движется между слоями пленочного потока и уходит из теплообменного аппарата. Технический результат состоит в повышении эффективности использования пленочного потока рабочей среды, упрощении конструкции аппарата, снижении накипеобразования, металлоемкости и стоимости аппарата. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Теплообменный аппарат для опреснения морских и минерализованных вод, содержащий корпус, патрубки подвода и отвода упариваемой воды и греющего теплоносителя и расположенные одна над другой пленкообразующие площадки с накопителями упариваемой воды, отличающийся тем, что пленкообразующие площадки закреплены к корпусу посредством угловых элементов прокатного профиля, выполнены с одинаковой площадью поверхности, каждая из пленкообразующих площадок имеет по несколько рядов накопителей упариваемой воды, на поверхности каждой из пленкообразующих площадок расположены друг над другом несколькими рядами сквозные отверстия для прохождения испаряемого теплоносителя, накопители упариваемой воды пленкообразующих площадок также расположены друг над другом несколькими рядами соответственно между рядами сквозных отверстий, имеют каждый в поперечном сечении V-образную форму и выполнены каждый со сквозной щелью по всей длине в днище накопителя, причем над верхней пленкообразующей площадкой установлен сообщенный с патрубком подвода упариваемой воды трубопровод с ответвлениями, имеющими отверстия, ориентированными над накопителями площадок вдоль их сквозных щелей, а над этим трубопроводом в корпусе установлен отбойный лист со сквозными отверстиями, при этом в V-образные накопители с внутренней стороны каждого накопителя установлены V-образные вставки для поддержания неизменной ширины сквозной щели.2. Теплообменный аппарат для опреснения морских и минерализованных вод по п.1, отличающийся тем, что пленкообразующие площадки выполнены из тонколистного материала.