Выпарной аппарат

Полезная модель относится к выпарным аппаратам, которые могут быть использованы для упаривания кристаллизующихся растворов. Данный аппарат может быть использован в химической, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и пищевой промышленности.
В современной технике для интенсификации теплообмена используют различные искусственные шероховатости поверхности. При этом интенсификация теплообмена происходит за счет турбулизации пристенного слоя жидкости и, как следствие, существенного увеличения коэффициента теплоотдачи [Плановский А.Н., Рамм В.М., Каган С.З. Процессы и аппараты химической технологии. - 4-е изд. - М.: Химия, 1967. - С. 641]. Известен способ повышения тепловой эффективности теплообменной трубы с помощью создания канавок, нанесенных по винтовой линии с переменным шагом на наружной поверхности и соответствующими им выступами на внутренней поверхности [RU 2197693 С2, МПК F28F 1/42, опубл. 27.01.2003]. Широкое применение искусственной шероховатости на поверхности труб теплообменных аппаратов способствует значительному увеличению коэффициента теплоотдачи.
Наиболее близким конструктивным аналогом является выпарной аппарат [RU 161443 U1, МПК В01В 1/12, опубл. 20.04.2016] который примем в качестве прототипа.
Выпарной аппарат для кристаллизующихся растворов, содержит трубчатый подогреватель с верхней и нижней трубными досками, входную (нижнюю) и выходную (верхнюю) растворные камеры, сепаратор, подключенный к подогревателю посредством трубы вскипания и циркуляционной трубы, оснащенный гидроциклоном для предотвращения отложений кристаллов в трубах подогревателя.
Выпариваемый раствор, поднимаясь по трубкам, нагревается и по мере подъема вскипает. Образовавшаяся парожидкостная смесь направляется в сепаратор, где происходит разделение жидкой и паровой фаз. Вторичный пар, пройдя сепаратор и брызгоуловитель, освобождается от капель, а раствор возвращается по циркуляционной трубе в греющую камеру. В этом аппарате циркулирующий раствор проходит гидроциклон, где под действием центробежной силы происходит улавливание кристаллов твердой фазы.
Недостатком прототипа является то, что на внутренней поверхности трубок подогревателя идет образование кристаллического осадка, что приводит к значительному снижению коэффициента теплоотдачи, что, в свою очередь, снижает эффективность выпаривания. В результате аппарат приходится промывать, а промывную воду упаривать, затрачивая на это дополнительную энергию.
Задача предлагаемой полезной модели: повышение эффективности процесса выпаривания путем создания канавок по винтовой линии, нанесенными с переменным шагом на наружной поверхности и соответствующими им выступами на внутренней поверхности труб подогревателя.
На фиг. 1 изображен предложенный выпарной аппарат для выпаривания кристаллизующихся растворов.
Выпарной аппарат для кристаллизующихся растворов содержит трубчатый подогреватель с верхней и нижней трубными досками, входную (нижнюю) и выходную (верхнюю) растворные камеры, сепаратор, подключенный к подогревателю посредством трубы вскипания и циркуляционной трубы, оснащенный гидроциклоном для предотвращения отложений кристаллов в трубах подогревателя.
Аппарат работает следующим образом.
Исходный раствор подается в выпарной аппарат через штуцер 11 и смешивается с циркулирующим в аппарате раствором. Циркулирующий раствор проходит по циркуляционной трубе 8, из которой поступает в гидроциклон 9 для улавливания и разделения кристаллов твердой фазы в трубках. При прохождении циркулирующего раствора через гидроциклон 9 частицы твердой фазы под действием центробежной силы отбрасываются к стенке аппарата и нисходящим спиральным потоком движутся в нижнюю часть конуса к разгрузочному отверстию 16, а очищенный от кристаллов раствор поступает во входную растворную камеру 4. Из входной растворной камеры раствор входит в трубки подогревателя 1, который обогревается греющим паром, подаваемым через штуцер 13. Трубки подогревателя 17 содержат канавки, нанесенные с переменным шагом на наружной поверхности и соответствующими им выступами на внутренней поверхности, что создает искусственную периодическую шероховатость поверхности. При прохождении раствора внутри труб подогревателя в результате выступов образуются микровихри, турбулизирующие пристенный слой жидкости, что приводит к увеличению коэффициента теплоотдачи в связи со значительным снижением отложение солей на стенках труб подогревателя при выпаривании кристаллизующихся растворов. Конденсируясь на наружной поверхности трубок, пар отдает свое тепло раствору и в виде конденсата вытекает из подогревателя 1 через штуцер 15. Нагретый в трубках подогревателя 1 раствор поступает в выходную камеру 5, а затем в трубу вскипания 7, где происходит его вскипание. Парожидкостная смесь из трубы вскипания 7 поступает в сепаратор 6, где вторичный пар отделяется от упаренного раствора и отводится через штуцер 14. Часть упаренного раствора выводится из аппарата через штуцер 12, а основная часть опускается вниз по сепаратору 6 и входит в циркуляционную трубу 8.
Причинно-следственная связь между ограничительными признаками предполагаемого решения и указанным техническим результатом заключается в том, что образующиеся кристаллы при проведении процесса выпаривания не оседают на внутренней поверхности трубок подогревателя и удаляются в гидроциклоне. Вследствие чего возрастают, и длительное время сохраняются интенсивность работы выпарного аппарата и его производительность, увеличивается межпромывочный период и эксплуатационная надежность.
Причинно-следственная связь между отличительными признаками предлагаемого решения и указанным техническим результатом заключается в том, что выступы от канавок на внутренней поверхности трубок подогревателя приводят к увеличению турбулизации потока движущегося в трубках, что также препятствуют отложению кристаллов на внутренней поверхности труб при выпаривании воды из раствора. Таким образом, в предлагаемом выпарном аппарате для кристаллизующихся растворов в значительной степени происходит интенсификация процесса теплообмена за счет увеличения коэффициента теплоотдачи от кипящего раствора к стенке.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является решение задач, связанных с интенсификацией процесса выпаривания. Это достигается путем нанесения канавок с переменным шагом на наружной поверхности и соответствующих им выступами на внутренней поверхности, выполненных по винтовой линии. Выступы на внутренней поверхности труб способствуют интенсивной турбулизации потока раствора. Образующиеся вихри препятствуют отложению солей на поверхности труб. При этом неупорядоченность выступов, т.е. нанесение их с переменным шагом, приводит к еще более хаотичному движению потока, что способствует смыванию кристаллов с поверхности труб.