ВЫПАРНОЙ АППАРАТ С ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ

Полезная модель относится к выпарной технике и может быть использована для выпарных аппаратов с естественной циркуляцией, в которых происходит концентрированно растворов, сопровождающееся выделением кристаллизующихся и накипеобразующих солей.
При выпаривании кристаллизующихся и накипеобразующих растворов в выпарных аппаратах с естественной циркуляцией и вынесенной зоной кипения одной из важнейших проблем является повышение надежности и эффективности их работы. Для этого необходимо добиться стабилизации режима этих аппаратов при любых колебаниях внешних параметров эксплуатации выпарных установок, таких как расход и концентрация исходного раствора, давление пара, вакуум и др. Колебание этих параметров ведет к изменению тепловой нагрузки и расхода выпаренной воды, являющейся движущей силой для аппарата с естественной циркуляцией. При этом необходимо не допустить кипения раствора в трубках аппарата, т.к. это приведет к отложению солей на их внутренней поверхности. В результате снизится эффективность работы аппарата. Кроме того, нестабильность режима действия аппарата с естественной циркуляцией может привести к «перевороту» циркуляции в нем, т.е. изменению направления движения раствора в трубках. Вследствие этого производительность аппарата резко падает, а кристаллизующийся и накипеобразующий раствор будет кипеть в трубках, что приведет к снижению интенсивности теплообмена в дальнейшем.
Известен выпарной аппарат с естественной циркуляцией и вынесенной зоной кипения по патенту Российской Федерации №2227823 МПК DО1D 1/06, 2002 г., содержащий сепаратор, соосную греющую камеру с патрубком для подвода греющего пара и нижней растворной камерой, выполненной в виде перевернутого усеченного конуса, выносную циркуляционную трубу, ввод которой в сепаратор выполнен тангенциальным, а часть ее перфорирована отверстиями диаметром 6-15 мм и снабжена рубашкой с патрубком для подвода греющего пара, размещенным на 3-6 м ниже ввода циркуляционной трубы в сепаратор и снабженным запорной арматурой, патрубками для подвода и слива раствора, последний из которых расположен на (0,5-1,5) диаметра циркуляционной трубы ниже ввода ее в сепаратор. Этот аппарат принят за прототип.
В известном выпарном аппарате зона кипения вынесена из греющей камеры в циркуляционную трубу. Это происходит за счет особенностей конструкции аппарата и организации режима его работы таким образом, что упариваемый раствор проходит через трубки греющей камеры сверху вниз. При этом раствор подогревается в греющей камере и поступает в циркуляционную трубу, в которой вскипает. Данный аппарат является выпарным аппаратом с естественной обращенной циркуляцией. Обращенная циркуляция в нем обеспечивается расположением патрубком слива упаренного раствора ниже ввода циркуляционной трубы в сепаратор. Благодаря обращенной циркуляции в данном аппарате кипения раствора происходит в циркуляционной трубе. Вследствие этого при нормальной работе исключается выделение кристаллизующихся и накипеобразующих компонентов из раствора на трубках.
Недостаток известного аппарата состоит в том, что при тангенциальном вводе циркуляционной трубы в сепаратор, в нем образуется воронка. Причина ее образования заключается в раскручивании раствора в сепараторе парорастворным потоком, выходящим из циркуляционной трубы. Этот поток имеет большую кинетическую энергию, особенно при увеличении нагрузки аппарата по выпаренной воде. Наличие воронки в сепараторе приводит к оголению части трубок в греющей камере. В них перестает поступать циркулирующий раствор. Поэтому находящийся в указанных трубках раствор вскипает. В результате происходит, переворачивание циркуляции в аппарате, т.е. изменение направления движения раствора в трубках на противоположное. При этом производительность аппарата резко падает, происходит выделение кристаллизующихся и накипеобразующих солей на трубках. Для того, чтобы вернуть аппарат в нормальное состояние работы с обращенной естественной циркуляцией его необходимо остановить, т.е. отключить подачу пара в него. После этого, при прекращении циркуляции, аппарат приходится снова запускать. На все перечисленные действия обычно требуется затратить достаточно много времени: от 20 минут до 1 часа, в зависимости от размеров аппарата. Причем, все это время, а также время выхода на полную производительность, как сам аппарат, так и выпарная установка, в составе которой он действует, не работает или работает с пониженной производительностью.
Анализ недостатков известного технического решения позволил авторам предложить выпарной аппарат с естественной циркуляцией и вынесенной зоной кипения, в котором будет достигнут желаемый технический результат - повышение надежности и эффективности работы аппарата.
Для достижения отмеченного технического результата в выпарном аппарате с естественной циркуляцией и вынесенной зоной кипения, содержащем сепаратор, соосную греющую камеру с патрубком для подвода греющего пара и нижней растворной камерой, выполненной в виде перевернутого усеченного конуса, выносную циркуляционную трубу, ввод которой в сепаратор выполнен тангенциальным, а часть ее перфорирована отверстиями диаметром 6-15 мм и снабжена рубашкой с патрубком для подвода греющего пара, размещенным на 3-6 м ниже ввода циркуляционной трубы в сепаратор и снабженным запорной арматурой, патрубками для подвода и слива раствора, последний из которых расположен на (0,5-1,5) диаметра циркуляционной трубы ниже ввода ее в сепаратор, согласно полезной модели, в полости сепаратора на расстоянии (0,5-1,5) диаметра греющей камеры от места ввода циркуляционной трубы размещена крестовина, выполненная, по меньшей мере, из двух диаметрально расположенных листов высотой (0,1-0,25) диаметра греющей камеры.
Заявленный выпарной аппарат с естественной циркуляцией и вынесенной зоной кипения является новым, т.к. из уровня техники не известны решения с такой же совокупностью существенных признаков, о чем свидетельствует анализ аналога и прототипа. Полезная модель промышленно применима и может быть использована в составе выпарных установок для различных отраслей промышленности. Все признаки полезной модели выполнимы и воспроизводимы. Они используются для достижения ожидаемого технического результата в полном объеме.
Рассмотрим подробнее необходимость и достаточность отличительных признаков заявляемого технического решения.
Заявленная совокупность признаков предлагаемого технического решения позволяет исключить образование воронки в сепараторе. Это обеспечивает исключение переворачивания циркуляции в аппарате, ведущее к его остановкам и к обрастанию трубок выделяющимися из раствора солями. То есть повысить надежность и эффективность работы заявленного выпарного аппарата с естественной циркуляцией.
Для исключения образования воронки в сепараторе заявленного выпарного аппарата размещена крестовина, выполненная, по меньшей мере, из двух диаметрально расположенных листов высотой (0,1-0,25) диаметра греющей камеры. Крестовина устанавливается на расстоянии (0,5-1,5) диаметра греющей камеры от места ввода циркуляционной трубы в сепаратор. Такое место расположения этого устройства, как показал опыт работы, дает возможность вынести ее из зоны основного выделения кристаллов из упариваемого раствора. Кроме того, такое месторасположение крестовины обеспечивает достаточный залив раствора над греющей камерой, чтобы исключить оголение трубок при колебаниях режима работы аппарата. Заявленная высота листов крестовины, равная (0,1-0,25) диаметра греющей камеры позволяет разрушить воронку при различных тепловых нагрузках аппарата и расходах выпаренной воды. Чем больше эти показатели, тем больше должна быть высота листов.
Иллюстрация заявленного выпарного аппарата с естественной циркуляцией и показана на чертежах - см. фиг.1 и 2.
Выпарной аппарат с естественной циркуляцией и вынесенной зоной кипения показан на фиг.1. Он содержит сепаратор 1, соосную греющую камеру 2 с патрубком для подвода греющего пара 3 и нижней растворной камерой 4, выполненной в виде перевернутого усеченного конуса. В аппарате имеется выносная циркуляционная труба 5, ввод которой в сепаратор 6 выполнен тангенциальным. У выносной циркуляционной трубы 5 ее часть 7 перфорирована отверстиями диаметром 6-15 мм и снабжена рубашкой 8 с патрубком 9 для подвода греющего пара. Данный патрубок размещен на 3-6 м ниже ввода 6 циркуляционной трубы 5 в сепаратор 1 и снабжен запорной арматурой 10. Аппарат имеет патрубки для подвода 11 и слива раствора 12. Патрубок слива раствора 12 расположен на (0,5-1,5) диаметра циркуляционной трубы ниже ввода 6 ее в сепаратор 1. В сепараторе 1 на расстоянии (0,5-1,5) диаметра греющей камеры от места ввода 6 циркуляционной трубы размещена крестовина 13. Крестовина 13 (см. фиг.2) выполнена, по меньшей мере, из двух диаметрально расположенных листов 14 и 15 высотой (0,1-0,25) диаметра греющей камеры.
Заявленный выпарной аппарат с естественной циркуляцией и вынесенной зоной кипения позволяет исключить образование воронки в сепараторе, приводящей к переворачиванию циркуляции. Вследствие этого увеличивается надежность и эффективность работы аппарата. Достигаемый технический результат дает возможность повысить, по сравнению с прототипом, производительность аппарата на 20-30% и снизить расход пара на 15-20%.