ВЫПАРНОЙ АППАРАТ ДЛЯ КРИСТАЛЛИЗУЮЩИХСЯ И НАКИПЕОБРАЗУЮЩИХ РАСТВОРОВ

Полезная модель относится к выпарной технике и может быть использована для циркуляционных выпарных аппаратов, предназначенных для упаривания растворов, из которых происходит выделение кристаллизующихся и накипеобразующих солей.
При выпаривании кристаллизующихся и накипеобразующих растворов из них удаляется часть растворителя - воды. Вследствие этого происходит выделение из раствора кристаллизующейся соли в виде твердой фазы. При этом важнейшее значение имеет предотвращение зарастания и забивки теплообменных трубок отложениями кристаллизующихся и накипеобразующих солей. Для этого необходимо равномерно распределить поступающий в трубки раствор, исключить забивку трубок кусками соли, находящимися в циркулирующем в аппарате растворе. В то же время, как показал опыт эксплуатации, для большинства выпарных аппаратов добиться равномерного распределения раствора по трубкам и исключить их зарастание и забивку кусками соли не удается. В результате происходит снижение производительности аппарата, его приходится промывать водой, которую необходимо упаривать, на что требуются дополнительные затраты пара.
Известен выпарной аппарат для кристаллизующихся и накипеобразующих растворов по авт. свид. СССР №719648 МПК В01D 1/12, 1980 г., содержащий трубчатый подогреватель, имеющий входную и выходную растворные камеры, сепаратор, подключенный к подогревателю посредством трубы вскипания и циркуляционной трубы, насос и устройство для предотвращения отложений кристаллов в трубах подогревателя, установленное во входной растворной камере и выполненное в виде вертикальных пластин, пересекающихся между собой с образованием ячеек для прохода раствора с расстоянием между пластинами, равным (0,5-1) диаметра труб подогревателя с высотой пластин, равной (0,15-15) расстояния между пластинами.
Данный аппарат позволяет упаривать кристаллизующиеся и накипеобразующие растворы с высокой интенсивностью и производительностью. При этом устройство для предотвращения отложений кристаллов в трубках подогревателя, установленное во входной растворной камере, улавливает крупные куски и наросты кристаллов соли и не позволяет им попасть в трубки и закупорить их.
Недостатком известного аппарата является неравномерность потока раствора по трубкам трубчатого подогревателя. Вследствие этого в трубках с малыми скоростями раствора появляются отложения солей, выделившихся при выпаривании. Эти трубки в ускоренном темпе зарастают и забиваются соляными пробками. Тепловая нагрузка на оставшиеся трубки возрастает и в них происходит интенсивное выделение солей, что, в свою очередь, вызывает их зарастание и забивку. В результате интенсивность работы и производительность аппарата снижаются.
Наиболее близким к заявленному по технической сущности является выпарной аппарат для кристаллизующихся и накипеобразующих растворов по патенту Российской Федерации №2257244 МПК В01D 1/12, 1/22, 2003 г., содержащий трубчатый подогреватель, с верхней и нижней трубными досками, с подключенной к сепаратору посредством циркуляционной трубы нижней растворной камеры, в которой соосно размещена обечайка в форме обратного усеченного конуса и с верхней растворной камерой, соединенной с сепаратором, посредством трубы вскипания. При этом обечайка установлена на расстоянии (0,3-0,7) диаметра подогревателя от его нижней трубной доски и в ней соосно размещена, по меньшей мере, еще одна обечайка в форме обратного усеченного конуса. Нижние кромки обечаек размещены в одной плоскости. Высота наружной обечайки составляет (0,5-1,5) разности диаметров подогревателя и циркуляционной трубы, высота внутренней обечайки больше или равна высоте наружной, а телесный угол ее меньше телесного угла наружной. Кроме того, каждая из встроенных обечаек снабжена цилиндрической частью, размещенной в выходном конце циркуляционной трубы. Этот аппарат принят за прототип.
Известный аппарат дает возможность обеспечить равномерное распределение циркулирующего раствора по трубкам теплообменника. Это происходит за счет установки в нижней растворной камере специального распределительного устройства в виде, по меньшей мере, одной обечайки в форме обратного усеченного конуса.
Недостаток аппарата-прототипа состоит в забивке теплообменных трубок крупными кусками соли. Эти куски откалываются от стенок аппарата и находятся в циркулирующем растворе. Вследствие этого возрастает гидравлическое сопротивление циркуляционного контура аппарата, снижается расход раствора, циркулирующего через теплообменник, и возрастает неравномерность распределения раствора по теплообменным трубкам. В результате в них происходит усиленное выделение солей и зарастание трубок. Все это ведет к снижению интенсивности работы и производительности аппарата, приводит к увеличению энергозатрат.
Анализ недостатков известных технических решений позволил авторам предложить выпарной аппарат для кристаллизующихся и накипеобразующих растворов, в котором будет достигнут желаемый технический результат - улучшение распределения потока раствора по теплообменным трубкам, снижение или исключение зарастания и забивки трубок, что позволит повысить интенсивность работы и производительность аппарата.
Для достижения отмеченного технического результата в выпарном аппарате для кристаллизующихся и накипеобразующих растворов, имеющем циркуляционный контур, содержащий соединенные между собой сепаратор, трубчатый теплообменник с верхней и нижней трубными досками, циркуляционную трубу, трубу вскипания, верхнюю и нижнюю растворные камеры, в нижней растворной камере соосно размещена, по меньшей мере, одна обечайка, в форме обратного усеченного конуса, установленная на расстоянии (0,3-0,7) диаметра трубчатого теплообменник от его нижней трубной доски с высотой, составляющей (0,5-1,5) разности диаметров теплообменника и циркуляционной трубы, согласно полезной модели, в нижней растворной камере над обечайкой в форме обратного усеченного конуса размещено устройство для предотвращения отложений кристаллов в трубках теплообменника, выполненное в виде объемной решетки, состоящей из вертикальных пластин, пересекающихся между собой с образованием ячеек для прохода раствора с расстоянием между пластинами, равным (0,5-0,7) диаметра трубки теплообменника и высотой пластин (2-5) диаметра указанной трубки.
Заявленный выпарной аппарат для кристаллизующихся и накипеобразующих растворов 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 для достижения ожидаемого технического эффекта.
Предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить защиту трубок теплообменника от забивки кусками соли, а также более равномерно распределить поток циркулирующего в аппарате раствора по трубкам. За счет этого происходит снижение или исключение зарастания трубок, что ведет к увеличению интенсивности работы и производительность выпарного аппарата.
В устройстве для предотвращения отложений кристаллов в трубках теплообменника, выполненном в виде объемной решетки, с размерами согласно заявленным, расстояние между пластинами составляет (0,5-0,7) диаметра трубок. Такое расстояние позволяет в квадратных ячейках иметь диагональ, меньшую, чем диаметр трубок. Благодаря этому в решетке будут задерживаться куски соли, способные закупорить теплообменные трубки при попадании в них. Куски же меньших размеров не могут забить трубки и будут проходить через них не задерживаясь.
Объемная решетка также способствует лучшему и более равномерному распределению циркулирующего раствора по трубкам теплообменника. Причина этого заключается в том, что проходящий через решетку поток разбивается на множество мелких частей, в соответствии с количеством ячеек в ней. При этом гидравлическое сопротивление решетки, определяемое высотой пластин, равной (2-5) диаметров теплообменных трубок, обеспечивает сохранение разбивки общего потока раствора на множество мелких потоков. Тем самым происходит усреднение общей скорости потока на входе в трубки.
Пример конкретного выполнения заявленного выпарного аппарата для кристаллизующихся и накипеобразующих растворов приведен на чертежах - см. фиг.1 и 2.
Выпарной аппарат для кристаллизующихся и накипеобразующих растворов показан на фиг.1. Он содержит сепаратор 1, трубчатый теплообменник 2 с верхней 3 и нижней 4 трубными досками, циркуляционную трубу 5, верхнюю растворную камеру 6, трубу вскипания 7 и нижнюю растворную камеру 8, образующие циркуляционный контур.
1
2
В нижней растворной камере 8 соосно с ней размещены наружная 9 и внутренняя 10 обечайки, имеющие форму обратного усеченного конуса. Эти обечайки установлены на расстоянии hi от нижней трубной доски 4. Расстояние h равно (0,3-0,7) диаметра D теплообменника 2. Высота этих обечаек h равна (0,5-1,5) разности диаметров теплообменника 2 и циркуляционной трубы 5:(D-d). Над обечайками 9 и 10 размещено устройство для предотвращения отложений кристаллов 11 в трубках теплообменника 2. Данное устройство показано на фиг.2. Оно выполнено в виде объемной решетки, состоящей из вертикальных пластин 12 и 13, пересекающихся между собой с образованием ячеек для прохода раствора с расстоянием между пластинами, равным (0,5-0,7) диаметра трубки теплообменника и высотой пластин (2-5) диаметра трубки.
Заявленный выпарной аппарат для кристаллизующихся и накипеобразующих растворов позволяет увеличить равномерность распределения упариваемого раствора по теплообменным трубкам и исключить их забивку, что приводит к увеличению межпромывочного периода работы. Это ведет также к увеличению интенсивности и производительности. При испытаниях заявленный аппарат работал без промывок 10-15 суток, что в 4-5 раз больше, чем у прототипа. За счет этого возросла производительность аппарата. При этом средний коэффициент теплопередачи предложенного аппарата был на 10-15% выше, чем у прототипа.