СТУПЕНЬ ИСПАРИТЕЛЯ МГНОВЕННОГО ВСКИПАНИЯ

Полезная модель относится к области теплотехники, предназначена для подготовки подпиточной воды теплосетей, котельных, систем горячего водоснабжения и может быть использована в нефтехимической, фармацевтической, электронной и некоторых отраслях пищевой промышленности.
Термическое обессоливание воды - один из альтернативных способов получения воды высокого качества без использования дорогих химических реагентов и дорогостоящей ликвидации или переработки сточных вод химического обессоливания.
Получение дистиллята путем термического обессоливания экономически эффективно и сопровождается минимально вредным воздействием на экологию по сравнению с самыми современными технологиями химического обессоливания или обратного осмоса.
Известна ступень испарителя мгновенного вскипания, содержащая корпус, разделительную перегородку, герметично закрепленную в корпусе с образованием испарительной и конденсационной камер, установленный в перегородке сепаратор, который пропускает пар и отделяет влагу, при этом корпус снабжен патрубками подвода и отвода испаряемой воды и патрубком отвода конденсата (см. авторское свидетельство СССР №1733032, МПК B 01 D 3/06, приоритет от 25.12.1989 г., опубликованное 15.05.1992 г., б. №18, 1992 г., «Ступень испарителя мгновенного вскипания»).
Недостаток известного устройства заключается в том, что разбрызгиваемые паром капли воды, не преобразовавшиеся в пар при вскипании потока в испарительной камере, беспрепятственно попадают на сепаратор вместе с паром, снижая эффективность его работы и качество дистиллята.
Известна также ступень испарителя мгновенного вскипания, содержащая корпус, разделительную стенку, разделяющую ступень испарителя на камеры конденсации и расширения, вертикальный жалюзийный сепаратор, закрепленный в разделительной стенке, патрубки для подвода и отвода испаряемой воды, патрубок для отвода дистиллята, вертикальную перегородку, расположенную вдоль разделительной стенки, образующую две полости, сообщающиеся между собой по пару в нижней части камеры, причем полость, образованная вертикальной перегородкой и корпусом ступени в верхней части снабжена каналами для подвода перегретой воды, и, по крайней мере, одной дополнительной вертикальной перегородкой, при этом вертикальные перегородки в нижней части снабжены желобками для сбора и отвода влаги, а полость, образованная вертикальной перегородкой и разделительной стенкой, снабжена отдельной
горизонтальной перегородкой, установленной с зазором к разделительной стенке и образующей с вертикальной перегородкой канал для прохода пара (см. свидетельство на полезную модель РФ №31337, МПК B 01 D 3/06, приоритет от 31.03.2003 г., опубликованное 10.08.2003, «Ступень испарителя мгновенного вскипания»).
В известной ступени испарителя мгновенного вскипания перегретая вода, поступая через каналы для подвода перегретой воды в камеру расширения, вскипает, при этом поток пара вместе с увлекаемыми паром каплями воды при помощи дополнительной вертикальной перегородки распределяется на отдельные потоки и далее устремляется к сепаратору, огибая вертикальные перегородки в нижней части камеры.
Вертикальная перегородка, разделяющая камеру на две полости, защищает сепаратор от попадания воды при ее разбрызгивании.
Чем больше расширение воды (то есть чем больше перепад температур на ступень), тем больше воды, разбрызгиваемой паром, попадает на вертикальные перегородки и стекает вниз.
Недостатком известной ступени является то, что, несмотря на наличие желобков, при больших скоростях потока, возникающих при огибании вертикальных перегородок, происходит захват воды, сплошным потоком стекающей с перегородок, и занос ее в сепаратор, что снижает производительность ступени и качество дистиллята.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству является ступень испарителя мгновенного вскипания, содержащая корпус, разделительную стенку, разделяющую ступень испарителя на камеры конденсации и расширения, вертикальный жалюзийный сепаратор, закрепленный в разделительной стенке, патрубки для подвода и отвода испаряемой воды, патрубок для отвода дистиллята, вертикальную перегородку, расположенную вдоль разделительной стенки, образующую две полости, сообщающиеся между собой по пару в нижней части камеры, причем полость, образованная вертикальной перегородкой и корпусом ступени в верхней части снабжена, по крайней мере, одним водораспределительным насадком с каналом для подвода перегретой воды, при этом в вертикальной перегородке в ее верхней части выполнено отверстие, высота которого не превышает длины водораспределительного насадка (см. патент РФ на полезную модель РФ №43188, МПК B01D3/06, 1/26, приоритет от 01.10.2004 г., опубликованное 10.01.2005, «Ступень испарителя мгновенного вскипания»).
Наличие водораспределительного насадка позволяет формировать выходящий поток жидкости, вскипающей в свободном объеме камеры расширения, при этом часть воды преобразуется в пар, а часть - разбрызгивается паром.
Наличие отверстия в верхней части вертикальной перегородки обеспечивает двухсторонний подвод пара к сепаратору, что уменьшает скорость потока пара и тем самым исключает захват крупных капель стекающей по перегородке воды в нижней части камеры, однако не исключает прямое попадание мельчайших капелек воды, не преобразовавшихся в пар, вместе с паром в сепаратор при отсутствии эффективной предварительной сепарации пара, что является недостатком известной конструкции.
Кроме того, при больших перепадах температур на ступень (то есть большом перегреве воды), когда угол раскрытия истекающей из прямого среза водораспределительного насадка струи воды при расширении очень большой, возможно переливание воды через отверстие при ударе об стену или под действием восходящего потока пара.
Технический результат заявляемой полезной модели состоит в увеличении производительности ступени испарителя за счет увеличения скорости потока и обеспечения предварительной сепарации при сохранении высокого качества дистиллята, габаритов ступени и низких значений непрокипания жидкости.
Технический результат достигается тем, что в заявляемой ступени испарителя мгновенного вскипания, содержащей корпус, разделительную стенку, разделяющую ступень испарителя на камеры конденсации и расширения, вертикальный жалюзийный сепаратор, закрепленный в разделительной стенке, патрубки для подвода и отвода испаряемой воды, патрубки для отвода дистиллята, вертикальную перегородку, расположенную вдоль разделительной стенки и образующую две полости, сообщающиеся между собой по пару в нижней части камеры расширения, причем полость, образованная вертикальной перегородкой и корпусом ступени, в верхней части снабжена, по крайней мере, одним водораспределительным насадком с каналом для подвода перегретой воды, согласно полезной модели, вертикальная перегородка в своем основании снабжена уголковым элементом, образующим наклонную плоскость и параллельную основанию корпуса горизонтальную плоскость, при этом наклонная плоскость уголкового элемента обращена к торцевой стенке корпуса ступени и образует с вертикальной перегородкой тупой угол, равный 135-170°, а водораспределительный насадок выполнен с косым срезом, также обращенным к торцевой стенке корпуса ступени, при этом угол среза водораспределительного насадка составляет 10-45°.
Поток жидкости, выходящий из водораспределительного насадка, вскипает в свободном объеме камеры расширения, при этом часть воды преобразуется в пар, а часть - разбрызгивается паром, причем за счет косого среза водораспределительного насадка,
обращенного к торцевой стенке корпуса, угол среза которого составляет 10-45°, пароводяной поток сразу направленно отклоняется к корпусу.
При этом количество воды, при разбрызгивании попадающей на вертикальную перегородку и наклонную плоскость уголкового элемента, резко уменьшается, что особенно важно при средних и больших расширениях пароводяного потока (то есть средних и больших перепадах температур), так как позволяет избежать появления большого количества стекающей с наклонной перегородки воды, являющейся препятствием на пути пароводяного потока, а в случае высоких скоростей движения пароводяного потока предотвратить недостаточное или запоздалое его вскипание.
За счет косого среза водораспределительного насадка и наклонной плоскости уголкового элемента обеспечиваются свободное прохождение продолжающего расширение пароводяного потока и низкие значения непрокипания воды за счет уменьшения гидравлического сопротивления потока, огибающего наклонную плоскость и проходящего под горизонтальной плоскостью уголкового элемента.
При угле среза, меньшем 10°, поток воды, стекающей с наклонной перегородки, препятствует движению пароводяного потока.
При угле среза, большем 45°, во-первых, увеличивается эрозионный износ торцевой стенки корпуса за счет напора потока пара, а, во-вторых, увеличивается неполное прокипание (непрокипание) жидкости вследствие возрастания гидравлического сопротивления пароводяного потока на подходе к горизонтальной плоскости.
Кроме того, при угле среза, большем 45°, сильно уменьшается разбрызгивание истекающего потока жидкости, что также увеличивает ее непрокипание.
Выполнение в основании вертикальной перегородки уголкового элемента, образующего наклонную плоскость и параллельную основанию корпуса горизонтальную плоскость, где тупой угол, образованный вертикальной перегородкой и наклонной плоскостью уголкового элемента, которым она снабжена, равен 135-170°, позволяет многократно изменить направление движения пароводяного потока, разогнать пароводяной поток и увеличить его скорость, разделить потоки воды и пара за счет действия центробежных и гравитационных сил и осадить мельчайшие капельки воды пароводяного потока до поступления потока в сепаратор, что обеспечивает эффективную предварительную сепарацию пара.
В результате влажность поступающего с увеличенной скоростью на жалюзийный сепаратор пара уменьшается, что увеличивает производительность сепаратора, и, следовательно, ступени испарителя.
При этом увеличение производительности ступени испарителя достигается при сохранении высокого качества дистиллята и без увеличения габаритов камеры расширения и ступени в целом при низких значениях непрокипания воды.
При величине угла между вертикальной перегородкой и наклонной плоскостью уголкового элемента, меньшем 135°, возрастает гидравлическое сопротивление потока при огибании наклонной плоскости уголкового элемента.
При величине угла между вертикальной перегородкой и наклонной плоскостью уголкового элемента, большем 170°, не обеспечивается увеличение скорости пароводяного потока, приводящее к осаждению мельчайших капель воды, то есть предварительной сепарации пара.
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков полезной модели, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели условию патентоспособности «новизна».
Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждено на примере конкретного осуществления.
На фигуре изображена ступень испарителя мгновенного вскипания в разрезе.
Ступень испарителя мгновенного вскипания состоит из корпуса 1, разделительной стенки 2, камеры конденсации 3 с теплообменными трубками 4, камеры расширения 5, вертикального жалюзийного сепаратора 6, закрепленного в разделительной стенке 2, трубы 7 отвода сепарированной воды, расположенной вдоль разделительной стенки 2 вертикальной перегородки 8 с уголковым элементом в своем основании, образующим наклонную плоскость 9, обращенную к торцевой стенке корпуса, и параллельную основанию корпуса горизонтальную плоскость 10, и образующей две полости 11 и 12, сообщающиеся между собой по пару в нижней части камеры расширения 5 посредством параллельной основанию корпуса горизонтальной плоскости 10 уголкового элемента.
Полость 11, образованная вертикальной перегородкой 8 с уголковым элементом в своем основании и корпусом 1 ступени, в верхней части снабжена, по крайней мере, одним водораспределительным насадком 13с каналом для подвода перегретой воды 14.
В конкретном примере выполнения наклонная плоскость 9, обращенная к торцевой стенке корпуса 1, образует с вертикальной перегородкой 8 угол в 160°, а угол среза водораспределительного насадка 13, обращенного своим косым срезом в сторону торцевой стенки корпуса 1, составляет 30°.
Подвод испаряемой воды осуществляется через патрубок 15 и водораспределительную камеру 16. Отвод воды из камеры расширения 5 происходит через патрубок 17. Отвод дистиллята осуществляется через патрубок 18.
Ступень испарителя мгновенного вскипания работает следующим образом.
Перегретая вода через патрубок 15, водораспределительную камеру 16, канал 14 и водораспределительный насадок с косым срезом 13 поступает в камеру расширения 5, где происходит ее вскипание (расширение), при котором основная часть воды преобразуется в пар, а часть - разбрызгивается паром.
За счет косого среза водораспределительного насадка 13 пароводяной поток отклоняется к торцевой стенке корпуса 1, резко уменьшая количество воды, при разбрызгивании попадающей на вертикальную перегородку 8 и наклонную плоскость уголкового элемента 9.
Далее пароводяной поток огибает наклонную плоскость уголкового элемента 9, проходит под горизонтальной плоскостью 10 уголкового элемента в нижней части камеры расширения 5, а затем огибает горизонтальную плоскость 10 уголкового элемента, переходя при этом из полости 11 в полость 12.
В процессе огибания уголкового элемента за счет многократного изменения направления движущегося с большой скоростью потока обеспечивается предварительная сепарация пара.
Далее поток поступает к сепаратору 6, закрепленному в разделительной стенке 2.
где часть капель осаждается и выводится через трубу 7 на дно камеры расширения 5 и далее - через патрубок 17.
Очищенный в сепараторе 6 от капель воды поступает в камеру конденсации 3, где, проходя межтрубное пространство, конденсируется на теплообменных трубках 4 и стекает на дно камеры конденсации 3.
Чистый дистиллят со дна камеры конденсации 3 через патрубок 18 отводится потребителю или поступает на следующую ступень испарителя мгновенного вскипания.
Использование заявляемой ступени испарителя мгновенного вскипания по сравнению с известными техническими решениями позволяет увеличить эффективность предварительной сепарации пароводяного потока при резком увеличении скорости потока и многократном изменении направления его движения, в результате влажность движущегося с высокой степенью пара уменьшается, что увеличивает производительность сепаратора.
В результате увеличение производительности сепаратора при сохранении высокого качества дистиллята, габаритов ступени и малых значений непрокипания жидкости позволяет увеличить производительность ступени испарителя на 10-20% и диапазон нагрузки ступени на 20-120% от номинала.