Выпарная установка

Использование: выпаривание промышленных растворов в химической промышленности, для водоподготовки в теплоэнергетике, опреснение морской соленой воды. Сущность изобретения: Многокорпусная выпарная установка, включающая выпарные аппараты, каждый, из которых содержит греющую камеру с патрубками для вывода неконденсирующихся газов и сепаратор, соединенные последовательно так, что сепаратор одного аппарата сообщен паропроводом с греющей камерой последующего, при этом греющая камера первого аппарата сообщена с паропроводом свежего пара, поступающего извне, сепаратор последнего аппарата сообщен паропроводом с конденсатором, соединенным с устройством для создания вакуума, а патрубки для вывода неконденсирующихся газов из греющих камер сообщены непосредственно с конденсатором. Новым в установке является то, что патрубки для вывода неконденсирующихся газов из греющих камер соединены с конденсатором тремя трубопроводами: к первому трубопроводу подсоединены патрубки вывода неконденсирующихся газов из первых по ходу пара выпарных аппаратов, в греющих камерах которых при работе установки поддерживается рабочее давление выше атмосферного, причем этот трубопровод содержит переключающее устройство, посредством которого можно отводить неконденсирующиеся газы либо в конденсатор, либо в атмосферу, ко второму трубопроводу подсоединены патрубки вывода неконденсирующихся газов из последнего по ходу пара аппарата, работающего под наиболее глубоком вакууме, к третьему трубопроводу подсоединены патрубки для вывода неконденсирующихся газов остальных (промежуточных) выпарных аппаратов. Выпарной аппарат с падающей пленкой для оснащения многокорпусной выпарной установки, содержащий греющую камеру с теплообменными трубками, верхние и нижние концы которых закреплены в трубных решетках, и с патрубком для вывода неконденсирующихся газов, к верхней трубной решетке которой присоединена верхняя растворная камера, выполненная в виде вертикально установленного цилиндрического сосуда, закрытого сверху крышкой и содержащего внутри устройство для распределения и формирования пленки выпариваемого раствора в теплообменных трубках, а к нижней трубной решетке прикреплена нижняя растворная камера с патрубками для вывода вторичного пара и с перегородкой, сепаратор, установленный соосно с греющей камерой и сообщенный с нижней растворной камерой, циркуляционный насос, трубопровод от всасывающего патрубка которого врезан в днище нижней растворной камеры, а нагнетательный патрубок соединен трубопроводом с распределительным устройством, размещенным в верхней растворной камере, а также патрубки для подвода и вывода выпариваемого раствора. Новым в выпарном аппарате с падающей пленкой является то, что сепаратор установлен над греющей камерой так, что верхняя трубная решетка с размещенной на ней верхней ч растворной камерой составляет днище сепаратора. Кроме того, перегородка; установленная в нижней растворной камере, может быть выполнена в виде тонкостенного усеченного конуса, открытого в основаниях и присоединенного большим основанием к нижней трубной решетке, и в конусной перегородке по образующей ее могут быть вырезаны отверстия в виде расширяющихся к низу щелей, имеющих от бортовку внутрь. Кроме того, в аппарате патрубки для подвода и вывода выпариваемого раствора могут быть врезаны в стенку нижней растворной камеры, при этом патрубок для вывода раствора размещен над днищем камеры так, чтобы в нижней растворной камере находился объем раствора, необходимый для стабильной работы циркуляционного насоса, а производительность циркуляционного насоса может составлять: V=d×n×c×(2,04,0), м³/ч, где d - внутренний диаметр теплообменных трубок, м; n - количество теплообменных трубок в греющей камере, шт.; с - степень концентрирования раствора в аппарате. Кроме того, в аппарате нижняя растворная камера и сепаратор могут сообщаться несколькими вертикальными паропроводами, равномерно размещенными снаружи вкруговую по стенкам растворной камеры и сепаратора, а в крышке верхней растворной камеры могут быть выполнены отверстия-проемы с регулируемой степенью открывания, а отвод конденсата из греющей камеры может осуществляться через патрубок, размещенный в стенке кармана, опущенного ниже нижней трубной решетки.

Полезная модель относится к технике выпаривания промышленных растворов и может быть использована при опреснении морской и соленых вод, в химической промышленности, а также а других отраслях техники, где осуществляется концентрирование растворов выпариванием в поверхностных выпарных аппаратах; например - в выпарных аппаратах с падающей пленкой.

Известно, что в зависимости от свойств растворов и производственных условий выпаривание растворов обычно выполняется в многокорпусных противоточных и прямоточных выпарных установках, представляющих соединенные последовательно выпарные аппараты (корпуса). В прямоточных установках вторичный пар и выпариваемый раствор переходят из корпуса в корпус в одном и том же направлении, а в противоточных - вторичный пар и выпариваемый раствор двигаются по корпусам в противоположных направлениях. Значительно реже, как менее экономичные, практически используются в выпарных установках другие схемы движения потоков (см., например, книгу: Колач Т.А., Радун Д.В. «Выпарные станции». М 1963. С.148. Рис.68). Из рассмотренных выпарных установок по достигаемому положительному эффекту, по конструктивной простоте, по экономии капитальных и эксплуатационных затрат преимущество имеет прямоточная выпарная установка.

Известны многокорпусные прямоточные выпарные установки, предназначенные для. получения подпиточной воды для паровых котлов (см. например, книгу: «Водное хозяйство промышленных предприятий» под ред. Аксенова В.И., книга 4, стр.154, рис.5.10) и 10 корпусная прямоточная опреснительная установка (см. например, журнал «Водоснабжение и санитарная техника», 1973 г., 7, стр.30, рис.1, статья: «10-корпусная опытно-промышленная опреснительная установка»).

Известной прямоточной 10-корпусной дистилляционной опреснительной установке, копия принципиальной схемы которой из указанного журнала приведена на фиг.1, после многолетней (с 1971 г.) эксплуатации потребовалась модернизация с целью устранения выявившихся недостатков и повышения эффективности ее работы. В процессе разработки проекта модернизации были внесены изменения в принципиальную схему установки и в конструкцию выпарных аппаратов, предопределившие в совокупности по сравнению с сегодняшним уровнем выпарной техники новые существенные отличительные признаки. При этом по уровню достигаемого положительного эффекта, по конструктивной простоте, по тепловой экономичности и по экономии капитальных и эксплуатационных затрат модернизируемая установка оказалась наиболее близкой к заявляемой установке и поэтому при составлении заявки для защиты новой разработки патентом РФ на полезную модель она была принята нами в качестве прототипа.

Предварительное обследование показало, что недостатком этой известной установки является неудовлетворительный отвод неконденсирующихся газов из греющих камер выпарных аппаратов. Схема отвода неконденсирующихся газов в известной установке, составленная по результатам обследования, приведена на фиг.2. Вывод неконденсирующихся газов из всех выпарных аппаратов осуществляется по одному общему сообщающемуся с конденсатором трубопроводу, в который врезаны отводящие патрубки из греющих камер всех выпарных аппаратов. Вследствие большой разницы в давлениях рабочего пара по греющим камерам весьма трудно обеспечить необходимый поток парогазовой смеси из каждого аппарата, чтобы обеспечить их полную вентиляцию: при избыточных потоках из первых корпусов в отводящем трубопроводе может возникнуть давление, превосходящее давление пара в греющих камерах последних корпусов, и вентиляция их от газов прекращается. Соответственно, снижается эффективность работы этих аппаратов. Полная вентиляция греющих камер последних аппаратов обеспечивается лишь при уменьшенных расходах парогазовой смеси из, первых корпусов. При этом трудно обеспечить достаточную вентиляцию в первых аппаратах. При недостаточной продувке первых корпусов снижается интенсивность теплопередачи в этих корпусах. Таким образом, система отвода неконденсирующихся газов не обеспечивает гарантированно достаточную и необходимую вентиляцию одновременно всех выпарных аппаратов, обусловливающую эффективную работу выпарной установки. Ввиду того, что в процессе работы установки давление в греющих камерах выпарных аппарате в, несколько, изменяется (например, из-за накипеобразования на поверхностях теплообмена), необходим некоторый запас по возможным расходам вентилирующих потоков из греющих камер в отводящий трубопровод.

Целью предлагаемой выпарной установки является устранения этого недостатка известной установки и обеспечение возможности продолжительной, стабильной и эффективной работы с максимальной производительностью.

Поставленная цель достигается тем, что в многокорпусной выпарной установке, включающей выпарные аппараты, каждый из которых содержит греющую камеру с патрубками для вывода неконденсирующихся газов и сепаратор, соединенные последовательно так, что сепаратор одного аппарата сообщен трубопроводом с греющей камерой последующего, при этом греющая камера первого аппарата сообщена с паропроводом свежего пара, поступающего извне, сепаратор последнего аппарата сообщен паропроводом с конденсатором, соединенным с устройством для создания вакуума, а патрубки для вывода неконденсирующихся газов сообщены непосредственно с конденсатором, новым является то что патрубки для вывода неконденсирующихся газов из греющих камер соединены с конденсатором тремя трубопроводами: к первому трубопроводу подсоединены патрубки вывода неконденсирующихся газов из первых по ходу пара выпарных аппаратов, в греющих камерах которых при работе установки поддерживается рабочее давление выше атмосферного, причем этот трубопровод содержит переключающее устройство, посредством которого можно отводить неконденсирующиеся газы либо в конденсатор; либо в атмосферу, ко второму трубопроводу подсоединены патрубки вывода неконденсирующихся газов из последнего по ходу пара аппарата. работающего под наиболее глубоком вакууме, к третьему трубопроводу подсоединены патрубки для вывода неконденсирующихся газов из остальных (промежуточных) выпарных аппаратов.

Схема заявляемой выпарной установки с предлагаемой новой системой вывода неконденсирующихся газов из греющих камер выпарных аппаратов приведена, на фиг.3. На фиг.3 обозначены: 1, 2, 8, 9, 10 - выпарные аппараты, 11 - конденсатор, 12 - трубопроводы вторичного пара, 13, 14 - трубопроводы вывода неконденсирующихся газов из греющих камер первого и второго выпарных аппаратов; работающих под избыточным давлением, 15 - трубопровод вывода неконденсирующихся газов в конденсатор, 16 - переключающее, устройство, 17 - трубопровод вывода неконденсирующихся газов в атмосферу, 18 - трубопровод вывода неконденсирующихся газов из греющей камеры последнего выпарного аппарата. в конденсатор, 19 - трубопровод вывода неконденсирующихся газов из промежуточных выпарных аппаратов (которые на схеме обозначены не полностью), в частности из греющих камер восьмого и девятого выпарных аппаратов, через патрубки 20 и 21, 22 - дозирующая дроссельная шайба, 23 - трубопровод исходного раствора, 24 - трубопровод выпариваемого раствора, 25 - трубопровод свежего пара, 26 - трубопровод конденсата, 27 - трубопроводы охлаждающей воды.

При работе в нормальном эксплуатационном режиме переключателем 16 неконденсирующиеся газы из первых корпусов по трубопроводу 17 направляются в атмосферу. При пуске установки в эксплуатацию для сокращения времени вакуумирования ее парового объема переключателем 16 по трубопроводу 15 через патрубки 13, 14 первые выпарные аппараты сообщаются напрямую с конденсатором и соответственно, с вакуум-насосом. В установке с большим количеством выпарных аппаратов (например, 8-10) целесообразно непосредственно с конденсатором сообщать греющую камеру также предпоследнего выпарного аппарата. Это снизит нагрузку по неконденсирующимся газам на последний корпус.

Подсоединение в один отводящий трубопровод патрубков для вывода неконденсирующихся газов из греющих камер с наиболее близкими значениями давления рабочего пара создает условия для более равномерной и полной вентиляции греющих камер и снижения до минимума содержания в них неконденсирующихся газов и тем самым обеспечивает наиболее эффективную теплопередачу. Кроме того, это обеспечивает возможность осуществлять более точный расчет дроссельный шайб 22, дозирующих необходимые потоки парогазовой смеси через отводящие патрубки, и способствует надежной работе этих устройств.

Одним из наиболее эффективных аппаратов, применяющихся для оснащения выпарных установок, является выпарной аппарат с падающей пленкой. Этот аппарат прост по конструкции, характеризуется высокой интенсивностью теплопередачи, имеет меньшую, чем другие выпарные аппараты удельную металлоемкость единицы поверхности теплопередачи (кг/м²), малое время пребывания выпариваемого раствора в аппарате и минимальные затраты энергии при работе. Из двух практически применяющихся вариантов аппаратов с падающей пленкой (с вынесенным или соосным сепаратором) выпарной аппарат с сепаратором, расположенным соосно с греющей камерой более компактен, менее металлоемок, требует меньше производственной площади для размещения. Ввиду указанных преимуществ выпарной аппарат с падающей пленкой с соосно размещенным сепаратором после некоторого усовершенствования применен нами для оснащения выпарной установки по п.1.

Известный выпарной аппарат с падающей пленкой с соосно размещенным сепаратором (см. например, а.с. СССР 1561285 В01D 1/22, «Выпарной аппарат») по технической сущности и достигаемому положительному эффекту наиболее близок к предлагаемому, и поэтому принят нами в качестве прототипа.

На фиг.4 приведена копия конструктивной схемы известного выпарного аппарата с падающей пленкой по авт. свид. СССР 1561285. Выпарной аппарат состоит из греющей камеры 1, сепаратора 2, нижней растворной камеры 3 с цилиндрической; перегородкой 7, верхней растворной камеры 4. Греющая камера 1 включает верхнюю трубную решетку 5, нижнюю трубную решетку 6. В верхней растворной камере установлено оросительное устройство 8.

Выпарной аппарат снабжен патрубком 9 для ввода греющего пара, патрубком 10 для вывода неконденсирующихся газов, патрубком 11 для вывода конденсата, патрубком 12 для ввода исходного раствора, патрубком 13 для вывода упаренного раствора, патрубком 14 для отвода вторичного пара и патрубком 15 для подачи раствора в оросительное устройство 8.

Известный выпарной аппарат работает следующим образом.

Исходный раствор через патрубок 12 и встроенный подогреватель 16, подогретый до определенной температуры, по патрубкам 17 и 15 подается в верхнюю растворную камеру 4, где оросительным устройством 8 равномерно распределяется по внутренним поверхностям теплообменных трубок 18, закрепленных в верхней и нижней трубных решетках греющей камеры. По поверхности теплообменных трубок выпариваемый раствор стекает вниз. При движении раствора по трубкам 18 происходит его выпаривание. Концентрированный раствор и образующийся вторичный пар с большой скоростью выходят из нижних концов теплообменных трубок и попадают в нижнюю растворную камеру, ограниченную цилиндрической перегородкой 7, которая препятствует каплям раствора и потоку вторичного пара попадать напрямую в патрубок 14 для вывода вторичного пара из аппарата. Перегородка 7 направляет поток вторичного пара, содержащий большое количества капель раствора, в нижнюю часть сепаратора, откуда по периферийной части сепаратора этот поток направляется вверх к патрубку 14. Размеры сепаратора рассчитываются таким образом, что скорость движения пара была меньше скорости витания содержащихся в нем капель и вследствие этого капли упаренного раствора оседают вниз; собираются на дне сепаратора и выводятся из аппарата через патрубок 12. Вторичный пар отводится из сепаратора через патрубок 14. Вылетающие вместе со вторичным паром из нижних концов капли упаренного раствора частично попадают на внутреннюю поверхность перегородки 7, стекают по ней вниз и образуют по краю ее падающую вниз тонкую пленку.

Недостатки известного выпарного аппарата с падающей пленкой заключаются в следующем.

Во-первых, в известном аппарате сепаратор служит основанием для размещения довольно массивной греющей камеры. Вследствие этого для обеспечения прочности и устойчивости конструкции довольно объемного сепаратора необходимо увеличение толщины стенок сепаратора и применение укрепляющих устройств к нему, что обусловливает увеличение металлоемкости и, соответственно, стоимости аппарата.

Во-вторых, указанный выше недостаток осложняется тем, что необходимая чистота вторичного пара, отводимого из аппарата, достигается при определенных размерах сепаратора: высоте сепарационного пространства и диаметре, определяющих аэродинамику парового потока и процесс сепарации капель раствора. Эти размеры не всегда возможно конструктивно достаточно рационально обеспечить в сепараторе, расположенном под греющей камерой, вследствие чего неизбежно имеет место повышенный унос выпариваемого раствора и загрязнение конденсата вторичного пара.

В-третьих, вылетающие вместе со вторичным паром из нижних концов теплообменных трубок капли упаренного раствора частично попадают на внутреннюю поверхность перегородки 7, стекают по ней вниз и образуют по краю ее тонкую пленку, на которую воздействует поток вторичного пара, огибающий нижнюю часть перегородки 7 и устремляющийся к выходному патрубку 14. В результате интенсивного воздействия этого потока пара стекающая с перегородки пленка раствора разрушается с образованием мельчайших капель, которые легко уносятся паром из аппарата через патрубок 14. Это обусловливает потери выпариваемого раствора и загрязнение конденсата, образующегося при конденсации вторичного пара, что недопустимо, так как этот конденсат, например, в опреснительных установках является готовым продуктом - опресненной водой.

Кроме того, необходимым условием эффективной работы выпарных аппаратов с падающей пленкой является достаточное и равномерное орошение поверхности теплообменных трубок выпариваемым раствором, который обычно стекает по теплообменным трубкам в виде сплошной пленки определенной толщины, определяющей степень орошения их на входных и на выходных участках. Нарушение режима работы выпарной установки, например, изменение (уменьшение или увеличение) потока раствора по известным выпарным аппаратам вызывает изменение режима пленочного течения или нарушение сплошности стекающей пленки, обусловливающие не только снижение интенсивности теплопередачи, но и интенсивное отложение солей на теплопередающей поверхности и, следовательно, необходимость останова оборудования для устранения отложений. Для предупреждения этого известные выпарные аппараты с падающей пленкой снабжают циркуляционным насосом, с помощью которого часть концентрированного раствора, выходящего из аппарата, направляют в поток исходного раствора, поступающего в аппарат на орошение теплообменных трубок. Однако при таком подключении работа насоса в значительной степени зависит от потока раствора через аппарат колебания расхода этого потока отражается на количестве раствора, возвращаемого на орошение теплообменных трубок, что делает работу выпарного аппарата не надежной. Особенно часто значительный сбой в работе насоса вызывает оголение всасывающего патрубка при колебаниях расхода потока раствора через аппарат. Срыв и неритмичность работы насоса при этом часто является причиной, уменьшения, интенсивности орошения верхних концов теплообменных трубок ниже допустимого значения.

Другая причина нарушения пленочного течения раствора по поверхности теплообменных трубок заключается в повышении скорости движения образующегося вторичного пара в теплообменных трубках выше определенных значений. При высокой скорости движения пар сначала срывает верхние гребни волн, образующихся на пленке, и в виде мелких трудно улавливаемых капель выносит раствор в сепаратор, а при более высоких скоростях срывает пленку раствора и оголяет поверхность теплопередачи, исключая ее тем самым из процесса теплопередачи. Для предупреждения срыва пленки раствора потоком вторичного пара в выпарных аппаратах с падающей пленкой необходимо обеспечивать возможность уменьшения скорости его движения по теплообменным трубкам до допустимых значений.

Целью предлагаемого выпарного аппарата с падающей пленкой является устранение указанных недостатков и повышение тем самым эффективности, надежности и стабильности работы аппарата по сравнению с выпарными аппаратами с падающей пленкой известных конструктивных исполнений.

Поставленная цель достигается тем, что в выпарном аппарате с падающей пленкой, содержащем греющую камеру с теплообменными трубками, верхние и нижние концы которых закреплены в трубных решетках, и с патрубком для вывода неконденсирующихся газов, к верхней трубной решетке которой присоединена верхняя растворная камера, выполненная в виде вертикально установленного цилиндрического сосуда, закрытого сверху крышкой и содержащего внутри устройство для распределения и формирования пленки выпариваемого раствора в теплообменных трубках, а к нижней трубной решетке прикреплена нижняя растворная камера с патрубками для вывода вторичного пара и с перегородкой, сепаратор, установленный соосно с греющей камерой и сообщенный с нижней растворной камерой, циркуляционный насос, трубопровод от всасывающего патрубка которого врезан в днище нижней растворной камеры, а нагнетательный патрубок соединен трубопроводом с распределительным устройством, размещенным в верхней растворной камере, а также патрубки для подвода и вывода выпариваемого раствора, новым является то, что сепаратор установлен над греющей камерой так, что верхняя трубная решетка с размещенной на ней верхней растворной камерой составляет днище сепаратора.

Кроме того, в заявляемом выпарном аппарате перегородка, установленная в нижней растворной камере, может быть выполнена в виде тонкостенного усеченного конуса, открытого в основаниях и присоединенного большим основанием к нижней трубной решетке.

Кроме того, в заявляемой выпарной установке на конусной перегородке по образующей ее, могут быть вырезаны отверстия в виде расширяющихся к низу щелей, имеющих от бортовку краев внутрь.

Кроме того, в заявляемом выпарном аппарате патрубки для подвода и вывода выпариваемого раствора врезаны в стенку нижней растворной камеры, при этом патрубок вывода раствора размещен на некоторой высоте над днищем камеры так, чтобы в нижней растворной камере находился объем раствора, необходимый для стабильной работы циркуляционного насоса.

Кроме того, в заявляемом выпарном аппарате номинальная производительность циркуляционного насоса может составлять:

V=d×n×c×(2,04,0), м³/ч,

где d - внутренний диаметр теплообменных трубок, м;

n - количество теплообменных трубок в греющей камере, шт.;

с - степень концентрирования раствора в аппарате.

Кроме того, в заявляемом выпарном аппарате нижняя растворная камера и сепаратор могут сообщаться несколькими вертикальными паропроводами, равномерно размещенными снаружи вкруговую по стенкам растворной камеры и сепаратора.

Кроме того, в заявляемом выпарном аппарате в крышке верхней растворной камеры могут быть выполнены отверстия-проемы с регулируемой степенью открывания.

Кроме того, в заявляемом выпарном аппарате отвод конденсата из греющей камеры может осуществляться через патрубок, размещенный в стенке кармана, опущенного ниже нижней трубной решетки.

На фиг.5 приведена принципиальная конструктивная схема заявляемого выпарного аппарата спадающей пленкой. Выпарной аппарат состоит из греющей камеры 1, сепаратора 2 с патрубком 3 для вывода вторичного пара нижней растворной камеры 4 с конической перегородкой 5, верхней растворной камеры 6 с распределительным и пленкообразующим устройством 7. В крышке верхней камеры выполнено, перекрываемое отверстие (проем) 8. Греющая камера включает верхнюю трубную решетку 9 и нижнюю трубную решетку 10, в которых закреплены теплообменные трубки. Выпарной аппарат снабжен патрубком 11 для ввода греющего пара, патрубком 12 для вывода конденсата, патрубком 13 для отвода неконденсирующихся газов, патрубком 14 для подвода исходного раствора, патрубком 15 для вывода упаренного раствора, а также циркуляционным насосом 16 с всасывающим 17 и нагнетательным 18 трубопроводами. Паропроводами 19 нижняя растворная камера сообщена с сепаратором. В перегородке 5, расположенной в нижней растворной камере, вырезаны отверстия 20 в виде расширяющихся к низу щелей.

Заявляемый выпарной аппарат работает следующим образом.

Исходный раствор, подаваемый на выпаривание, поступает в аппарат через патрубок 14 и попадает в объем циркулирующего раствора, находящийся в нижней части нижней растворной камере. Этот объем раствора для обеспечения стабильной работы циркуляционного насоса 16 поддерживается постоянно посредством вывода концентрированного раствора через патрубок 15, установленный на определенной высоте над днищем нижней растворной камеры.

Из нижней растворной камеры раствор через всасывающий трубопровод 17, подсоединенный к днищу камеры, насосом 16 по трубопроводу 18 нагнетается в распределительное устройство 7, расположенное в верхней растворной камере 6. Устройство 6 распределяет раствор по теплообменным трубкам и формирует на внутренней поверхности этих трубок пленочное течение выпариваемого раствора. При движении раствора по трубкам вниз происходит выпаривание раствора за счет тепла пара, конденсирующегося на наружных стенках трубок. Образующийся вторичный пар также устремляется вниз и за счет сил межфазного трения турбулизирует пленку жидкости, ускоряет ее движение и тем самым интенсифицирует теплопередачу от пара к выпариваемому раствору.

Смесь вторичного пара и капель раствора с большой скоростью вылетает из нижних концов теплообменных трубок и падает вниз. При этом, вследствие того, что перегородка 5 выполнена конусной, основная масса этой смеси попадает на ее внутренние стенки. Капли раствора падают на стенки, сливаются воедино и в виде сплошного слоя растекаются по поверхности стенок. Отбортованными краями продольных отверстий 20 образовавшийся на стенках перегородки 5 слой раствора формируется в компактные жидкостные струи, которые не подвергаются разрушающим воздействиям спутных паровых потоков. Достигая нижних краев перегородки 5 компактные жидкостные струи, не подвергаясь разрушениям, падают вниз на уровень жидкости в нижней растворной камере. Потоки пара не подвергающиеся вторичному загрязнению за счет разрушения пленки раствора, стекающей с края перегородки, как это происходит в известном выпарном аппарате, проходят в промежутках между компактными сплошными жидкостными струями через щелевые отверстия 20 и, огибая края перегородки 5, устремляются к входным участкам паропроводов 19, соединяющих нижнюю растворную камеру с сепаратором. Размещение паропроводов 19 равномерно вкруговую снаружи по стенкам растворной камеры 4 и сепаратора 2 обеспечивает равномерное поле скоростей пара по сечению нижней растворной камеры и по сечению сепаратора 2, способствующее качественной очистке потока вторичного пара от капель раствора в сепараторе при движении его снизу вверх через дополнительное сепарирующее устройство 21 к выводному патрубку 3. Таким образом, размещение сепаратора над греющей камерой обусловливает благоприятные условия для осуществления процесса сепарации путем создания необходимых для этого размеров самого сепаратора и применения, в случае необходимости, дополнительных сепарирующих устройств (например, жалюзийных каплеуловителей).

Из нижней растворной камеры 4 концентрированный раствор с расходом, равным разности потоков исходного раствора, поступающего через патрубок 14 и выпариваемой воды (т.е. вторичного пара, выводимого через патрубок 3), отводится из аппарата через патрубок 15.

Для эффективной работы выпарных аппаратов с падающей пленкой необходимо, чтобы пленка стекающего раствора была сплошной и устойчивой на всей длине теплообменных трубок, что в значительной степени определяется интенсивностью их орошения. Известные рекомендации по требуемой интенсивности орошения относятся к орошению верхних концов теплообменных трубок, т.е. обусловливаются работой распределительных устройств и не учитывают изменения гидродинамики пленки раствора на нижерасположенном основном участке, где происходит интенсивное испарение, изменение вследствие этого толщины и стабильности течения пленки, а также механического воздействие на нее потока образующегося вторичного пара (см. например, книгу: Колач Т.А., Радун Д.В «Выпарные станции». М., Машгиз. 1963. Стр.40). По указанным причинам имеющиеся известные рекомендации не достаточно точны и не могут быть использованы для надежного практического применения.

В заявляемом выпарном аппарате значения интенсивности орошения теплообменных трубок определяются производительностью циркуляционного насоса, что обеспечивает более устойчивую и надежную работу заявляемого аппарата по сравнению с известными аппаратами. Причем циркуляционный насос обеспечивает требуемое орошение трубок по всей длине, включая конечный участок - участок на выходе раствора и вторичного пара в нижнюю растворную камеру, наиболее подверженный воздействиям, направленным к нарушению сплошности и устойчивого движения пленки. Это достигается применением циркуляционного насоса определенной производительности. Проведенные исследования и опыт эксплуатации выпарных аппаратов с падающей пленкой показал, что для обеспечения сплошности и устойчивого движения пленки, обусловливающих наиболее эффективную работу аппарата, номинальная производительность циркуляционного насоса должна составлять:

V=d×n×с×(2,04,0), м³/ч,

где d - внутренний диаметр теплообменных трубок, м;

n - количество теплообменных трубок в греющей камере, шт;

с - степень концентрирования раствора в аппарате.

При производительности циркуляционного насоса при значении ниже расчетного работа аппарата становится не эффективной вследствие нарушения сплошности пленки выпариваемого раствора и образования отложений солей на оголенной поверхности теплообменных трубок. При расходах больших расчетного наблюдается повышенный вынос капель раствора, срываемых с неровностей поверхности пленочного течения, и некоторое снижение теплопередачи от пара к раствору.

Анализ результатов промышленных испытаний выпарных аппаратов с падающей пленкой показывает, что работа аппарата становится неэффективной при больших скоростях вторичного пара в теплообменных трубках. Данный режим работы характерен для выпарных аппаратов, работающих под вакуумом. Причина неудовлетворительной работы заключается в том, что при придвижении пара с большой скоростью воздействие его на пленку раствора столь велико, что на выходном участке трубок он срывает ее с поверхности трубок и в виде мельчайших капель выносит в сепаратор. В результате оголяется поверхность трубок практически исключающихся из процесса теплопередачи и моментально покрывающаяся отложениями солей из раствора. В заявляемом выпарном аппарате для снижения расхода пара через нижние концы теплообменных трубок часть образующегося вторичного пара отводится через отверстия - проемы в крышке верхней растворной камеры. Регулируя степень открывания этих проемов в процессе наладочных работ, выполняемых при подготовке аппарата к эксплуатации, избыточный поток вторичного пара сбрасывают непосредственно в сепаратор 2 и направляют по теплообменным трубкам лишь поток, необходимый для эффективной работы аппарата.

В известных выпарных аппаратах патрубки для вывода конденсата врезают над нижней трубной решеткой. При работе аппарата на нижней трубной решетке неизбежно постоянно остается слой конденсата, который невозможно удалить. Вследствие этого, из общей поверхности теплообменных трубок, предназначенных для теплопередачи, исключается часть поверхности, залитая конденсатом. Эта поверхность, на которой передача тепла не происходит, для аппаратов большой производительности является существенной. В заявляемом выпарном аппарате вывод конденсата греющего пара через патрубок 12, размещенный в кармане 22, опущенном ниже нижней трубной решетки 10, устраняет любое затопление межтрубного пространства греющей камеры конденсатом и обеспечивает тем самым полезное эффективное использование всей теплопередающей поверхности греющей камеры по прямому назначению - для передачи тепла от пара к выпариваемому раствору.

Заявляемые технические решения позволяют устранить основные недостатки, характерные для известных прямоточной многокорпусной выпарной установки и выпарного аппарата с падающей пленкой, использованного для ее оснащения.

Заявляемая прямоточная выпарная установка и выпарной аппарат с падающей пленкой для ее оснащения отвечают всем требованиям патентоспособности. Технические решения являются новыми, так как из уровня техники не известны технические решения, с такими же, совокупностями существенных отличительных признаков, о чем свидетельствует проведенный заявителями анализ научено-технической и патентной литературы. Предпринятые предварительные проработки и производственные испытания заявляемого выпарного аппарата с падающей пленкой позволяют сделать вывод о практической эффективности заявляемых решений и об отсутствии каких либо трудностей и препятствий для успешного использования его с получением ожидаемого положительного результата. Это свидетельствует и соответствие заявляемых технических решений критериям «новизна» и «существенные отличия».

1. Многокорпусная выпарная установка, включающая выпарные аппараты, каждый из которых содержит греющую камеру с патрубками для вывода неконденсирующихся газов и сепаратор, соединенные последовательно по ходу пара так, что сепаратор одного аппарата сообщен трубопроводом с греющей камерой последующего, при этом греющая камера первого аппарата сообщена с паропроводом свежего пара, поступающего извне, сепаратор последнего аппарата сообщен паропроводом с конденсатором, соединенным с устройством для создания вакуума, а патрубки для вывода неконденсирующихся газов из греющих камер сообщены непосредственно с конденсатором, отличающаяся тем, что патрубки для вывода неконденсирующихся газов из греющих камер соединены с конденсатором тремя трубопроводами: к первому трубопроводу подсоединены патрубки вывода неконденсирующихся газов из первых по ходу пара выпарных аппаратов, в греющих камерах которых при работе установки поддерживается рабочее давление выше атмосферного, причем этот трубопровод содержит переключающее устройство, посредством которого можно отводить неконденсирующиеся газы либо в конденсатор, либо в атмосферу, ко второму трубопроводу подсоединены патрубки вывода неконденсирующихся газов из последнего и предпоследнего по ходу пара аппаратов, работающих при наиболее глубоком вакууме, к третьему трубопроводу подсоединены патрубки для вывода неконденсирующихся газов из остальных выпарных аппаратов.

2. Выпарной аппарат с падающей пленкой для оснащения выпарной установки по п.1, содержащий греющую камеру с теплообменными трубками, верхние и нижние концы которых закреплены в трубных решетках, и с патрубком для вывода неконденсирующихся газов, к верхней трубной решетке которой присоединена верхняя растворная камера, выполненная в виде вертикально установленного цилиндрического сосуда, закрытого сверху крышкой и содержащего внутри устройство для распределения и формирования пленки выпариваемого раствора в теплообменных трубках, а к нижней трубной решетке прикреплена нижняя растворная камера с патрубками для вывода вторичного пара и перегородкой, сепаратор, установленный соосно с греющей камерой и сообщенный с нижней растворной камерой, циркуляционный насос, трубопровод от всасывающего патрубка которого врезан в днище растворной камеры, а нагнетательный патрубок соединен трубопроводом с распределительным устройством, размещенным в верхней растворной камере, а также патрубки для подвода и вывода выпариваемого раствора, отличающийся тем, что сепаратор установлен над греющей камерой так, что верхняя трубная решетка с размещенной на ней верхней растворной камерой составляет днище сепаратора.

3. Выпарной аппарат по п.2, отличающийся тем, что перегородка, установленная в нижней растворной камере, выполнена в виде тонкостенного усеченного конуса, открытого в основаниях и присоединенного большим основанием к нижней трубной решетке.

4. Выпарной аппарат по пп.2 и 3, отличающийся тем, что на конусной перегородке по образующей ее вырезаны отверстия в виде расширяющихся книзу щелей, имеющих отбортовку краев внутрь.

5. Выпарной аппарат по п.2, отличающийся тем, что патрубки для подвода и вывода выпариваемого раствора врезаны в стенку нижней растворной камеры, при этом патрубок вывода раствора размещен на некоторой высоте над днищем камеры так, чтобы в нижней растворной камере находился объем раствора, необходимый для стабильной работы циркуляционного насоса.

6. Выпарной аппарат по п.2, отличающийся тем, что нижняя растворная камера и сепаратор сообщены несколькими вертикальными паропроводами, равномерно размещенными снаружи вкруговую по стенкам растворной камеры и сепаратора.

7. Выпарной аппарат по п.2, отличающийся тем, что номинальная подача циркуляционного насоса составляет:

V=d·n·c· (2,0-4,0), м³/ч,

где d - внутренний диаметр теплообменных трубок, м;

n - количество теплообменных трубок в греющей камере, шт.;

с - степень концентрирования раствора в аппарате.

8. Выпарной аппарат по п.2, отличающийся тем, что в крышке верхней растворной камеры выполнены отверстия-проемы с регулируемой степенью открывания.

9. Выпарной аппарат по п.2, отличающийся тем, что отвод конденсата из греющей камеры осуществляется через патрубок, размещенный в стенке кармана, опущенного ниже нижней трубной решетки.