RU233294U1

RU233294U1 - Evaporator

Info

Publication number: RU233294U1
Application number: RU2025104235U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Львович Астановский; Лев Залманович Астановский; Илья Дмитриевич Астановский; Павел Владимирович Кустов
Original assignee: Ооо "Фаст Инжиниринг"
Filing date: 2025-02-25
Publication date: 2025-04-15

Abstract

Полезная модель относится к теплообменным аппаратам, используемым в качестве испарителей жидкостей, в том числе содержащих несколько компонентов с разными температурами кипения. Испаритель может быть эффективно использован для частичного испарения (испарения более летучих компонентов из смеси), например, в опреснительных установках, а также для обеспечения испарения более летучих компонентов из кубовой части ректификационных колонн и др.The utility model relates to heat exchangers used as evaporators of liquids, including those containing several components with different boiling temperatures. The evaporator can be effectively used for partial evaporation (evaporation of more volatile components from a mixture), for example, in desalination plants, as well as for ensuring the evaporation of more volatile components from the bottom part of rectification columns, etc.

Предлагаемая конструкция испарителя включает цилиндрический корпус, в котором вдоль его продольной оси вертикально установлены последовательно несколько теплообменных блоков радиально-спирального типа. Каждый теплообменный блок сформирован из элементов, представляющих собой попарно сваренные по верхним и нижним торцам гофрированные или плоские спиралеобразные стенки, а элементы сварены между собой по боковым торцам и прилегают друг к другу, образуя внутренние спиралеобразные щелевые каналы для прохода одной среды в радиально-спиральном направлении и наружные спиралеобразные щелевые каналы для прохода другой среды в аксиальном направлении вдоль оси аппарата. Щелевые каналы образуют изолированные друг от друга внутреннюю и наружную полости, при этом внутренняя полость для прохода в радиально-спиральном направлении одной среды, а наружная полость для прохода в аксиальном направлении вдоль оси аппарата другой среды.The proposed design of the evaporator includes a cylindrical body in which several radial-spiral heat exchange units are installed vertically in series along its longitudinal axis. Each heat exchange unit is formed from elements that are corrugated or flat spiral walls welded in pairs along the upper and lower ends, and the elements are welded together along the side ends and adjoin each other, forming internal spiral-shaped slotted channels for the passage of one medium in the radial-spiral direction and external spiral-shaped slotted channels for the passage of another medium in the axial direction along the axis of the apparatus. The slotted channels form internal and external cavities isolated from each other, wherein the internal cavity is for the passage of one medium in the radial-spiral direction, and the external cavity is for the passage of another medium in the axial direction along the axis of the apparatus.

При этом один или несколько верхних теплообменных блоков предназначены для частичного испарения среды и во внутреннем цилиндрическом пространстве верхних теплообменных блоков концентрично оси аппарата установлена переливная труба, соединяющая полость аппарата, расположенную выше теплообменных блоков, с внутренними полостями одного или нескольких нижних теплообменных блоков, предназначенных для предварительного подогрева испаряемой среды.In this case, one or more upper heat exchange blocks are intended for partial evaporation of the medium, and in the internal cylindrical space of the upper heat exchange blocks, an overflow pipe is installed concentrically to the axis of the apparatus, connecting the cavity of the apparatus, located above the heat exchange blocks, with the internal cavities of one or more lower heat exchange blocks, intended for preliminary heating of the evaporated medium.

Повышение эффективности работы испарителя при подаче в аппарат испаряемой среды с температурой значительно ниже температуры испарения ее компонентов и температуры теплоносителя достигается за счет рекуперации теплоты, выводимой из аппарата неиспарившейся части жидкости, путем установки в нижнюю часть аппарата дополнительного теплообменного блока для предварительного подогрева испаряемой среды обратным потоком неиспарившейся части жидкости. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. An increase in the efficiency of the evaporator when feeding the evaporated medium into the apparatus with a temperature significantly lower than the evaporation temperature of its components and the temperature of the heat carrier is achieved by recuperating the heat removed from the apparatus by the unevaporated portion of the liquid, by installing an additional heat exchange unit in the lower part of the apparatus for preheating the evaporated medium by the reverse flow of the unevaporated portion of the liquid. 1 ref. fil., 2 fig.

Description

Полезная модель относится к теплообменным аппаратам, используемым в качестве испарителей жидкостей, в том числе содержащих несколько компонентов с разными температурами кипения. Испаритель может быть эффективно использован для частичного испарения жидкости (испарения более летучих компонентов из смеси), например, в опреснительных установках, а также для обеспечения испарения более летучих компонентов из кубовой части ректификационных колонн и др.The utility model relates to heat exchangers used as liquid evaporators, including those containing several components with different boiling temperatures. The evaporator can be effectively used for partial evaporation of liquid (evaporation of more volatile components from a mixture), for example, in desalination plants, as well as for ensuring the evaporation of more volatile components from the bottom part of rectification columns, etc.

Известны и получили широкое распространение в промышленности испарители в виде теплообменных аппаратов трубчатого типа, а также испарители в виде пластинчатых теплообменных аппаратов.Evaporators in the form of tubular heat exchangers, as well as evaporators in the form of plate heat exchangers, are known and widely used in industry.

Испарители трубчатого типа применяют горизонтальные с паровым пространством и вертикальные. Промышленные аппараты, как правило, имеют большие габаритные размеры - диаметр до 2,8 м и длину труб до 6 м, занимают значительные производственные площади, требуют установку вспомогательного оборудования и обслуживание при эксплуатации. (Вадимиров А.И., Щелкунов В.А., Круглов С.А. Основные процессы и аппараты нефтегазопереработки. - М. Стр. 64-68. ООО «Недра-Бизнесцентр», 2002).Tubular evaporators are used horizontal with a steam space and vertical. Industrial devices, as a rule, have large overall dimensions - a diameter of up to 2.8 m and a length of pipes up to 6 m, occupy significant production areas, require the installation of auxiliary equipment and maintenance during operation. (Vadimirov A.I., Shchelkunov V.A., Kruglov S.A. Basic processes and devices for oil and gas processing. - M. Pp. 64-68. OOO "Nedra-Business Center", 2002).

Опыт эксплуатации испарителей в виде пластинчатых теплообменных аппаратов показал необходимость частой очистки теплообменных поверхностей, вызванный неравномерностью распределения испаряемой жидкости по этим поверхностям, наличием застойных зон и, как следствие, забивкой теплообменных поверхностей маслянистыми или твердыми осаждениями.Experience in operating evaporators in the form of plate heat exchangers has shown the need for frequent cleaning of heat exchange surfaces, caused by the uneven distribution of the evaporated liquid over these surfaces, the presence of stagnant zones and, as a consequence, clogging of the heat exchange surfaces with oily or solid deposits.

В качестве теплоносителя в зависимости от требуемой температуры нагрева испаряемой жидкости применяется горячая вода, водяной пар, высокотемпературные органические теплоносители, водный раствор триэтиленгликоля и др.Depending on the required heating temperature of the evaporated liquid, hot water, water vapor, high-temperature organic heat carriers, an aqueous solution of triethylene glycol, etc. are used as a heat carrier.

Основными недостатками известных традиционно применяемых конструкций испарителей являются неравномерное распределение потоков испаряемой жидкости и теплоносителя по теплообменным поверхностям, а также наличие застойных зон, приводящих к отложению и забивке теплообменных поверхностей и необходимости периодической их очистки.The main disadvantages of the known traditionally used evaporator designs are the uneven distribution of the flows of the evaporated liquid and coolant over the heat exchange surfaces, as well as the presence of stagnant zones, leading to deposition and clogging of the heat exchange surfaces and the need for their periodic cleaning.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому эффекту является тепломассообменный аппарат - испаритель по патенту №2803431 от 01.03.2023 г., включающий цилиндрический корпус аппарата с верхним и нижним днищами, в котором вдоль его продольной оси вертикально установлены один или последовательно несколько теплообменных блоков радиально-спирального типа. При этом каждый теплообменный блок сформирован из элементов, представляющих собой попарно сваренные по верхним и нижним торцам гофрированные или плоские спиралеобразные стенки, а элементы сварены между собой по боковым торцам и прилегают друг к другу, образуя внутренние спиралеобразные щелевые каналы для прохода одной среды в радиально-спиральном направлении, и наружные спиралеобразные щелевые каналы для прохода другой среды в аксиальном направлении вдоль оси аппарата. Щелевые каналы образуют изолированные друг от друга внутреннюю и наружную полости, при этом внутренняя полость для прохода в радиально-спиральном направлении одной среды, а наружная полость для прохода в аксиальном направлении вдоль оси аппарата другой среды. Во внутреннем цилиндрическом пространстве теплообменных блоков концентрично оси аппарата установлена труба c кольцевой перегородкой, герметично закрепленной на корпусе аппарата. При этом кольцевая перегородка располагается ниже теплообменных блоков, причем нижний торец трубы герметично соединяется с перегородкой, а верхний торец трубы располагается выше верхнего торца верхнего теплообменного блока. Испаряемая среда подается в аппарат между нижним теплообменным блоком и кольцевой перегородкой. При работе аппарата уровень жидкости поддерживается по верхнему торцу трубы. Неиспарившаяся жидкость по трубе переливается в нижнюю часть аппарата и выводится из него. Газовая или паровая фаза при необходимости проходит каплеотбойник и выводится из верхней части аппарата.The closest analogue in technical essence and achieved effect is a heat and mass exchange apparatus - an evaporator according to patent No. 2803431 dated 01.03.2023, including a cylindrical body of the apparatus with upper and lower bottoms, in which one or several radial-spiral heat exchange blocks are installed vertically along its longitudinal axis. In this case, each heat exchange block is formed from elements that are corrugated or flat spiral walls welded in pairs along the upper and lower ends, and the elements are welded together along the side ends and adjoin each other, forming internal spiral-shaped slotted channels for the passage of one medium in the radial-spiral direction, and external spiral-shaped slotted channels for the passage of another medium in the axial direction along the axis of the apparatus. The slotted channels form internal and external cavities isolated from each other, wherein the internal cavity is for the passage of one medium in the radial-spiral direction, and the external cavity is for the passage of another medium in the axial direction along the apparatus axis. In the internal cylindrical space of the heat exchange blocks, a pipe with an annular partition, hermetically fixed to the apparatus body, is installed concentrically to the apparatus axis. In this case, the annular partition is located below the heat exchange blocks, and the lower end of the pipe is hermetically connected to the partition, and the upper end of the pipe is located above the upper end of the upper heat exchange block. The evaporated medium is fed into the apparatus between the lower heat exchange block and the annular partition. During operation of the apparatus, the liquid level is maintained at the upper end of the pipe. Unevaporated liquid overflows through the pipe into the lower part of the apparatus and is removed from it. The gas or vapor phase, if necessary, passes the drip separator and is removed from the upper part of the apparatus.

Недостатком указанного аппарата является то, что при подаче в аппарат испаряемой среды с температурой значительно ниже температуры испарения ее компонентов и температуры теплоносителя, требуется дополнительный подвод теплоты для предварительного подогрева испаряемой среды перед началом испарения ее компонентов, что увеличивает затраты тепла и расход теплоносителя, а, следовательно, и эффективность работы аппарата.The disadvantage of the specified device is that when the evaporated medium is supplied to the device with a temperature significantly lower than the evaporation temperature of its components and the temperature of the coolant, an additional heat supply is required to preheat the evaporated medium before the start of evaporation of its components, which increases heat costs and coolant consumption, and, consequently, the efficiency of the device.

Задачей настоящей полезной модели является повышение эффективности работы испарителя при подаче в аппарат испаряемой среды с температурой значительно ниже температуры испарения ее компонентов и температуры теплоносителя, за счет рекуперации теплоты, выводимой из аппарата неиспарившейся части жидкости.The objective of this utility model is to increase the efficiency of the evaporator when feeding the evaporated medium into the apparatus at a temperature significantly lower than the evaporation temperature of its components and the temperature of the coolant, due to the recovery of heat removed from the apparatus by the unevaporated portion of the liquid.

Поставленная задача решается в полезной модели путем установки в нижнюю часть испарителя одного или нескольких дополнительных теплообменных блоков для предварительного подогрева испаряемой среды обратным потоком неиспарившейся части жидкости.The stated problem is solved in the utility model by installing one or more additional heat exchange units in the lower part of the evaporator for preheating the evaporated medium with a reverse flow of the non-evaporated portion of the liquid.

Таким образом, предлагаемая конструкция испарителя включает цилиндрический корпус, в котором вдоль его продольной оси вертикально установлены последовательно несколько теплообменных блоков радиально-спирального типа. Каждый теплообменный блок сформирован из элементов, представляющих собой попарно сваренные по верхним и нижним торцам гофрированные или плоские спиралеобразные стенки, а элементы сварены между собой по боковым торцам и прилегают друг к другу, образуя внутренние спиралеобразные щелевые каналы для прохода одной среды в радиально-спиральном направлении, и наружные спиралеобразные щелевые каналы для прохода другой среды в аксиальном направлении вдоль оси аппарата. Щелевые каналы образуют изолированные друг от друга внутреннюю и наружную полости, при этом внутренняя полость для прохода в радиально-спиральном направлении одной среды, а наружная полость для прохода в аксиальном направлении вдоль оси аппарата другой среды.Thus, the proposed design of the evaporator includes a cylindrical body in which several radial-spiral heat exchange units are installed vertically in series along its longitudinal axis. Each heat exchange unit is formed from elements that are corrugated or flat spiral walls welded in pairs along the upper and lower ends, and the elements are welded together along the side ends and adjoin each other, forming internal spiral-shaped slotted channels for the passage of one medium in the radial-spiral direction, and external spiral-shaped slotted channels for the passage of another medium in the axial direction along the axis of the apparatus. The slotted channels form internal and external cavities isolated from each other, wherein the internal cavity is for the passage of one medium in the radial-spiral direction, and the external cavity is for the passage of another medium in the axial direction along the axis of the apparatus.

Испаряемая среда подается через патрубок подвода испаряемой среды в нижнюю часть аппарата в наружные полости теплообменных блоков и проходит в аксиальном направлении последовательно нижние блоки, в которых нагревается, а затем верхние блоки, в которых проводится частичное ее испарение. Образующаяся при испарении среды паровая фаза при необходимости проходит каплеотбойник и выводится через патрубок, соединенный с верхней полостью аппарата.The evaporated medium is fed through the evaporation medium supply pipe into the lower part of the apparatus into the outer cavities of the heat exchange blocks and passes in the axial direction successively through the lower blocks, in which it is heated, and then through the upper blocks, in which its partial evaporation takes place. The vapor phase formed during the evaporation of the medium, if necessary, passes through a drip separator and is discharged through a pipe connected to the upper cavity of the apparatus.

Верхние теплообменные блоки обогреваются теплоносителем, патрубки подвода и отвода которого соединены с внутренними полостями одного или нескольких верхних теплообменных блоков, предназначенных для частичного испарения среды.The upper heat exchange blocks are heated by a heat carrier, the supply and outlet pipes of which are connected to the internal cavities of one or more upper heat exchange blocks, designed for partial evaporation of the medium.

Неиспарившаяся часть жидкости по переливной трубе поступает во внутреннее полости нижних теплообменных блоков, проходит их в радиально-спиральном направлении, отдавая тепло подогреваемой среде, и выводится из аппарата через патрубок, соединенный с внутренними полостями нижних теплообменных блоков, предназначенных для предварительного подогрева испаряемой среды.The unevaporated portion of the liquid enters the internal cavities of the lower heat exchange blocks through the overflow pipe, passes through them in a radial-spiral direction, giving off heat to the heated medium, and is discharged from the apparatus through a branch pipe connected to the internal cavities of the lower heat exchange blocks, designed for preliminary heating of the evaporated medium.

Повышение эффективности работы аппарата при подаче в аппарат испаряемой среды с температурой значительно ниже температуры испарения ее компонентов и температуры теплоносителя достигается за счет рекуперации теплоты, выводимой из аппарата неиспарившейся части жидкости, путем установки в нижнюю часть аппарата дополнительного теплообменного блока для предварительного подогрева испаряемой среды обратным потоком неиспарившейся части жидкости.An increase in the efficiency of the apparatus when feeding the evaporated medium into the apparatus with a temperature significantly lower than the evaporation temperature of its components and the temperature of the heat carrier is achieved by recuperating the heat removed from the apparatus by the unevaporated portion of the liquid, by installing an additional heat exchange unit in the lower part of the apparatus for preheating the evaporated medium by the reverse flow of the unevaporated portion of the liquid.

Далее полезная модель поясняется конкретным примером ее выполнения и прилагаемыми чертежами:The utility model is further explained by a specific example of its implementation and the attached drawings:

фиг. 1 схематично изображает продольный разрез испарителя;Fig. 1 schematically depicts a longitudinal section of the evaporator;

фиг. 2 схематично изображает поперечные сечения А-А и Б-Б испарителя.Fig. 2 schematically depicts cross sections A-A and B-B of the evaporator.

Испаритель включает цилиндрический корпус 1 с верхним и нижним днищами 2 и 3, в котором вдоль его продольной оси вертикально установлены последовательно несколько теплообменных блоков 4 и 5 радиально-спирального типа, щелевые каналы которых образуют изолированные друг от друга внутреннюю полость 6 для прохода в радиально-спиральном направлении одной среды и наружную полость 7 для прохода в аксиальном направлении вдоль оси аппарата другой среды.The evaporator includes a cylindrical body 1 with upper and lower bottoms 2 and 3, in which several heat exchange blocks 4 and 5 of the radial-spiral type are installed vertically in series along its longitudinal axis, the slot channels of which form an internal cavity 6 isolated from each other for the passage of one medium in the radial-spiral direction and an external cavity 7 for the passage of another medium in the axial direction along the axis of the apparatus.

При этом один или несколько верхних теплообменных блоков 4 предназначены для частичного испарения среды, а один или несколько нижних теплообменных блоков 5 предназначены для предварительного подогрева испаряемой среды.In this case, one or more upper heat exchange blocks 4 are intended for partial evaporation of the medium, and one or more lower heat exchange blocks 5 are intended for preliminary heating of the evaporated medium.

Во внутреннем цилиндрическом пространстве верхних теплообменных блоков 4 концентрично оси аппарата установлена переливная труба 8, соединяющая верхнюю полость аппарата 9, расположенную выше верхних теплообменных блоков 4, с внутренними полостями 6 нижних теплообменных блоков 5.In the internal cylindrical space of the upper heat exchange blocks 4, an overflow pipe 8 is installed concentrically to the axis of the apparatus, connecting the upper cavity of the apparatus 9, located above the upper heat exchange blocks 4, with the internal cavities 6 of the lower heat exchange blocks 5.

Испаряемая среда подается по линии 10 через патрубок 11 в нижнюю часть аппарата 12, поступает в наружные полости 7 и проходит в аксиальном направлении последовательно нижние блоки 5, в которых нагревается, а затем верхние блоки 4, в которых проводится частичное ее испарение. Образующаяся при испарении среды паровая фаза при необходимости проходит каплеотбойник 13, установленный в верхней полости аппарата 9, и выводится через патрубок 14 по линии 15.The evaporated medium is fed along line 10 through branch pipe 11 into the lower part of apparatus 12, enters outer cavities 7 and passes in the axial direction successively lower blocks 5, in which it is heated, and then upper blocks 4, in which its partial evaporation takes place. The vapor phase formed during evaporation of the medium, if necessary, passes through drip separator 13, installed in the upper cavity of apparatus 9, and is discharged through branch pipe 14 along line 15.

Верхние теплообменные блоки 4 обогреваются теплоносителем, подаваемым по линии 16 через патрубок 17, и отводимым по линии 18 через патрубок 19. Патрубки 17 и 19 соединены с внутренними полостями 6 верхних теплообменных блоков 4.The upper heat exchange blocks 4 are heated by a heat carrier supplied along line 16 through branch pipe 17 and discharged along line 18 through branch pipe 19. Branch pipes 17 and 19 are connected to the internal cavities 6 of the upper heat exchange blocks 4.

Неиспарившаяся часть жидкости по переливной трубе 8 поступает во внутреннее полости 6 нижних теплообменных блоков 5, проходит их в радиально-спиральном направлении, отдавая тепло подогреваемой среде, и выводится из аппарата по линии 20 через патрубок 21, соединенный с внутренними полостями 6 нижних теплообменных блоков 5.The unevaporated portion of the liquid enters the internal cavities 6 of the lower heat exchange blocks 5 through the overflow pipe 8, passes through them in a radial-spiral direction, giving off heat to the heated medium, and is discharged from the apparatus through line 20 through branch pipe 21, connected to the internal cavities 6 of the lower heat exchange blocks 5.

Claims

1. An evaporator comprising a cylindrical body, along the longitudinal axis of which several radial-spiral heat exchange blocks are vertically installed in series, each block having internal and external cavities isolated from each other for the passage of heat exchange media: one of which moves in a radial-spiral direction, and the other in an axial direction, each cavity being internal and external spiral-shaped slotted channels, characterized in that in the internal cylindrical space of one or more upper heat exchange blocks, an overflow pipe is installed concentrically to the axis of the apparatus, connecting the cavity of the apparatus located above the heat exchange blocks with the internal cavities of one or more lower heat exchange blocks; wherein the supply pipe for the evaporated medium is located in the lower part of the apparatus and is connected to the outer cavities of the heat exchange blocks, the discharge pipe for the unevaporated liquid is connected to the inner cavities of one or more lower heat exchange blocks, the discharge pipe for the vapors of the evaporated medium is connected to the upper cavity of the apparatus, and the supply and discharge pipes for the coolant are connected to the inner cavities of one or more upper heat exchange blocks.

2. An evaporator according to item 1, characterized in that a drip separator is installed in the upper part of the apparatus body before the vapors of the evaporated medium exit the apparatus.