RU2426575C2 - Heating method of scale forming solutions and device for its implementation - Google Patents
Heating method of scale forming solutions and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2426575C2 RU2426575C2 RU2008152942/05A RU2008152942A RU2426575C2 RU 2426575 C2 RU2426575 C2 RU 2426575C2 RU 2008152942/05 A RU2008152942/05 A RU 2008152942/05A RU 2008152942 A RU2008152942 A RU 2008152942A RU 2426575 C2 RU2426575 C2 RU 2426575C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- solution
- heated
- heating
- heat exchange
- scale
- Prior art date
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 54
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 201
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 20
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 19
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 8
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 4
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 3
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 208000012868 Overgrowth Diseases 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано в химической, металлургической, энергетической и пищевой отраслей промышленности для подогрева накипеобразующих растворов.The invention relates to heat engineering and can be used in the chemical, metallurgical, energy and food industries for heating scale-forming solutions.
Одной из важнейших проблем, возникающих при переработке накипеобразующих растворов, является обеспечение их высокоэффективного подогрева с минимальным образованием накипи на теплообменных поверхностях. Выделение накипеобразующих солей из этих растворов, обусловленное их химическим составом и условиями переработки, приводит к быстрому снижению интенсивности теплообмена. При этом, как правило, накипеобразующие растворы имеют обратную зависимость растворимости от температуры, т.е. с повышением температуры подогретого раствора происходит увеличение выделения накипеобразующих солей за счет уменьшения их растворимости. В результате снижается эффективность и производительность переработки растворов, возникает необходимость дополнительных энергозатрат для компенсации недополученного в теплообменниках тепла. Для исключения отмеченных недостатков в работе теплообменников их приходится резервировать, что ведет к увеличению капитальных затрат. Кроме того, их необходимо подвергать химической или механической очистке накипи, что трудоемко, усложняет эксплуатацию, приводит к образованию большого количества химически загрязненных стоков, требующих нейтрализации.One of the most important problems arising in the processing of scale-forming solutions is the provision of their highly efficient heating with minimal scale formation on heat-exchange surfaces. The separation of scale-forming salts from these solutions, due to their chemical composition and processing conditions, leads to a rapid decrease in the intensity of heat transfer. In this case, as a rule, scale-forming solutions have an inverse dependence of solubility on temperature, i.e. with increasing temperature of the heated solution, there is an increase in the release of scale-forming salts due to a decrease in their solubility. As a result, the efficiency and productivity of processing solutions decreases, and additional energy is needed to compensate for the heat lost in the heat exchangers. To eliminate the noted shortcomings in the operation of heat exchangers, they have to be reserved, which leads to an increase in capital costs. In addition, they must be subjected to chemical or mechanical cleaning of scale, which is laborious, complicates operation, leads to the formation of a large number of chemically contaminated effluents that require neutralization.
Известен способ подогрева накипеобразующих растворов, осуществляемый в многоходовом кожухотрубчатом подогревателе (см. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1971, с.345-346, рис.VIII-11б). Согласно этому способу исходный раствор поступает в первый отсек верхней растворной камеры подогревателя, распределяется по трубкам этого отсека (одного хода), проходит по ним, выходя в противоположном отсеке нижней растворной камеры, в котором поток раствора поворачивается на 180° и входит в трубки следующего отсека. Таким образом, раствор последовательно проходит все ходы подогревателя, подогреваясь за счет тепловой энергии теплоносителя, подаваемого в межтрубное пространство теплообменной камеры. Подогретый раствор выводится из последнего отсека верхней растворной камеры.A known method of heating scale-forming solutions, carried out in a multi-pass shell-and-tube heater (see Kasatkin A.G. The main processes and apparatuses of chemical technology. - M .: Chemistry, 1971, p.345-346, Fig. VIII-11b). According to this method, the initial solution enters the first compartment of the upper solution chamber of the heater, is distributed through the tubes of this compartment (one stroke), passes through them, leaving in the opposite compartment of the lower solution chamber, in which the solution flow is rotated through 180 ° and enters the tubes of the next compartment . Thus, the solution sequentially passes through all the heater strokes, being heated by the thermal energy of the coolant supplied to the annular space of the heat exchange chamber. The heated solution is discharged from the last compartment of the upper solution chamber.
Способ реализуется в многоходовом кожухотрубчатом подогревателе, состоящем из верхней и нижней растворных камер, разделенных внутренними вертикальными перегородками на отдельные отсеки. Штуцера входа исходного раствора и выхода подогретого раствора размещены на верхней растворной камере. Теплообменная камера имеет трубные решетки, теплообменные трубки, кожух и штуцера входа и выхода теплоносителя. При этом расположение внутренних перегородок в верхней и нижней растворных камерах обеспечивает последовательное прохождение раствора по всем ходам подогревателя.The method is implemented in a multi-pass shell-and-tube heater, consisting of upper and lower mortar chambers, separated by internal vertical partitions into separate compartments. The inlet of the initial solution and the outlet of the heated solution are placed on the upper solution chamber. The heat exchange chamber has tube sheets, heat transfer tubes, a casing and fittings for the inlet and outlet of the coolant. Moreover, the location of the internal partitions in the upper and lower mortar chambers provides a consistent passage of the solution through all the moves of the heater.
Основным недостатком известных способа и подогревателя является быстрое зарастание теплообменных трубок накипью. При этом наиболее сильно отлагается накипь на трубках с нисходящим движением раствора. В результате снижается интенсивность теплопередачи в аппарате.The main disadvantage of the known method and heater is the rapid overgrowth of the heat transfer tubes with scale. In this case, scale is most strongly deposited on tubes with a downward movement of the solution. As a result, the heat transfer intensity in the apparatus decreases.
Другим недостатком известного устройства является неудовлетворительное отделение отсеков друг от друга в растворных камерах перегородками, приводящее к просачиванию холодного раствора к горячему из одного отсека в другой, минуя трубки. В результате происходит снижение температуры раствора на выходе из теплообменника и интенсивность его работы.Another disadvantage of the known device is the unsatisfactory separation of the compartments from each other in the mortar chambers by partitions, leading to the leakage of cold solution to hot from one compartment to another, bypassing the tube. The result is a decrease in the temperature of the solution at the outlet of the heat exchanger and the intensity of its work.
Известен способ подогрева накипеобразующих растворов и полочный подогреватель для его осуществления (см. Еремин Н.И., Наумчик А.Н., Казаков В.Г. «Процессы и аппараты глиноземного производства». - М.: Металлургия, 1980. - с.148-149, рис.4.9). Согласно этому способу раствор подогревают в полочном подогревателе в результате его смешения с паром, при перетекании с полки на полку через отверстия в них вниз, в то время как пар поднимается вверх. При этом происходит конденсация пара на струях раствора, за счет чего осуществляется нагрев последнего.A known method of heating scale-forming solutions and shelf heater for its implementation (see Eremin NI, Naumchik AN, Kazakov VG "Processes and apparatuses of alumina production." - M .: Metallurgy, 1980. - p. 148-149, Fig. 4.9). According to this method, the solution is heated in a shelf heater as a result of its mixing with steam, when flowing from shelf to shelf through the holes in them down, while the steam rises. In this case, steam condensation occurs on the jets of the solution, due to which the latter is heated.
Способ реализуется в полочном подогревателе, имеющем корпус со штуцерами входа исходного и выхода подогретого раствора, входа пара и выхода парогазовой смеси. Внутри корпуса размещены полки, представляющие собой горизонтальные сегментные перегородки с отверстиями в них, через которые сверху вниз последовательно перетекает раствор, а пар поднимается снизу вверх, проходя через струи раствора, конденсируясь на них и подогревая раствор. При этом подогретый раствор сливается из подогревателя через штуцер, расположенный в самой нижней его части, а несконденсировавшаяся парогазовая смесь отводится через штуцер, размещаемый в самом верху корпуса.The method is implemented in a shelf heater having a housing with fittings for the input of the source and the outlet of the heated solution, the steam inlet and the outlet of the gas mixture. Inside the case there are shelves, which are horizontal segmented partitions with holes in them, through which the solution flows sequentially from top to bottom, and the steam rises from the bottom up, passing through the jets of the solution, condensing onto them and heating the solution. In this case, the heated solution is discharged from the heater through a fitting located in its lowest part, and the non-condensing vapor-gas mixture is discharged through a fitting located at the very top of the housing.
Работоспособность полочного подогревателя по сравнению с кожухотрубчатыми аппаратами в гораздо меньшей степени зависит от накипеобразования. Поэтому рассматриваемый аппарат может работать гораздо дольше, чем кожухотрубчатые подогреватели.The shelf heater performance compared to shell-and-tube apparatuses to a much lesser extent depends on scale formation. Therefore, the apparatus in question can work much longer than shell-and-tube heaters.
Главный недостаток известного способа и аппарата состоит в том, что вместе с подогревом раствора происходит его разбавление за счет поглощения конденсируемого пара. При этом разбавление раствора снижает эффективность процессов его дальнейшей переработки, приводит к увеличению подвода энергии на неизбежное концентрирование для компенсации указанного разбавления.The main disadvantage of the known method and apparatus is that, together with the heating of the solution, it is diluted by absorption of the condensed vapor. Moreover, the dilution of the solution reduces the efficiency of the processes of its further processing, leads to an increase in the supply of energy to the inevitable concentration to compensate for the specified dilution.
Другим недостатком известных решений является зарастание отверстий на полках подогревателя. В результате нарушается равномерность протекания обменивающихся теплом сред внутри аппарата. Это приводит к снижению эффективности работы, т.е. к меньшему подогреву раствора и к увеличению расхода отводимой парогазовой смеси, за счет повышения в ней содержания пара.Another disadvantage of the known solutions is the overgrowing of holes on the shelves of the heater. As a result, the uniformity of the flow of heat-exchanging media inside the apparatus is violated. This leads to a decrease in work efficiency, i.e. to a lesser heating of the solution and to an increase in the flow rate of the exhaust gas-vapor mixture, due to an increase in the vapor content in it.
Наиболее близким к заявленным по технической сущности и по конструктивному устройству является способ подогрева накипеобразующих растворов и аппарат для его осуществления, описанные в книге Касаткина А.Г. «Основные процессы и аппараты химической технологии». - М.: Химия, 1971, - с.344-346, рис.VIII-11a.Closest to the claimed technical essence and constructive device is a method for heating scale-forming solutions and apparatus for its implementation, described in the book by A. Kasatkin. "Basic processes and apparatuses of chemical technology". - M .: Chemistry, 1971, - p. 344-346, Fig. VIII-11a.
Способ подогрева включает подачу раствора в нижнюю растворную камеру подогревателя, распределение раствора по теплообменным трубкам и подъем по ним с подогревом за счет тепла теплоносителя, подаваемого в межтрубное пространство теплообменной камеры, и выход подогретого раствора из верхней растворной камеры.The method of heating includes feeding the solution into the lower solution chamber of the heater, distributing the solution through the heat exchange tubes and lifting them with heating due to the heat of the coolant supplied to the annulus of the heat exchange chamber, and exiting the heated solution from the upper solution chamber.
Известный способ осуществляется в одноходовом кожухотрубчатом подогревателе, который содержит теплообменную камеру, нижнюю и верхнюю растворные камеры со штуцерами входа исходного раствора и выхода подогретого раствора, размещенными на верхней растворной камере. Теплообменная камера имеет трубные решетки, теплообменные трубки, кожух и штуцера входа и выхода теплоносителя, (способ и аппарат приняты за прототип).The known method is carried out in a single-pass shell-and-tube heater, which contains a heat exchange chamber, lower and upper solution chambers with fittings for the input of the initial solution and the outlet of the heated solution placed on the upper solution chamber. The heat exchange chamber has tube sheets, heat exchange tubes, a casing and fittings for the inlet and outlet of the coolant, (the method and apparatus are taken as a prototype).
В известном аппарате исключено контактирование подогреваемого раствора и теплоносителя. Поэтому разбавление нагреваемого раствора происходить не будет. В известных решениях позитивным фактором является то, что раствор по теплообменным трубкам движется снизу вверх. Благодаря этому обеспечивается более равномерное течение нагреваемого раствора, чем при нисходящем движении. Вследствие этого, при тех же скоростях раствора также как в многоходовом подогревателе снижается накипевыделение, одной из причин которого является неравномерность течения раствора по трубкам.In the known apparatus, contact between the heated solution and the coolant is excluded. Therefore, dilution of the heated solution will not occur. In known solutions, the positive factor is that the solution moves from bottom to top through the heat exchange tubes. This ensures a more uniform flow of the heated solution than in a downward movement. As a result of this, at the same solution speeds as in a multi-pass heater, scale formation is reduced, one of the reasons for which is the uneven flow of the solution through the tubes.
Основной недостаток известного способа и аппарата состоит в низкой интенсивности теплообмена вследствие малой скорости раствора в теплообменных трубках, обусловленной распределением общего потока раствора на большое количество трубок. В результате малой скорости раствора в трубках, в них происходит повышенное накипеобразование, еще более снижающее интенсивность теплообмена и приводящее к быстрому отключению теплообменника для очистки от накипи.The main disadvantage of the known method and apparatus is the low intensity of heat transfer due to the low speed of the solution in the heat exchange tubes, due to the distribution of the total flow of the solution to a large number of tubes. As a result of the low speed of the solution in the tubes, increased scale formation occurs in them, further reducing the heat transfer rate and leading to a quick shutdown of the heat exchanger for descaling.
Другим недостатком известных способа и аппарата является высокое значение величины подогрева раствора в трубках, составляющее 20-40°С. При таком увеличении температуры раствора растворимость в нем накипеобразующего компонента в значительной степени снижается и последний выделяется на внутренней поверхности трубок. Это снижает интенсивность теплообмена в подогревателе и вызывает необходимость очистки трубок, т.е. уменьшает эксплуатационную надежность его работы.Another disadvantage of the known method and apparatus is the high value of the heating solution in the tubes, comprising 20-40 ° C. With such an increase in the temperature of the solution, the solubility in it of the scale-forming component is significantly reduced and the latter is released on the inner surface of the tubes. This reduces the heat transfer rate in the heater and necessitates cleaning the tubes, i.e. reduces the operational reliability of its work.
Кроме того, недостатком, как известного способа, так и известного аппарата является то, что большую часть времени (90-95%) нахождения подогретого раствора в подогревателе он находится в теплообменных трубках. В результате этого пересыщение раствора по накипеобразующему компоненту, возникающее при подогреве, снимается путем осаждения накипи на внутренней поверхности трубок. При этом конструкция известного подогревателя не предусматривает других мест для снятия пересыщения раствора.In addition, the disadvantage of both the known method and the known apparatus is that most of the time (90-95%) of finding the heated solution in the heater is in the heat transfer tubes. As a result of this, the supersaturation of the solution with respect to the scale-forming component that occurs during heating is removed by depositing scale on the inner surface of the tubes. Moreover, the design of the known heater does not provide other places for removing the supersaturation of the solution.
Указанные недостатки известных способов и устройств в этой области техники стимулировали поиск новых технических решений.These disadvantages of the known methods and devices in this technical field have stimulated the search for new technical solutions.
Предложенное техническое решение направлено на решение задачи снижения пересыщения раствора при нагреве его в теплообменных трубках и обеспечение выноса зоны снятия пересыщения из трубок.The proposed technical solution is aimed at solving the problem of reducing the supersaturation of the solution when it is heated in heat transfer tubes and ensuring the removal of the supersaturation removal zone from the tubes.
Для решения поставленной задачи заявляется:To solve the problem stated:
способ подогрева накипеобразующих растворов, включающий подачу исходного раствора в подогреватель, распределение раствора по теплообменным трубкам теплообменной камеры и прохождение по ним с подогревом за счет энергии теплоносителя, подаваемого в межтрубное пространство теплообменной камеры и выход подогретого раствора из подогревателя. Новым в способе является то, что подогретый раствор принудительно циркулируют, при этом расход циркулирующего раствора в 3-20 раз превышает расход исходного, подогретый раствор выдерживают в подогревателе в течение 1,5-15 минут, раствор в теплообменных трубках подогревают на 1-3,5 С, а скорость раствора в них поддерживают в интервале 1,5-2,5 м/с.a method for heating scale-forming solutions, including supplying the initial solution to the heater, distributing the solution through the heat exchange tubes of the heat exchange chamber and passing through them with heating due to the energy of the heat carrier supplied to the annular space of the heat exchange chamber and the outlet of the heated solution from the heater. New in the method is that the heated solution is forced to circulate, while the flow rate of the circulating solution is 3-20 times higher than the flow rate of the initial one, the heated solution is kept in the heater for 1.5-15 minutes, the solution in the heat exchange tubes is heated for 1-3, 5 C, and the speed of the solution in them is maintained in the range of 1.5-2.5 m / s.
Для осуществления указанного способа заявляется аппарат для подогрева накипеобразующих растворов, содержащий нижнюю и верхнюю растворные камеры, штуцера входа исходного и выхода подогретого раствора, а также теплообменную камеру с трубными решетками и теплообменными трубками, размещенными в кожухе со штуцерами для входа и выхода теплоносителя. Новым в аппарате является то, что верхняя и нижняя растворные камеры соединены циркуляционной трубой, в которую встроен циркуляционный насос, при этом штуцера входа исходного раствора и выхода подогретого раствора размещены на циркуляционной трубе, причем штуцер входа находится на расстоянии 5-15 диаметров циркуляционной трубы ниже штуцера выхода, расположенного на верхней отметке аппарата. Предлагаемый аппарат может иметь встроенную в циркуляционную трубу емкость, на которой установлены штуцера входа исходного раствора и выхода подогретого раствора. Причем, штуцер входа исходного раствора установлен на расстоянии 5-15 диаметров циркуляционной трубы ниже штуцера выхода подогретого раствора, расположенного на уровне верхней отметки аппарата.To implement this method, an apparatus for heating scale-forming solutions is claimed, comprising lower and upper solution chambers, a nozzle for the input of the source and outlet of the heated solution, and a heat exchange chamber with tube sheets and heat transfer tubes placed in a casing with fittings for the input and output of the coolant. New in the apparatus is that the upper and lower solution chambers are connected by a circulation pipe into which the circulation pump is built-in, while the inlet of the initial solution and the outlet of the heated solution are placed on the circulation pipe, and the inlet fitting is located at a distance of 5-15 diameters of the circulation pipe below outlet fitting located at the top of the unit. The proposed device may have a tank built into the circulation pipe, on which the fittings for the inlet of the initial solution and the outlet of the heated solution are installed. Moreover, the inlet of the inlet of the initial solution is installed at a distance of 5-15 diameters of the circulation pipe below the outlet of the heated solution, located at the upper elevation of the apparatus.
Далее рассмотрим подробнее необходимость и достаточность как каждого из отличительных признаков заявленных технических решений, так и всей их совокупности на достижение технического результата.Next, we consider in more detail the need and sufficiency of both each of the distinguishing features of the claimed technical solutions, and their entirety to achieve a technical result.
Заявленная совокупность признаков предлагаемых технических решений позволяет создать циркуляцию подогретого раствора в аппарате для подогрева накипеобразующих растворов. За счет циркуляции происходит смешение одной части исходного раствора с 3-20 частями циркулирующего раствора. Благодаря такому смешению основная доля тепла, получаемого исходным раствором, передается ему не в теплообменных трубках, а в объеме циркулирующего по аппарату раствора, расход которого в 3-20 раз больше, чем расход исходного раствора. То есть основной подогрев раствора протекает в объеме аппарата, а не в трубках. При этом в указанном объеме исходный раствор подогревается на 75-90% от общей величины подогрева, который он должен получить в аппарате. Вследствие этого, во-первых, пересыщение исходного раствора по накипеобразующему компоненту снижается пропорционально степени смешения его с циркулирующим раствором, а во-вторых, выделение накипи происходит не в теплообменных трубках, а в объеме аппарата, создаваемом циркуляционным контуром, который образован соединением верхней и нижней растворных камер циркуляционной трубой. Благодаря этому происходит снижение накипевыделения на трубках и аппарат сохраняет постоянную интенсивность теплообмена.The claimed combination of features of the proposed technical solutions allows you to create a circulation of the heated solution in the apparatus for heating scale-forming solutions. Due to the circulation, one part of the initial solution is mixed with 3-20 parts of the circulating solution. Due to this mixing, the main part of the heat received by the initial solution is transferred to it not in the heat exchange tubes, but in the volume of the solution circulating through the apparatus, the flow rate of which is 3-20 times greater than the flow rate of the initial solution. That is, the main heating of the solution proceeds in the volume of the apparatus, and not in the tubes. In this case, in the indicated volume, the initial solution is heated by 75-90% of the total amount of heating that it should receive in the apparatus. As a result of this, firstly, the supersaturation of the initial solution with respect to the scale-forming component decreases in proportion to the degree of its mixing with the circulating solution, and secondly, the scale is not released in heat transfer tubes, but in the volume of the apparatus created by the circulation circuit, which is formed by connecting the upper and lower solution chambers with a circulation pipe. Due to this, there is a decrease in the scale generation on the tubes and the apparatus maintains a constant heat transfer intensity.
Согласно заявленному способу подогретый в теплообменной камере раствор имеет время пребывания в аппарате 1,5-15 минут. Благодаря этому обеспечивается возможность для накипеобразующего раствора снять пересыщение по накипеобразующему компоненту в объеме аппарата создаваемом циркуляционным контуром. Указанного времени, как показал опыт работы, достаточно, чтобы пересыщение по накипи для большинства солей снималось в циркуляционном контуре на стенках аппарата, а не на трубках. Поэтому выделение накипи на внутренней поверхности трубок происходит значительно меньше.According to the claimed method, the solution heated in the heat exchange chamber has a residence time of 1.5-15 minutes in the apparatus. Due to this, it is possible for the scale-forming solution to remove the supersaturation in the scale-forming component in the volume of the apparatus created by the circulation circuit. The indicated time, as experience has shown, is sufficient for the scale supersaturation for most salts to be removed in the circulation circuit on the walls of the apparatus, and not on the tubes. Therefore, the release of scale on the inner surface of the tubes occurs much less.
Величина подогрева раствора в теплообменных трубках поддерживается в интервале 1-3,5°С, что составляет около 10-25% от общей величины подогрева в подогревателе. Соответственно будет снижено и накипевыделение на трубках. При этом обеспечение заявленной скорости раствора в трубках в диапазоне 1,5-2,5 м/с позволит сократить время пребывания подогреваемого раствора непосредственно в трубках до 2-5 секунд, что составляет всего лишь 0,2-5% от общего времени пребывания раствора в аппарате.The value of heating the solution in the heat exchange tubes is maintained in the range of 1-3.5 ° C, which is about 10-25% of the total value of the heating in the heater. Correspondingly, the precipitation on the tubes will also be reduced. At the same time, ensuring the claimed solution speed in the tubes in the range of 1.5-2.5 m / s will reduce the residence time of the heated solution directly in the tubes to 2-5 seconds, which is only 0.2-5% of the total residence time of the solution in the device.
Снижение подогрева раствора в теплообменных трубках менее 1°С приведет к уменьшению температуры нагретого раствора на выходе из аппарата, т.е. к понижению эффективности его работы, а также к увеличению циркуляции раствора в нем и неоправданному увеличению затрат электроэнергии для этого. Повышение величины подогрева раствора более 3,5°С вызовет увеличение образования накипи на трубках из-за повышения пересыщения раствора по накипевыделяющемуся компоненту, что снизит эффективность работы аппарата.Decreasing the heating of the solution in heat transfer tubes less than 1 ° C will lead to a decrease in the temperature of the heated solution at the outlet of the apparatus, i.e. to a decrease in the efficiency of its work, as well as to an increase in the circulation of the solution in it and an unjustified increase in the cost of electricity for this. An increase in the value of heating the solution to more than 3.5 ° C will cause an increase in the formation of scale on the tubes due to an increase in the supersaturation of the solution along the precipitating component, which will reduce the efficiency of the apparatus.
Уменьшение скорости циркуляции ниже 1,5 м/с вызовет увеличение времени пребывания раствора в трубках и величины подогрева раствора, что приведет к повышенному выделению накипи. При этом будет снижена интенсивность теплообмена, т.е. эффективности работы подогревателя будет снижена. Увеличение скорости циркуляции более 2,5 м/с приведет к повышению циркуляции раствора, что вызовет снижение температуры нагретого раствора, т.е. снизит эффективность работы аппарата.A decrease in the circulation velocity below 1.5 m / s will cause an increase in the residence time of the solution in the tubes and the amount of heating of the solution, which will lead to an increased release of scale. In this case, the heat transfer intensity will be reduced, i.e. heater performance will be reduced. An increase in the circulation velocity of more than 2.5 m / s will lead to an increase in the circulation of the solution, which will cause a decrease in the temperature of the heated solution, i.e. will reduce the efficiency of the device.
В конструкции аппарата для подогрева накипеобразующих растворов соединение верхней и нижней растворных камер циркуляционной трубой, в которую встроен циркуляционный насос, позволяет обеспечить циркуляцию подогретого в теплообменной камере циркулирующего раствора через теплообменные трубки. При этом размеры циркуляционной трубы и характеристики циркуляционного насоса подбираются так, чтобы расход циркулирующего раствора превышал расход исходного в 3-20 раз. Размещение штуцера выхода подогретого раствора на верхней отметке аппарата позволяет избежать в нем разрыва циркулирующего потока и сопряженной с этим опасности вскипания раствора, вызывающего усиленное выделение накипи.In the design of the apparatus for heating scale-forming solutions, the connection of the upper and lower solution chambers with a circulation pipe into which a circulation pump is integrated allows circulation of the circulating solution heated in the heat exchange chamber through the heat exchange tubes. In this case, the dimensions of the circulation pipe and the characteristics of the circulation pump are selected so that the flow rate of the circulating solution exceeds the flow rate of the original by 3-20 times. Placing the outlet of the heated solution outlet at the upper elevation of the apparatus avoids breaking the circulating stream and the associated risk of boiling of the solution, which causes increased scale formation.
Размещение штуцера входа исходного раствора в аппарат ниже места расположения штуцера выхода подогретого раствора на расстоянии 5-15 диаметров циркуляционной трубы позволяет избежать охлаждения отводимого из аппарата раствора вследствие смешения с холодным исходным раствором.Placing the nozzle of the input of the initial solution into the apparatus below the location of the nozzle of the outlet of the heated solution at a distance of 5-15 diameters of the circulation pipe allows to avoid cooling the solution removed from the apparatus due to mixing with a cold source solution.
Опыт работы предлагаемого аппарата показывает, что заявленного расстояния 5-15 диаметров циркуляционной трубы хватает, чтобы отводить из аппарата раствор с наибольшей температурой. Расположение штуцера входа на меньшем расстоянии ведет к уменьшению температуры отводимого раствора. Если же штуцер входа размещен на большем расстоянии, то возрастает температура раствора, поступающего в теплообменные трубки, что приводит к увеличению выделения накипи в них.The experience of the proposed apparatus shows that the claimed distance of 5-15 diameters of the circulation pipe is enough to drain the solution with the highest temperature from the apparatus. The location of the inlet fitting at a shorter distance leads to a decrease in temperature of the outlet solution. If the inlet fitting is located at a greater distance, the temperature of the solution entering the heat exchange tubes increases, which leads to an increase in the release of scale in them.
Применение в заявленном способе циркуляции раствора при помощи циркуляционного насоса известно. Подобный прием применяют в выпарных аппаратах с принудительной циркуляцией при низких тепловых нагрузках и малых разностях температур вследствие невысокого давления пара.The use in the inventive method of circulating a solution using a circulation pump is known. A similar technique is used in evaporators with forced circulation at low heat loads and small temperature differences due to the low vapor pressure.
Однако указанный признак проявляет различные свойства в процессе выпаривания и в заявленном способе подогрева.However, this feature exhibits various properties in the evaporation process and in the claimed method of heating.
При выпаривании циркулирующий раствор получает в теплообменной камере выпарного аппарата тепло от теплоносителя, которое в сепараторе отводится вместе с выделяющимся вторичным паром. За счет этого происходит охлаждение нагретого в теплообменной камере раствора.During evaporation, the circulating solution receives heat from the heat carrier in the heat exchanger chamber of the evaporator, which is removed in the separator together with the released secondary steam. Due to this, the solution heated in the heat exchange chamber is cooled.
То есть, благодаря циркуляции в выпарном аппарате осуществляется вынос кипения раствора из теплообменной камеры вместе с присущим этому явлению охлаждением нагретого раствора.That is, due to the circulation in the evaporator, the boiling of the solution is carried out from the heat exchange chamber together with the cooling of the heated solution inherent in this phenomenon.
В заявленном способе подогрева циркуляция раствора приводит к выносу основной зоны нагрева из теплообменной камеры в объем раствора аппарата. При этом благодаря циркуляции в заявленном способе происходит подогрев раствора, тогда как в известном способе (при выпаривании) - охлаждение (вследствие испарения пара). Кроме того, циркуляция раствора позволяет снизить величину подогрева раствора в теплообменных трубках и время пребывания раствора в них, а также интенсифицировать работу аппарата для подогрева раствора в результате повышения температуры участвующего в теплообмене раствора за счет снижения вязкости раствора при повышении температуры.In the inventive heating method, the circulation of the solution leads to the removal of the main heating zone from the heat exchange chamber into the volume of the apparatus solution. In this case, due to the circulation in the claimed method, the solution is heated, while in the known method (during evaporation), cooling (due to vaporization). In addition, the circulation of the solution makes it possible to reduce the amount of heating of the solution in the heat exchange tubes and the residence time of the solution in them, as well as to intensify the operation of the apparatus for heating the solution as a result of the increase in temperature of the solution participating in the heat exchange by lowering the viscosity of the solution with increasing temperature.
Применение рассматриваемого признака - циркуляции раствора и смешения исходного раствора с циркулирующим, приводит к некоторому снижению температуры нагретого раствора, что препятствует простому применению этого приема при подогреве растворов. В то же время, в заявленном способе указаны такие граничные условия параметров смешения и циркуляции, которые были определены на основании опыта работы и позволяют при достижении приемлемой величины температуры подогретого раствора значительно снизить накипевыделение на трубках и интенсифицировать работу аппарата.The use of the feature under consideration — circulation of the solution and mixing of the initial solution with the circulating one — leads to a certain decrease in the temperature of the heated solution, which prevents the simple application of this technique when heating the solutions. At the same time, in the claimed method, such boundary conditions of mixing and circulation parameters are specified that were determined on the basis of work experience and which, when an acceptable value of the temperature of the heated solution is reached, significantly reduces the scaling on the tubes and intensifies the operation of the apparatus.
Увеличение расхода циркулирующего раствора относительно исходного более чем в 20 раз вызовет снижение температуры нагретого в подогревателе раствора, что снизит эффективность его работы. Уменьшение же расхода циркулирующего раствора относительно исходного менее 3 раз приведет к повышению выделения накипи на теплообменных трубках ввиду недостаточного снижения пересыщения по накипевыделяющему компоненту.An increase in the flow rate of the circulating solution relative to the initial one by more than 20 times will cause a decrease in the temperature of the solution heated in the heater, which will reduce its efficiency. A decrease in the flow rate of the circulating solution relative to the initial one by less than 3 times will lead to an increase in the release of scale on the heat exchange tubes due to the insufficient reduction of supersaturation in the descaling component.
В заявленном устройстве для подогрева накипеобразующих растворов применение циркуляционной трубы, в которую встроен циркуляционный насос, также известно из конструкций выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией. В то же время различается назначение этих устройств. Выпарные аппараты предназначены для выпаривания воды или другого растворителя из раствора с необходимым для этого подогревом, а аппараты для подогрева должны только нагреть раствор. В связи с этим отличаются и условия применения этих устройств и проявляемые при этом свойства. В выпарных аппаратах циркуляционная труба с встроенным циркуляционным насосом соединяет сепаратор с нижней растворной камерой. По ней циркулирует упариваемый раствор, из которого в сепараторе выделился вторичный пар. При этом температура этого раствора равна температуре кипения. В предлагаемом аппарате для подогрева циркуляционная труба с циркуляционным насосом соединяет верхнюю и нижнюю растворные камеры. По ней проходит подогреваемый раствор, температура которого далека от температуры кипения и меньше, чем температура подогретого раствора на 1-3,5°С за счет смешения подогретого и исходного растворов.In the inventive device for heating scale-forming solutions, the use of a circulation pipe into which a circulation pump is integrated is also known from the designs of forced circulation evaporators. At the same time, the purpose of these devices is different. Evaporators are designed to evaporate water or another solvent from a solution with the necessary heating for this, and devices for heating should only heat the solution. In this regard, the conditions of use of these devices and the properties manifested in this case differ. In evaporators, a circulation pipe with an integrated circulation pump connects the separator to the lower solution chamber. The evaporated solution circulates through it, from which secondary vapor is released in the separator. The temperature of this solution is equal to the boiling point. In the proposed apparatus for heating, a circulation pipe with a circulation pump connects the upper and lower solution chambers. A heated solution passes through it, the temperature of which is far from the boiling point and less than the temperature of the heated solution by 1-3.5 ° C due to the mixing of the heated and initial solutions.
Таким образом, условия применения и свойства рассматриваемого признака - циркуляционной трубы с встроенным циркуляционным насосом в заявленном и известных устройствах отличаются.Thus, the conditions of use and properties of the feature under consideration - the circulation pipe with an integrated circulation pump in the claimed and known devices are different.
Применение циркуляционной трубы, соединяющей верхнюю и нижнюю растворные камеры, позволяет увеличить объем раствора аппарата и создать условия для того, чтобы основная доля тепла передавалась исходному раствору именно в этом объеме. При этом, если, исходя из свойств подогреваемого раствора, необходимо увеличить объем аппарата, тем самым снизив время пребывания раствора в трубках, в циркуляционную трубу встраивается емкость, на которой размещаются штуцера входа и выхода раствора из аппарата. За счет применения циркуляционной трубы и емкости создается возможность для снижения степени подогрева циркулирующего раствора в трубках до 10-25% вместо 100%, как в прототипе.The use of a circulation pipe connecting the upper and lower solution chambers allows one to increase the volume of the apparatus solution and create conditions so that the bulk of the heat is transferred to the initial solution in this volume. Moreover, if, based on the properties of the heated solution, it is necessary to increase the volume of the apparatus, thereby reducing the residence time of the solution in the tubes, a container is built into the circulation pipe, on which the inlet and outlet fittings of the solution are placed. Due to the use of the circulation pipe and capacity, it is possible to reduce the degree of heating of the circulating solution in the tubes to 10-25% instead of 100%, as in the prototype.
Технический результат применения заявленного технического решения заключается в существенном снижении накипевыделения на трубках, в увеличении интенсивности теплообмена и обеспечении постоянства температуры подогретого раствора в течение длительного периода времени эксплуатации.The technical result of the application of the claimed technical solution consists in a significant reduction in scale generation on the tubes, in an increase in the heat transfer rate and in ensuring a constant temperature of the heated solution over a long period of time.
Поиск, проведенный в источниках научно-технической и патентной информации, не выявил технических решений, совпадающих с заявленной совокупностью отличительных признаков. Это в сочетании с получением ожидаемого технического результата, позволяет сделать вывод о соответствии предполагаемого изобретения критериям «новизна» и «изобретательский уровень».A search conducted in the sources of scientific, technical and patent information did not reveal technical solutions that coincided with the claimed combination of distinctive features. This, combined with obtaining the expected technical result, allows us to conclude that the alleged invention meets the criteria of "novelty" and "inventive step".
Пример конкретного выполнения заявленных изобретений иллюстрируется на чертежах (фиг.1 и 2), где на фиг.1 показан аппарат для подогрева накипеобразующих растворов, а на фиг.2 - его модификация с размещенной на циркуляционной трубе емкостью.An example of a specific implementation of the claimed invention is illustrated in the drawings (Figs. 1 and 2), in which Fig. 1 shows an apparatus for heating scale-forming solutions, and in Fig. 2 its modification with a tank placed on the circulation pipe.
Заявленный способ подогрева накипеобразующих растворов реализуется в аппарате, состоящем из нижней 1 и верхней 2 растворных камер, штуцеров входа исходного 3 и выхода подогретого 4 раствора, а также теплообменной камеры 5, имеющей трубные решетки 6, теплообменные трубки 7, кожух 8 и штуцера входа 9 и выхода 10 теплоносителя. Верхняя 2 и нижняя 1 растворные камеры соединены циркуляционной трубой 11, в которую встроен циркуляционный насос 12. При этом штуцера входа исходного 3 и выхода подогретого 4 раствора 11 установлены так, что штуцер входа 3 установлен на расстоянии (5-15) диаметров циркуляционной трубы (d) ниже штуцера выхода 4, который в свою очередь на уровне верхней отметке аппарата.The claimed method of heating scale-forming solutions is implemented in the apparatus, consisting of the lower 1 and upper 2 solution chambers, fittings of the
На циркуляционной трубе 11 аппарата, показанного на фиг.2, может быть размещена емкость 13, на которой расположены штуцера входа исходного раствора 3 и выхода подогретого раствора 4.On the
Заявленный способ подогрева накипеобразующих растворов осуществляется в описанных аппаратах следующим образом. Исходный раствор подается в аппарат через штуцер 3 в циркуляционную трубу 11. В ней исходный раствор смешивается с (3-20) частями циркулирующего раствора. Ввиду того, что циркулирующий раствор в циркуляционную трубу 11 входит через верхнюю растворную камеру 2 из теплообменной камеры 5, его температура на (10-30)°С выше, чем у исходного. В результате смешения с циркулирующим исходный раствор подогревается до температуры, близкой к температуре циркулирующего раствора. При этом указанный подогрев раствора происходит не в теплообменных трубках, а в объеме циркулирующего раствора.The claimed method of heating scale-forming solutions is carried out in the described apparatus as follows. The initial solution is fed into the apparatus through the
По циркуляционной трубе 11 циркулирующий раствор поступает в циркуляционный насос 12, который прокачивает его через нижнюю растворную камеру 1 в теплообменную камеру 5. В нижней растворной камере 1 циркулирующий раствор распределяется по теплообменным трубкам 7 теплообменной камеры 5 и поднимается по ним со скоростью 1,5-2,5 м/с. При прохождении по трубкам 7 циркулирующий раствор подогревается за счет тепла теплоносителя, поступающего в теплообменную камеру 5 через штуцер 9. Охлажденный теплоноситель отводится из теплообменной камеры 5 через штуцер 10. При этом, проходя непосредственно по теплообменным трубкам 7, раствор подогревается всего на 1-3,5°С, что в десятки раз меньше общей величины подогрева раствора в аппарате.Through the
Подогретый в теплообменной камере 5 раствор поступает в верхнюю растворную камеру 2, из которой входит в циркуляционную трубу 11. Часть подогретого раствора отводится из аппарата через штуцер 4. При этом время пребывания подогретого раствора в аппарате составляет 1,5-15 минут. Такое время, как показывает опыт, достаточно для снятия пересыщения подогреваемого раствора по большинству накипеобразующих компонентов. В случае недостаточного объема циркуляционной трубы 11 для обеспечения указанного времени пребывания раствора аппарат для подогрева накипеобразующих растворов оснащается емкостью 13, размещаемой на циркуляционной трубе 11.The solution heated in the
Применение предлагаемых технических решений позволяет решить поставленную техническую задачу - снизить выделение накипи при подогреве раствора. Это происходит за счет достигаемого технического результата: выноса зоны нагрева и накипеобразования из теплообменных трубок, снижения величины подогрева раствора в трубках в 4-10 раз и уменьшения времени пребывания раствора в них в 20-500 раз.The application of the proposed technical solutions allows us to solve the technical problem - to reduce the release of scale when heating the solution. This is due to the technical result achieved: the removal of the heating zone and scale formation from heat transfer tubes, a decrease in the value of heating the solution in the tubes by 4-10 times and a decrease in the residence time of the solution in them by 20-500 times.
Заявленные способ подогрева накипеобразующих растворов и аппарат для его осуществления при испытаниях, связанных с подогревом накипеобразующих алюминатных растворов, показали высокую эффективность работы. Коэффициент теплопередачи подогревателя предлагаемой конструкции составлял 2100-2400 Вт/м2 К, что в несколько раз больше, чем у прототипа. При этом реализация заявленного способа в предлагаемом аппарате позволили ему работать с постоянным коэффициентом в течение 60-90 суток, в то время как у прототипа за это время коэффициент теплопередачи снижается в 2-2,5 раза вследствие выделения накипи на трубках.The claimed method of heating scale-forming solutions and apparatus for its implementation in tests associated with heating scale-forming aluminate solutions, have shown high efficiency. The heat transfer coefficient of the heater of the proposed design was 2100-2400 W / m 2 K, which is several times more than that of the prototype. Moreover, the implementation of the claimed method in the proposed device allowed him to work with a constant coefficient for 60-90 days, while the prototype during this time, the heat transfer coefficient decreases by 2-2.5 times due to the release of scale on the tubes.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008152942/05A RU2426575C2 (en) | 2008-12-31 | 2008-12-31 | Heating method of scale forming solutions and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008152942/05A RU2426575C2 (en) | 2008-12-31 | 2008-12-31 | Heating method of scale forming solutions and device for its implementation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2008152942A RU2008152942A (en) | 2010-07-10 |
| RU2426575C2 true RU2426575C2 (en) | 2011-08-20 |
Family
ID=42684359
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008152942/05A RU2426575C2 (en) | 2008-12-31 | 2008-12-31 | Heating method of scale forming solutions and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2426575C2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113277580B (en) * | 2020-02-20 | 2022-09-09 | 自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所 | High calcium magnesium waste water evaporation system |
-
2008
- 2008-12-31 RU RU2008152942/05A patent/RU2426575C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КАСАТКИН А.Г. ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ. - М.: Издательство «Химия», 1971, с.344-346. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008152942A (en) | 2010-07-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20230415068A1 (en) | Systems including a condensing apparatus such as a bubble column condenser | |
| US20090077969A1 (en) | Heat Transfer Methods for Ocean Thermal Energy Conversion and Desalination | |
| WO2002032813A1 (en) | Process and plant for multi-stage flash desalination of water | |
| EP2076320A2 (en) | Heat transfer methods for ocean thermal energy conversion and desalination | |
| RU2426575C2 (en) | Heating method of scale forming solutions and device for its implementation | |
| RU2393995C1 (en) | Method of desalinating sea water and installation for desalinating sea water | |
| US20130068608A1 (en) | Heat exchanger steam condenser water distillation | |
| ES2844941T3 (en) | Seawater desalination apparatus for desalinating seawater | |
| CN102232791A (en) | Distillation type drinking water device | |
| CN104961178A (en) | Evaporation type liquid concentration treatment system and treatment method thereof | |
| RU85832U1 (en) | DEVICE FOR HEATING SCALES-FORMING SOLUTIONS | |
| CN217103129U (en) | Emulsion MVR evaporation treatment system | |
| GB2413321A (en) | Process and plant for multi-stage flash desalination of water | |
| CN109453611A (en) | The condensation water recovery and use system of high temperature cigarette vapour | |
| CN108815869A (en) | Liquid-purifying device | |
| RU2342322C2 (en) | Method of leaching for bauxite pulp, facility (versions) and heat-exchanger for its inmplementation | |
| CN201145260Y (en) | Exhaust-heat boiler and steam drum thereof | |
| CN100595484C (en) | Waste-heat boiler and steam drum thereof | |
| RU65395U1 (en) | Desalination plant | |
| CN101626816A (en) | Heat transfer method for ocean thermal energy conversion and desalination | |
| RU72146U1 (en) | INSTALLATION AND HEAT EXCHANGER FOR HEATING NAKIPE-FORMING SOLUTIONS ON A VAPOR BATTERY | |
| CN220078666U (en) | Waste heat recovery and wastewater treatment system | |
| RU2371228C2 (en) | Heating method of scale-forming solutions at evaporation and heat-exchanger for its implementation | |
| RU59560U1 (en) | BOXITE PULP LEACHING PLANT AND HEAT EXCHANGER FOR ITS EQUIPMENT | |
| JP2005334747A (en) | Steam recompression type concentration equipment |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120101 |