перегонный аппарат

Формула изобретения

1. Перегонный аппарат для испарения жидкости и ее последующей конденсации, содержащий множество плоских оболочкообразных элементов, выполненных из тонкого пленочного материала, например пластиковой пленки, расположенных в ряд и приспособленных для осуществления теплообмена между испаряющейся жидкостью, текущей вдоль наружных поверхностей элементов, и конденсирующимся паром, поступающим внутрь через средства подачи элементов, и компрессор для увеличения давления и температуры генерируемого пара перед его направлением внутрь элементов, отличающийся тем, что каждый оболочкообразный элемент обеспечен соединительными линиями, делящими внутреннюю часть элемента на параллельные каналы, идущие от верхнего конца элемента к нижнему концу, при этом соединительные линии имеют разрывы, через которые параллельные каналы сообщены друг с другом, а средства подачи пара в упомянутые каналы содержат выходные отверстия, расположенные у верхнего края элемента и сообщенные с полостью элемента.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что каналы образованы посредством сварки противоположных мембран оболочкообразных элементов друг с другом вдоль соединительных линий между верхним и нижним концами элемента.

3. Аппарат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что на верхнем конце каждого элемента расположена торцевая полоса с ячеистой структурой, ширина полосы равна ширине элемента, при этом полоса содержит параллельные подающие каналы, ведущие внутрь элемента и отделенные друг от друга перегородками.

4. Аппарат по п.3, отличающийся тем, что каналы, ведущие внутрь элемента, являются вертикальными.

5. Аппарат по п.3 или 4, отличающийся тем, что торцевая полоса предпочтительно содержит пластиковую ячеистую плиту, в которой пространство между противоположными стенками разделено поперечными взаимно параллельными перегородками на параллельные каналы равной ширины.

6. Аппарат по пп. 3 5, отличающийся тем, что пространство между двумя противоположными стенками торцевой полосы разделено на параллельные каналы подачи пара для конденсации внутрь элемента, в котором, по меньшей мере один из прилегающих промежутков между двумя противоположными стенками разделен на параллельные каналы подачи жидкости для испарения на наружной поверхности элемента.

7. Аппарат по пп. 1 6, отличающийся тем, что на нижнем конце каждого элемента расположена торцевая полоса с ячеистой структурой, ширина полосы равна ширине элемента, при этом полоса содержит множество выходных каналов для жидкости, сконденсировавшейся внутри элемента.

8. Аппарат по п.7, отличающийся тем, что торцевая полоса на нижнем конце элемента содержит пластиковую плиту, в которой пространство между двумя противоположными стенками разделено поперечными взаимно параллельными перегородками на параллельные каналы равной ширины.

9. Аппарат по п.7 или 8, отличающийся тем, что торцевая полоса на нижнем конце элемента имеет структуру, в которой пространство между двумя противоположными стенками разделено на параллельные выходные каналы для жидкости, сконденсировавшейся внутри элемента, и в которой по меньшей мере один прилегающий промежуток между двумя противоположными стенками разделен на выходные каналы для неиспарившейся на наружных поверхностях элемента жидкости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к перегонному аппарату для испарения жидкости и последующей ее конденсации, аппарат содержит множество плоских, оболочкообразных элементов из тонкого пленочного материала, такого, как термопластичная пленка, размещенных один против другого, элементы служат теплообменниками между испаряющейся жидкостью, текущей вдоль наружных поверхностей элементов, и конденсирующимся паром, который направляется внутрь элементов, и компрессор для увеличения давления и температуры генерируемого пара, прежде чем он (пар) направляется внутрь элементов.

Известен перегонный аппарат, соответствующий вышеуказанному определению. Первоначально перегонные аппараты этого типа использовались при получении пресной воды из морской воды. Трубчатые или плоские теплообменники, используемые в первых перегонных аппаратах для перегонки морской воды, были чувствительны к загрязнению и коррозионная природа (характер) морской воды вызывала их коррозию, вынуждая использовать дорогие некорродирующие материалы, такие, как титан или мельхиор. Использование оболочкообразных ректификационных элементов, выполненных из термопластической пленки исключило эти недостатки, т.к. термопластическая пленка является недорогой, некорродирующей и, вследствие своей эластичности, менее чувствительной к загрязнению. Любое загрязняющее вещество (примесь), прилипшее к мембранам, можно стряхнуть, изменяя давление внутри элементов. Низкую теплопроводность собственно пластика можно компенсировать использованием в перегонных аппаратах очень тонкой пленки и большим количеством тонких элементов, имеющих большую теплообменную поверхность.

Известный перегонный аппарат, содержит вышеуказанные пластиковые мембранные элементы, общий распределительный резервуар для испаряемой воды, из которого жидкость течет по трубам в каналы между элементами. Пар, генерируемый на наружных поверхностях элементов, направляется в вентилятор, который продувает его при высоких давлении и температуре внутрь элементов через отверстия в их стенках.

Описанная система имеет тот недостаток, что в ней пар, который должен конденсироваться, нельзя очень равномерно распределить внутри элементов, и значительная часть возможного КПД конденсации аппарата остается неиспользованной. Кроме того, в описанном аппарате нельзя наилучшим образом распределить над наружными поверхностями элементов испаряемую жидкость. Поэтому теплообмен между испаряющейся на наружных поверхностях элементов жидкостью и конденсирующимся внутри элементов паром остается неполным.

Целью настоящего изобретения является создание перегонного аппарата, в котором теплообмен повышается, главным образом, за счет обеспечения более равномерного, чем в известных аппаратах, распределения внутри пара, который должен конденсироваться. Изобретение отличается тем, что каждый оболочкообразный элемент внутри разделен на параллельные паровые каналы, проходящие вертикально от одного конца до другого, и подача пара в упомянутые каналы осуществляется через отверстия, расположенные на верхнем конце элемента и ведущие внутрь элемента.

Посредством системы, согласно изобретению, пар можно направлять внутрь элементов и заставить течь внутри них сверху вниз так, чтобы поток равномерно распределялся по всей ширине элементов. Эффективность (КПД) конденсации можно в связи с этим использовать максимально.

В соответствии с изобретением формировать паровые каналы в оболочкообразных элементах можно, сваривая одну с другой противолежащие мембраны каждого элемента вдоль вертикальной соединительной линии; выполнение в соединительной линии разрывов, через которые паровые каналы сообщаются друг с другом, способствует дальнейшему выравниванию потока и дает возможность пару и сконденсировавшейся из него жидкости проходить в какой-то мере из одного канала в другой.

Передачу пара для конденсации можно осуществлять преимущественно через торцевую, выполненную в виде сотовой структуры полосу, размещенную вдоль верхнего края элемента по всей его ширине. Такая торцевая полоса, содержащая множество параллельных подающих каналов, отделенных друг от друга перегородками, дает возможность подавать пар внутрь элемента и в то же время служит опорой, облегчающей обслуживание и установку элемента.

Согласно одному из предпочтительных вариантов изобретения торцевая полоса с сотовой структурой содержит ячеистую плиту, в которой пространство между двумя противоположными стенками разделено поперечными взаимными параллельными смежными перегородками на параллельные каналы по всей ширине. Такая пластиковая ячеистая плита обычно является доступным коммерческим изделием, которое широко используется в различных опорных и изоляционных структурах, в которых полые каналы обеспечивают изоляцию и облегчают структуру. В настоящем изобретении, однако, они служат как простая и недорогая в производстве система каналов, через которые жидкость равномерно подается внутрь элемента по всей его ширине, при этом эта система не восприимчива к коррозионному воздействию перегоняемой жидкости.

Пароподающие каналы в торцевой полосе элемента преимущественно выполнены вертикальными, направление подачи пара соответствует основному направлению потока пара в паровых каналах, выполненных внутри элемента. Ориентация подающих каналов может быть обеспечена простым вырезанием торцевой полосы из большой готовой ячеистой плиты, выполненной в виде двух противолежащих стенок и взаимно параллельных перегородок между ними, при этом разрез осуществляют под удобным углом к упомянутым перегородкам.

Один из предпочтительных вариантов изобретения отличается тем, что торцевая полоса элемента содержит ячейки (соты), в которых пространство между двумя противолежащими стенками разделено параллельными каналами для подачи пара для конденсации внутрь элемента, при этом по крайней мере один из смежных промежутков между двумя противоположными стенками разделен параллельными каналами для подачи жидкости для испарения ее на наружных стенках элемента. В этой системе одновременно достигается и максимально равномерное распределение жидкости для испарения на наружной поверхности элемента и максимально равномерное распределение пара, подаваемого на конденсацию, вследствие чего обеспечивается возможность для лучшего теплообмена между конденсируемым паром и испаряющейся жидкостью.

Наиболее предпочтительным вариантом описанной выше системы является торцевая ячеистая сотовая полоса, на обеих сторонах которой выполнены каналы для подачи пара внутрь элемента и подающие каналы, распределяющие жидкость для испарения на обеих наружных поверхностях элемента.

В дополнение к торцевой полосе с сотовой структурой на верхнем конце элемента, согласно изобретению, перегонный аппарат может также иметь торцевую полосу с сотовой ячеистой структурой на нижнем конце каждого элемента по всей его ширине, при этом торцевая полоса имеет множество выходных каналов для жидкости, сконденсировавшейся внутри элемента. Для торцевой полосы на нижнем конце элемента также можно использовать коммерчески доступную пластиковую сотовую ячеистую плиту, в которой пространство между противоположными стенками разделено поперечными взаимно параллельными перегородками на параллельные каналы равной ширины.

Торцевая полоса для нижнего конца элемента предпочтительно выполнена из сотов, в средней части которых пространство разделено на параллельные выходные каналы для жидкости, сконденсировавшейся внутри элемента, и в которых с одной стороны, а предпочтительно по обеим сторонам упомянутого пространства, пространство между двумя противоположными стенками разделено на выходные каналы для жидкости, которая не испарилась на наружных поверхностях элемента. Выходные каналы для сконденсировавшейся жидкости, которая и является получаемым дистиллятом, могут быть направлены в общий сборный коллектор на боку элементов, тогда как выходные каналы для неиспарившейся жидкости являются предпочтительно вертикальными, т.к. при таком положении они могут выводить жидкость на днище аппарата кратчайшим путем.

На фиг.1 схематично изображено поперечное сечение перегонного аппарата в соответствии с изобретением;

на фиг.2 вид сбоку одного оболочкообразного элемента, относящегося к аппарату на фиг.1; на фиг.3 сечение III-III на фиг.2; на фиг.4 сечение IV-IV на фиг.2; на фиг.5 сечение V-V на фиг.2; на фиг.6 сечение VI-VI на фиг.2.

Перегонный аппарат согласно фиг.1 содержит корпус 1, в котором размещено множество плоских оболочкообразных элементов 3, выполненных из тонкой термопластичной пленки, расположенных один рядом с другим. На верхнем конце каждого элемента 3 расположена пластиковая с сотовой структурой торцевая полоса 4, один конец которой сообщается с распределительным резервуаром 5 с жидкостью для испарения, общим для всех элементов, их верхние стороны сообщаются с питающей камерой 6, содержащей пар для конденсации, также общей для всех элементов. На нижнем конце каждого элемента 3 расположена пластиковая с сотовой структурой торцевая полоса 7, один конец которой сообщается с коллектором 8 для дистиллята, конденсирующегося из пара и под которой днище корпуса образует сборный резервуар 9 для неиспарившейся в аппарате жидкости. Между упомянутыми торцевыми полосами 4 и 7 каждый оболочкообразный элемент 3 выполнен из противолежащих пластиковых мембран 11, приваренных одна к другой вдоль вертикальной зигзагообразной соединительной линии 10. Соединительная линия 10 разграничивает внутри элемента 3 вертикальные каналы 12, проходящие от одного конца элемента до другого, в которых пар конденсируется в жидкость. Соединительная линия 10 не является непрерывной, а имеет разрывы, через которые пар или жидкость могут в ограниченной мере проходить из одного канала 12 в другой. Пар, генерируемый из жидкости, подаваемой на наружные поверхности элементов 3, течет через промежутки между элементами в соответствии со стрелками 13 на фиг.1 во всасывающую камеру 14, окружающую элементы, из этой камеры вентилятор 15, работающий как компрессор, продувает пар при высоких давлениях и температуре через трубки 16 и пароподающую камеру 6 на верхнем конце аппарата.

Входная трубка для перегоняемой жидкости, ведущая в распределительный резервуар 5, обозначена на фиг.1 поз. 17. Выходная трубка для получаемого дистиллята обозначена поз. 18, и выходная трубка для неиспарившейся жидкости обозначена поз. 19. Выпускаемые дистиллят и неиспарившуюся жидкость используют в теплообменниках 20 для подогрева перегоняемой жидкости.

Конструкцию и работу каждого отдельного элемента 3 перегонного аппарата можно более детально увидеть на фиг. 2 6. Функцией торцевой полосы 4 на верхнем конце элемента является распределение пара для конденсации, текущего в питательную камеру 6 настолько равномерно, насколько это возможно, в вертикальные каналы 12 внутри элемента, и распределение испаряемой жидкости из распределительного резервуара 5 настолько равномерно, насколько это возможно, на противоположные наружные поверхности 21 элемента. Функцией торцевой полосы 7 на нижнем конце элемента является сбор жидкости, конденсирующейся в каналах 12 внутри элемента, направление полученного дистиллята в сборный коллектор 8 и обеспечение стекания неиспарившейся на поверхности 21 элемента жидкости в сборной резервуар на дне аппарата.

Верхняя торцевая полоса 4 элемента содержит, согласно фиг. 2 4, соты из трех противолежащих прямоугольных пластиковых сотовых ячеистых плит 22. В каждой из этих плит 22 пространство между двумя противоположными стенками 23 разделено поперечными взаимно параллельными перегородками 24 на параллельные каналы обоюдно равной ширины. Каналы в середине сотовой ячеистой доски образуют каналы 25 для пара, который должен конденсироваться, ведущие внутрь элемента, а каналы по обеим сторонам сотовой ячеистой доски являются подающими каналами 26 для испаряемой жидкости, ведущими на противоположные поверхности 21 элемента. Как видно из фиг.2 подающие каналы 25 для пара, который должен конденсироваться, являются вертикальными, в таком положении они направляют пар вертикально в каналы 12, созданные внутри элемента посредством швов, тогда как подающие каналы 26 для испаряемой жидкости расположены наклонно от конца 27 полосы 4 в сторону 28 полосы, откуда жидкость выпускается на поверхности 21 элемента и пар, направляемый внутрь элемента 3, и жидкость, направляемая на его поверхности 21, могут быть равномерно распределены по всей ширине элемента, посредством чего осуществляется более полный теплообмен между паровой и жидкой фазами.

Торцевая полоса 7 с сотовой структурой на нижнем конце каждого элемента конструктивно схожа с торцевой полосой 4 на верхнем конце каждого элемента. Есть, однако, отличие, заключающееся в том, что в средней из трех противоположных сотовых ячеистых плит 29 полосы 7 имеются каналы 31, идущие наклонно в сторону конца 30 полосы, сообщающиеся с вертикальными каналами 12 внутри элемента и служащие в качестве выходных каналов для жидкости, сконденсировавшейся внутри элемента, тогда как в боковых сотовых ячеистых плитах эти каналы 32 являются вертикальными и служат в качестве выходных каналов для неиспарившейся жидкости.

Для специалистов в этой области очевидно, что различные варианты изобретения не ограничиваются вышеприведенными примерами и могут меняться в сфере притязаний, изложенных в формуле. Так, например, полезно, если вертикальные зигзагообразные каналы 12 смежных элементов проходят крест-накрест относительно друг друга, в таком положении элементы не прилипают друг к другу, и направленный вниз поток испаряемой жидкости будет более равномерно распределяться по наружным поверхностям 21 элементов. Если элементы 3 идентичны, то требуется изменение направление движения в каждом втором элементе, в таком случае распределяющий жидкость резервуар 5 и сборник дистиллята должны быть соединены с обоими концами обоих полос 4 и 7 на верхнем и нижнем конце элемента.

Использование перегонного аппарата по изобретению может также меняться. В добавление к перегонке морской воды, аппарат может использоваться для обогащения различных растворов и суспензий, таких, как сточные воды отбелки целлюлозных заводов.