Частково завантажуваний випарний апарат з падаючою плівкою і спосіб його експлуатації з частковим навантаженням

1. Випарний апарат з падаючою плівкою, який містить - зовнішню закриваючу бічну обшивку, - деяку кількість трубок, по внутрішній стороні яких може протікати плівка рідини, - розташовані з верхньої сторони пристрої для розподілу рідини по окремих трубках, - розташовані з нижньої сторони пристрої для збору залишкової рідини і пари, - пристрій випуску пари для виробленої на внутрішній стороні трубок пари, - пристрій випуску рідини для невипарованої на внутрішній стороні трубок рідини, - обмеження, які відділяють внутрішній простір грубок і гідравлічно зв'язані з ним пристрої для розподілу і збору від зовнішнього простору трубок, - пристрій для подачі суміші газу і пари у зовнішній простір трубок, C2 2 (11) 1 3 - розташовані з нижньої сторони пристрої для збору залишкової рідини і пари, - пристрій випуску пари для виробленої на внутрішній стороні трубок пари. - пристрій випуску рідини для не випарованої на внутрішній стороні трубок рідини. - обмеження, які відділяють внутрішній простір трубок і гідравлічно зв'язані з ним пристрої для розподілу і збору від зовнішнього простору трубок, - пристрій для подачі суміші газу і пари у зовнішній простір трубок. - пристрій для відведення сконденсованої рідини із зовнішнього простору трубок, і - пристрій для відведення несконденсованих парів і газів, що не конденсуються, із зовнішнього простору трубок. Випарний апарат з падаючою плівкою обладнується, крім того, складовим розподільником, який виконаний так, що випарний апарат з падаючою плівкою може експлуатуватися також під частковим навантаженням. Далі, предметом винаходу є спосіб експлуатації цього випарного апарату з падаючою плівкою, причому перед ним ставиться задача перенести тепло, яке звільняється при конденсації суміші газу і пари щонайменше частково на рідину, що випаровується при цьому. Випарний апарат з падаючою плівкою, який обладнаний таким чином і експлуатується згідно з винаходом, може раціонально використовуватися в системах регенерації тепла, наприклад, при виробництві 1,2-дихлоретану (надалі позначається як EDC). Випарники з падаючою плівкою відомі тим, що з ними можливе помірне нагрівання сприйнятливих рідин. Це засновується на високих коефіцієнтах тепловіддачі на внутрішніх стінках трубок, які приводять до того, що між зовнішньою стінкою, яка як правило нагрівається теплоносієм, і рідиною, яка як плівка збігає по внутрішній стінці трубки і випаровується, потрібна лише маленька різниця температур. Однак, ця обставина дозволяє використати як теплоносії низькоякісні джерела тепла, рівень температури яких повинен знаходитися трохи вище рівня температури випаровуваної на внутрішній стороні рідини. Це тим більше справедливо, якщо і на зовнішній стороні трубок діє також високий коефіцієнт тепловіддачі, оскільки джерело тепла складається з конденсованої пари. Необхідна різниця температур між теплоносієм і випаровуванню рідиною може тоді знижуватися до 3К. При цьому не грає ніякої ролі, про який вид пари йде мова. Крім водяної пари придатні також пари інших речовин, одержувані у відповідному технологічному процесі, наприклад, вторинні продукти дистиляції або виділені в пароподібній формі, хімічно вироблені продукти. Тому випарники з падаючою плівкою стають в зростаючій мірі привабливими також для задач регенерації тепла в промислових установках. Зокрема, вони можуть використовуватися як підігрівники залишку для ректифікаційних колон, як відомо, наприклад, при виробництві EDC, з документів ЕР 1 228 022 В1 і DE 36 04 968 А1. 90486 4 У практичному застосуванні випарники з падаючою плівкою, оскільки їх теплоносієм служить частково конденсована суміш газу і пари, на жаль, мають гой недолік, що вони можуть лише дуже погано експлуатуватися при умовах часткових навантажень. Якщо вони повинні використовуватися як підігрівники залишку ректифікаційних колон, то разом з тим виявляється недолік поганої регульованості, оскільки зменшення притоку тепла внаслідок регулювального впливу вводи і ь випарний апарат з падаючою плівкою щонайменше час від часу в режим часткового навантаження. Також процеси пуску і зупинки викликають значні труднощі. Несприятливі властивості під частковим навантаженням зумовлені конденсаційною здатністю теплоносія. Під повним навантаженням обігрівальна суміш газу і пари може безперешкодно входити через регульований підвідний пристрій (надалі позначається як регулювальний вентиль) у зовнішній простір трубок, регулювальний вентиль повністю відкритий. Регулювальний вплив для режиму часткового навантаження викликає часткове закриття регулювального вентиля і викликає падіння тиску в потоці через вентиль. Падаючий внаслідок цього тиск у зовнішньому просторі трубок спричиняє спочатку пониження парціального тиску обігрівальних парів і, тим самим, температури, при якій відбувається конденсація на зовнішній стороні трубок. Внаслідок дуже незначної різниці температур між зовнішньою стороною трубок і внутрішньою стороною трубок знижується також температура випаровування на внутрішній стороні трубок, що як правило небажано, оскільки таким чином змінюється температурний режим ректифікаційної колони. Другим недоліком є те, що газ з суміші газу і пари може тільки лише з - ускладненнями видалятися з випарного апарату з падаючою плівкою, якщо суміш більше не має достатнього залишкового тиску. У залежності від початкового тиску і падіння тиску на регулювальному вентилі виникає потреба у вакуумному насосі для відведення газу. Оскільки не вся пара сконденсована, вакуумний насос повинен мати можливість відводити також парові складові. Наступна проблема виникає тоді, коли газ з суміші газу і пари має область вибухонебезпеки. Це суттєво особливо тоді, коли відбувається повна конденсація пари. Наприклад, така проблема виникає при застосуванні суміші газу і пари з етилену, кисню і EDC - з EDC як переважаючого компонента, що конденсується, і кисню і етилену як утворювачів вибухової суміші під час конденсування. Тому в цьому випадку потрібно надійно запобігати повній конденсації парів EDC. Вищезазначені проблеми присутні не тільки в статичному стані, але залежать також від швидкості регулювальних впливів. В основному, швидкодіючі регулювальні впливи підтримувати стабільними значно важче, ніж повільні регулювальні впливи. Випарники з падаючою плівкою звичайної конструктивної і технологічної моделі в цьому відношенні особливо сприйнятливі. 5 Задачею винаходу тому є усунення вищеназваних недоліків і створення випарного апарату з падаючою плівкою, а також способу його експлуатації з хорошими характеристиками при частковому навантаженні. Ця задача вирішується за допомогою пристрою згідно з пунктом 1 формули винаходу і за допомогою способу згідно з пунктом 4 формули винаходу. Винахід вирішує задачу за рахунок того, що: - розподільник рідини, який розподіляє рідину, що випаровується, по внутрішніх сторонах окремих трубок, розділяється щонайменше на 2 ділянки, і - на кожну з цих ділянок може по окремості подаватися або не подаватися рідина. У переважній формі виконання утворюються ділянки різної величини, так що кожна з ділянок забезпечує рідиною різну кількість трубок. Розподіл повинен переважно відбуватися так, що між меншою ділянкою і більшою ділянкою, що іде за нею, існує співвідношення від 1:4 до 2:3, ідеальним чином - один до двох. відносно кількості трубок, що забезпечуються рідиною. При застосуванні двох ділянок виходить таким чином для меншої ділянки, що її параметри визначаються так, що вона забезпечує рідиною від 20 до 40% трубок, ідеальним чином - 33%. При застосуванні трьох ділянок сама маленька ділянка повинна б забезпечувати між 4,8 і 21%, ідеальним чином - 14% трубок, середня - між 19 і 32%, ідеальним чином - 28%, і сама велика - між 47 і 76%, ідеальним чином - 57%. Розташування ділянок, а також їх геометрія не грають ніякої ролі. Ділянки можуть складатися, наприклад, з концентричних кіл. секторів в формі пирога або з сегментів, також можлива будь-яка інша геометрія розташування. Внаслідок незначної різниці в температурі між рідиною, що випаровується, і пароподібним теплоносієм можна не побоюватися ніяких критичних теплових напружень, які в іншому випадку в теплообмінниках можуть призводити до механічних проблем при так званих діагональних навантаженнях. Спосіб експлуатації полягає в тому, що підведення рідини від окремих ділянок розподільної системи по окремості переривають в залежності від бажаного випадку часткового навантаження. Тому, в залежності від вмісту рідини в ділянках розподільника можливе швидке регулювання в хвилинному інтервалі в дуже широкому робочому діапазоні. Внаслідок того, що лише зовсім небагато трубок будуть всередині забезпечуватися рідиною, ефективна поверхня теплообмінника сильно скорочується. Тонке регулювання може відбуватися за кількістю рідини, яке одержують ділянки розподільника, які ще забезпечуються рідиною. Тому більше не потрібно використовувати регулювальний вентиль суміші газу і пари для регулювання кількості тепла, випарного апарату з падаючою плівкою, що передається. Тому регулювальний вентиль може брати на себе нову задачу - через установку падіння тиску сприяти тонкому регулюванню температури підігрівача 90486 6 залишку, само собою зрозуміло, в описаних вище межах. Якщо таке регулювання температури підігрівача залишку не потрібно, звичайний регулювальний вентиль може замінюватися також простим запірним вентилем з низькими втратами тиску, що є ще однією перевагою винаходу. Оскільки вся установка може виконуватися в цьому випадку з надто низькими втратами тиску, то також виникає можливість з незначними витратами знов конденсувати суміш газу і пари, яка залишилася після конденсації і підлягає видаленню, до тиску на виході. Внаслідок цього також можливе використання джерел тепла, при яких потрібний і виділяється тільки один частковий потік, і до нього знов можна домішувати суміш газу і пари, що залишилася, що є ще однією перевагою винаходу. У переважному виконанні пристрою згідно з винаходом випускний пристрій для виробленої на внутрішній стороні трубок пари і газів, що не конденсуються, складається з центральної труби, яка має вхідний отвір і примикаючу до нього вертикальну ділянку. Ідеальним чином площа перерізу цієї труби рівна або більша суми внутрішніх вільних поперечних перерізів потоків всіх трубок випарного апарату, так що в значній мірі попереджається захоплення частинок рідини. Винахід роз'яснюється більш детально за допомогою представлених на Фіг.1 і Фіг.2 прикладів. Фіг.1 показує випарний апарат 1 з падаючою плівкою, який має зовнішню закриваючу обшивку 2 і множину трубок 3, які закріплені з обох сторін в не показаних детально трубних решітках. Рідина, що пропускається по трубках 3, підводиться через трубопровід 4 розподільного пристрою 5, що знаходиться і верхньої сторони, і розподіляється ним на два сегменти трубок, причому менший сегмент 6 трубок представлений обрамованим пунктирною лінією. Трубопровід 4 розділяється по кількості сегментів розподільного пристрою 5 на два трубопроводи 7 і 8, причому в кожному з цих трубопроводів 7 і 8 розташований вентиль 9 і відповідно 10, так що сегменти розподільного пристрою 5 можуть розділятися по динаміці потоку один від одного. Під трубками 3 розташований збірний пристрій 11, який приймає залишкову рідину з трубок 3 і виводить через трубопровід 12 з випарного апарату 1 з падаючою плівкою. Пара і гази, які протікали по трубках 3 або утворювалися там, виводяться з випарного апарату 1 з падаючою плівкою через трубопровід 13. Через трубопровід 14 здійснюється подача суміші газу і пари у зовнішній простір трубок. Утворений там конденсат відводиться через трубопровід 15, і не сконденсована пара і відповідно гази, що не конденсуються, виходять з зовнішнього простору трубок і випарного апарату 1 з падаючою плівкою через трубопровід 16. На Фіг.2 показаний приклад виконання, в якому рідина з внутрішньої сторони трубок збирається в днищі випарного апарату 1 з падаючою плівкою і відводиться через трубопровід 12. Пара і гази, що не конденсуються, з внутрішньої сторони трубок відводяться через центральну трубу 14, яка має вхідний отвір, примикаючу до нього вертикальну 7 90486 частину і має великий діаметр, що перешкоджає захопленню рідини потоком газу. Через горизонтальну частину центральної труби 14 і трубопровід 13 пара і гази виводяться з випарного апарату з падаючою плівкою. Комп’ютерна верстка А. Рябко 8 У простому і не представленому окремо варіанті виконання рідина, що приходить з трубок 3, разом з парою може збиратися в нижній частині випарного апарату 1 з падаючою плівкою і видалятися через загальний трубопровід 12. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601