Результат интеллектуальной деятельности: ПЛЕНКООБРАЗОВАТЕЛЬ ВЫПАРНОГО АППАРАТА

Изобретение относится к атомной энергетике, в частности к выпарным аппаратам радиохимических производств, предназначенным для упаривания высокоактивных растворов, а более конкретно к устройствам для создания тонкой пленки в греющих камерах (испарителях), и может найти применение в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

Известно устройство для распределения жидкости (патент №2182029, МПК⁷ B01D 1/22), содержащее вертикальный полый цилиндр, размещенный в кольцевом пространстве между вертикальными цилиндрическими поверхностями и закрепленный верхним концом в трубной решетке. Верхняя часть вертикального цилиндра оборудована кольцевым карманом для приема и расхода жидкости. Вертикальный цилиндр и кольцевой карман по всей окружности на одинаковой высоте имеют по ряду отверстий одинакового диаметра для слива жидкости.

При работе известного устройства обрабатываемая жидкость стекает по трубной решетке через карман и ряды отверстий в виде тонкой пленки по внешней и внутренней поверхности вертикального цилиндра. Нагрев цилиндра со стекающей по нему пленкой осуществляется тепловым излучением от трубы и корпуса, нагреваемых в свою очередь теплоносителем.

К недостаткам известного устройства относится его применимость только для низкокипящих жидкостей, в частности фтористого водорода. Определенные для этой жидкости количество и диаметр отверстий в цилиндре и кармане, создающие стекающую тонкую пленку, могут быть не применимы для других жидкостей с более высокой плотностью и вязкостью.

Кроме того, наличие застойных зон в карманах ниже отверстий в них затруднит дезактивацию в случае упаривания радиоактивных растворов.

Известен пленкообразователь трубчатой насадки пленочного аппарата (патент №2510287, МПК⁷ B01D 3/28, B01D 1/22), установленный в верхней части труб, расположенных между верхней и нижней трубными решетками теплообменного аппарата и выполненный в виде огибающего торец трубы вкладыша, проходное сечение которого по длине трубы увеличивается книзу. На входе вкладыша пленкообразователя соосно с ним и с зазором относительно трубной решетки и верхней части вкладыша установлен охватывающий верхнюю часть вкладыша колпачок. В верхней части колпачка на боковой поверхности выполнены отверстия. На верхней части вкладыша выполнено не менее двух кольцевых впадин.

Известный пленкообразователь работает следующим образом.

Обрабатываемая жидкость с трубной решетки через зазор между ней и торцом колпачка поступает на вход вкладыша. Затем поток жидкости последовательно поступает в периферийную кольцевую впадину, в которой сглаживаются пульсации потока и происходит равномерное перераспределение жидкости по окружности, а затем в остальные впадины, в которых происходит формирование на входе в трубу равномерной и стабильной пленки жидкости.

Известный пленкообразователь принят заявителем в качестве прототипа.

В известном пленкообразователе толщина пленки зависит от поступающего в пленкообразователь объема жидкости, который, в свою очередь, зависит от перепада высот слоя жидкости на трубной решетке и верхнего торца вкладыша.

Для получения стабильно стекающей пленки в известном пленкообразователе необходимо поддерживать определенный уровень жидкости на трубной решетке. При изменении уровня жидкости на трубной решетке, а также плотности и вязкости упариваемой жидкости, толщина стекающей пленки будет изменяться, что может привести либо к струйному истечению жидкости, либо к разрывам тонкой пленки и сокращению поверхности испарения.

Кроме того, вкладыши, устанавливаемые в теплообменные трубы, выступают над трубной решеткой, что не позволяет осуществить полный слив жидкости с трубной решетки и затруднит дезактивацию испарителя после упаривания радиоактивных растворов.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое устройство, является возможность его использования при упаривании высокоактивных растворов.

Технический результат заключается в дистанционном регулировании толщины пленки жидкости, стекающей по теплообменным трубам.

Для достижения указанного технического результата в известном пленкообразователе, включающем вкладыш и колпачок, установленные в верхней части теплообменной трубы, размещенной между трубными решетками в корпусе испарителя с крышкой, вкладыш присоединен к шпинделю сильфонного узла, установленного на крышке испарителя с возможностью дистанционного управления.

Вкладыш снабжен наконечником, выполненным из радиационно-стойкого и не смачиваемого упариваемой жидкостью материала. Наконечник выполнен из двух сопряженных конусов: верхнего обратного и нижнего прямого, причем нижний конус снабжен цилиндрическим пояском с выступами, центрирующими конический наконечник по внутренней поверхности теплообменной трубы. На вкладыше установлен подвижно колпачок, на нижнем торце которого по периметру выполнены пазы.

В частном случае исполнения по оси вкладыша выполнено отверстие, сообщающееся с пространством над трубной решеткой выше уровня упариваемой жидкости на ней.

В другом частном случае исполнения присоединенный к шпинделю сильфонного узла вкладыш соединен посредством ребер с соседними вкладышами, снабженными наконечниками и колпачками.

В другом частном случае исполнения возможность дистанционного управления сильфонным узлом, установленным на крышке испарителя, осуществляется манипулятором или соединением сильфонного узла с приводом с помощью штока.

Присоединение вкладыша к шпинделю сильфонного узла, установленного на крышке испарителя с возможностью дистанционного управления, и снабжение вкладыша наконечником, выполненным из радиационно-стойкого материала, позволяет использовать предлагаемое устройство при упаривании высокоактивных растворов.

Снабжение вкладыша наконечником, выполненным из не смачиваемого упариваемой жидкостью материала, обеспечивает стекание проходящей через зазор между наконечником и теплообменной трубой жидкости в основном по теплообменной трубе.

Наличие в наконечнике верхнего обратного конуса позволяет при вертикальном перемещении вкладыша изменять зазор между обратным конусом наконечника и верхним торцом теплообменной трубы и дистанционно регулировать количество жидкости, протекающей через зазор, а, следовательно, и толщину пленки жидкости с различными плотностью и вязкостью.

Наличие в наконечнике нижнего прямого конуса позволяет перенаправлять попадающую на него жидкость к теплообменной трубе, а выполнение наконечника из не смачиваемого обрабатываемой жидкостью материала способствует этому перенаправлению и формированию устойчивой пленки на теплообменной трубе.

Снабжение нижнего конуса цилиндрическим пояском с выступами, центрирующими конический наконечник по внутренней поверхности теплообменной трубы, позволяет получить равномерный зазор как между обратным конусом наконечника и торцом теплообменной трубы, так и между цилиндрическим пояском наконечника и теплообменной трубой, что позволяет сформировать равномерную устойчивую пленку, стекающую по теплообменной трубе после выхода из зазора между цилиндрическим пояском наконечника и теплообменной трубой.

Установка на вкладыше подвижно колпачка, на нижнем торце которого по периметру выполнены пазы, позволяет при вертикальном перемещении вкладыша в диапазоне регулирования толщины пленки оставлять нижний торец колпачка опирающимся в трубную решетку. Выполненные по периметру колпачка пазы позволяют сглаживать пульсации упариваемой жидкости после ее прохождения через пазы колпачка, обеспечивая ее поступление по периметру зазора между наконечником и теплообменной трубой. В то же время дальнейшее вертикальное перемещение вкладыша вверх выше диапазона регулирования позволяет приподнять нижний торец колпачка над трубной решеткой, что облегчает дезактивацию трубной решетки и предлагаемого устройства.

Выполнение по оси вкладыша отверстия, сообщающегося с пространством над трубной решеткой выше уровня упариваемой жидкости на ней, позволяет отводить из испарителя образующийся при испарении жидкости вторичный пар из теплообменной трубы.

Соединение вкладыша, соединенного со шпинделем сильфонного узла, посредством ребер с вкладышами и колпачками, установленными в верхней части смежных теплообменных труб, позволяет осуществлять регулирование толщины пленки на нескольких теплообменных трубах.

Осуществление дистанционного управления сильфонным узлом, установленным на крышке испарителя, манипулятором или соединением с помощью штока сильфонного узла с приводом позволяет применить предлагаемое устройство при упаривании высокоактивных растворов.

Изобретение иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1, фиг. 2, и фиг. 3.

На фиг. 1 показан предлагаемый пленкообразователь с совместным выводом упаренного раствора и вторичного пара в разрезе;

на фиг. 2 - предлагаемый пленкообразователь в разрезе с раздельным выводом упаренного раствора и вторичного пара в разрезе;

на фиг. 3 - предлагаемый пленкообразователь с регулированием толщины пленки жидкости, стекающей по нескольким теплообменным трубам.

Предлагаемый пленкообразователь (см. фиг. 1) содержит установленный герметично в крышке 1 испарителя сильфонный узел 2, применяемый в сильфонных клапанах, и соединенный с помощью штока 3 с приводом 4.

К шпинделю 5 сильфонного узла 2 присоединен вкладыш 6, установленный в верхней части теплообменной трубы 7, присоединенной к трубной решетке 8. Вкладыш 6 снабжен наконечником 9, выполненным из не смачиваемого упариваемой жидкостью материала. При упаривании высокоактивных растворов наконечник 9 изготавливается из радиационно-стойкого материала. Наконечник 9 выполнен в виде двух сопряженных конусов: верхнего обратного конуса 10 и нижнего прямого конуса 11. Нижний конус 11 снабжен цилиндрическим пояском 12, снабженным выступами 13, центрирующими наконечник 9 по внутренней поверхности теплообменной трубы 7. На вкладыше 6 установлен подвижно колпачок 14, на нижнем торце которого по периметру выполнены пазы 15.

Во вкладыше 6 (см. фиг. 2) может быть выполнено отверстие 16, соединенное с радиальными отверстиями 17, расположенными выше уровня упариваемой жидкости на трубной решетке 8.

Вкладыш 6, присоединенный к шпинделю 5 сильфонного узла 2, может соединяться (см. фиг. 3) посредством ребер 18 с соседними вкладышами 6, снабженными наконечниками 9. Между обратным конусом 10 наконечника 9 и торцом теплообменной трубы 7 образован регулируемый зазор 19.

При использовании предлагаемого устройства в испарителе (выносной греющей камере), применяемом совместно с сепаратором (на чертежах не показан), вторичный пар и упаренный раствор совместно поступают в сепаратор, где и происходит их разделение. В этом случае отверстия 16 и 17 во вкладышах 6 не выполняются.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Упариваемая жидкость подается на трубную решетку 8, образуя на ней слой определенной высоты, гидравлическое давление которого обеспечивает поступление жидкости через пазы 15, расположенные по периметру колпачка 14, в кольцевой зазор между колпачком 14 и наконечником 9 вкладыша 6. При этом обеспечивается равномерное распределение жидкости по всей площади кольцевого зазора между колпачком 14 и обратным конусом 10 наконечника 9. Затем жидкость поступает в регулируемый зазор 19 между верхним торцом теплообменной трубы 7 и обратным конусом 10 наконечника 9. Перемещением шпинделя 5 сильфонного узла 2, осуществляемым манипулятором (на чертежах не показан) или приводом 4, меняется проходное сечение регулируемого зазора 19 и устанавливается расход жидкости, протекающей через зазор 19, необходимый для образования равномерной и стабильно стекающей по теплообменной трубе 7 пленке жидкости.

В случае, если часть жидкости будет стекать по обратному конусу 10, то она перенаправляется нижним прямым конусом 11 к теплообменной трубе 7. Далее пленка жидкости стекает по зазору между теплообменной трубой 7 и цилиндрическим пояском 12 прямого конуса 11.

Стекающая пленка в местах соприкосновения выступов 10 с теплообменной трубой 7 будет огибать их, смыкаясь под выступами 10 вследствие несмачиваемости материала наконечника 9. Со стекающей в виде пленки по теплообменной трубе 7 жидкости происходит ее интенсивное испарение. Образующийся вторичный пар из центральной части теплообменной трубы 7 через отверстия 13 и 14 поднимается в пространство под крышкой 1 выше уровня жидкости на трубной решетке 15 и выводится из испарителя.

В случае применения для разделения упаренного раствора и вторичного пара сепаратора, упаренный раствор и образующийся вторичный пар из испарителя выдаются совместно в него. В находящемся под разрежением сепараторе из нагретого упаренного раствора выделяется дополнительно вторичный пар.