Испаритель для обогащения жидкости

 

Изобретение относится к разделению веществ и может быть использовано в химическом, бродильном производстве, для разделения воздуха и углеводородов. Цель изобретения увеличение степени разделения веществ и уменьшение энергозатрат. Для этого наклонная к горизонту и определенным образом рифленая нижняя поверхность змеевика испарителя существенно удлиняет путь движения кипящей жидкости, а змеевик в верхней расширенной части снабжен ректификационной тарелкой, позволяющей отмыть пар от высококипящих компонентов. 2 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к разделению веществ и может быть использовано в бродильном, химическом производствах, в разделении углеводородов и воздуха. Цель изобретения увеличение разделительной способности испарителя, уменьшение энергозатрат на разделение веществ путем увеличения эффективности тепломассообмена и повышение коэффициента извлечением высококипящих компонентов из смеси. Указанная цель достигается тем, что в испарителе уменьшают перемешивание кипящей жидкости в двух измерениях в ширину и в высоту путем организации движения кипящей жидкости тонким слоем в узком обогреваемом канале между гофрами в противотоке с образующимся паром. Практически остается лишь продольное перемешивание жидкости, влияние которого уменьшают согласно изобретению, путем существенного увеличения длины пути движения кипящей жидкости благодаря особому расположению гофр на нижней поверхности испарителя. Цель достигается также вследствие организации массообмена жидкость-пар в верхней расширенной части испарителя на ректификационной тарелке, расположенной ниже патрубка подачи исходной жидкости на испарение. А также вследствие выполнения испарителя в форме сужающегося змеевика в направлении движения кипящей жидкости. Таким образом, предложенное техническое решение представляет собой обогреваемый сужающийся змеевик, нижняя поверхность которого гофрирована особым способом, что позволяет значительно увеличить длину пути движения кипящей жидкости в противотоке с образующимся паром. Кипящая жидкость в испарителе согласно изобретению должна двигаться как вдоль змеевика, так и в поперечном к нему направлении. В верхней расширенной части змеевика предложено установить ректификационную тарелку, на которой отходящий пар (дистиллат) промывают в поступающей в испаритель исходной жидкости. Для организации движения кипящей жидкости вдоль и поперек змеевика нижняя поверхность испарителя должна иметь во-первых, уклон к линии горизонта в пределах от 2 до 27^о. Причем, верхний предел ограничен возможностью перетекания кипящей жидкости через гребни гофр, а нижний ограничен плотной навивкой змеевика большого диаметра. Оптимальный уклон составляет примерно 15^о. Во-вторых, каждая гофра, перпендикулярна к оси трубы змеевика, должна иметь уклон от 2 до 15^о к линии горизонта, причем под противоположным углом по отношению к предыдущей гофре. Оптимальный уклон гофры к линии горизонта составляет 8^о. Процесс напоминает в первом приближении стекание воды по наклонной стиральной доске. Для более наглядного представления о сущности предложенного технического решения можно взять пологую лестницу, каждая ступень которой выполнена в виде канала. Ступень наклонена к линии горизонта под некоторым углом, противоположным предыдущей и последующей ступеням. Если на верхнюю ступень лестницы подавать воду, то она будет течь вдоль ступени, стекать на следующую ступень и двигаться вдоль нее в противоположном направлении по отношению к предыдущей ступени и так до конца лестницы. Вода движется в целом вниз вдоль лестницы, а на каждой ступени в отдельности поперек лестницы. Аналогично кипящая жидкость движется по нижней гофрированной поверхности предложенного испарителя. Высота гофр и длина волны гофрирования нижней поверхности змеевика зависят от вязкости кипящей жидкости, уклона гофр и поверхности змеевика. Оптимальное отношение длины волны гофрирования к высоте гофр составляет от 2 до 6. Предложенное соотношение размеров и уклонов деталей испарителя в совокупности обеспечивают необходимое разделение веществ в испарителе и тем самым достигается цель изобретения. Испаритель, согласно изобретению, погружен в горячую воду, что позволяет поддерживать температуру теплопередающей поверхности на высоком уровне за счет более высокого коэффициента теплоотдачи от теплоносителя к стенке испарителя по сравнению с коэффициентом теплоотдачи от стенки к кипящей жидкости. По этой причине при пересыщении кипящей жидкости высококипящими компонентами выпадение кристаллов на внутренней поверхности исключено. Образующийся на поверхности кристалл подтаивает, смывается кипящей жидкостью в итоге переходит в нижний готовый продукт, обеспечивая необходимое разделение веществ. Наличие ректификационной тарелки в верхней части предложенного испарителя сокращает потери высококипящего компонента с паром, а ступенчатое или постепенное сужение канала змеевика в направлении движения жидкости позволяет повысить эффективность массообмена встречно движущихся жидкости и пара, сократить расход металла и энергию на разделение веществ. Качество разделения при этом возрастает в связи с тем, что скорость пара над слоем кипящей жидкости в среднем по длине канала одинакова и близка к оптимальной. П р и м е р осуществления испарителя для обогащения жидкости приведен на фиг. 1. Ступенчато сужающийся змеевик 1 с гофрированной нижней поверхностью погружен в бак с теплоносителем. В расширенной верхней части 2 змеевика 1 установлена ректификационная тарелка 3. Жидкость в испаритель подают через установленный над тарелкой патрубок 4. Пар из испарителя отводят через патрубок 5. Продукт выводят из испарителя через патрубок 6 в виде пара или остатка кипящей жидкости. Теплоносителем, как правило, является теплая вода. На фиг. 2 показано характерное сечение змеевика, его наклон к линии горизонта, угол наклона гофр и направление движения потоков. Испаритель для обогащения жидкости работает следующим образом. Через патрубок 4 бедную жидкость подают в верхнюю расширенную часть 2 змеевика 1. С тарелки 3 жидкость стекает в обогреваемый змеевик 1. По мере стекания кипящей жидкости по гофрам в нижнюю часть змеевика из нее выпариваются летучие фракции и она обогащается высококипящим компонентом как вследствие фракционированного испарения, так и в результате массо- и теплообмена со встречно движущимся по змеевику паром. Остаток неиспарившейся обогащенной высококипящим компонентом жидкости выводят из нижней части змеевика в качестве продукта через патрубок 6. При движении вверх по змеевику 1 пар в результате массообмена передает в жидкость высококипящие компоненты, окончательно отмывается от них на тарелке 3 и выводится из аппарата через патрубок 5 в качестве дистиллата в состоянии, равновесном жидкости на тарелке 3. При необходимости продукт полностью испаряют в змеевике и получают в виде обогащенного пара. Длину гофрированного змеевика, диаметр его отдельных частей, шаг и высоту гофр, наклон гофр и змеевика рассчитывают по условиям тепло- и массообмена, уточняют при испытаниях. Недостатки расчета нивелируют температурой теплоносителя или расходом жидкости в испаритель. В пищевой промышленности испаритель можно использовать вместо бражной колонны при производстве спирта, что позволяет исключить забивку колонны механическими примесями, сократить расход пара и холодной воды на 40-50% исключить конденсатор и подогреватели бражки из технологической схемы брагоректификационной установки, исключить потери спирта с водой. В химической промышленности испаритель можно использовать для отгонки тяжелых компонентов из нефти или в качестве нижней секции ректификационных колонн при разделении природного газа на компоненты. В области разделения воздуха методом низкотемпературной ректификации испаритель можно использовать в качестве взрывоопасного концентратора криптона и ксенона.

Формула изобретения

1. ИСПАРИТЕЛЬ ДЛЯ ОБОГАЩЕНИЯ ЖИДКОСТИ, содержащий обогреваемый сосуд, снабженный патрубками отбора обогащенного продукта, расположенного с одной стороны сосуда, и патрубки входа жидкости и отбора пара, расположенными с другой стороны сосуда, отличающийся тем, что, с целью увеличения степени разделения веществ и уменьшения энергозатрат, нижняя поверсность сосуда выполнена гофрированной с наклоном к линии горизонта, равным 2 27^o, при этом отношение длины гофрирования к высоте равно 2 5, а каждая гофра выполнена под углом 2 15^o к линии горизонта, но под противоположным углом по отношению к предыдущей гофре. 2. Испаритель по п. 1, отличающийся тем, что, с целью увеличения коэффициента извлечения высококипящего компонента, верхняя часть сосуда выполнена расширенной и снабжена ректификационной тарелкой, расположенной под патрубком входа жидкости. 3. Испаритель по пп. 1,2, отличающийся тем, что обогреваемый сосуд выполнен в виде змеевика, ступенчато или непрерывно сужающегося в направлении движения кипящей жидкости.