Прямоточный трубчатый испаритель

 

Использование: для отгонки летучих компонентов из жидких смесей термолабильных веществ при выпарке, дистилляции и ректификации в химической технологии с целью повышения степени отгона летучих компонентов за один проход при переработке термолабильных жидкостей. Сущность изобретения: устройство содержит корпус с греющей камерой, ограниченной горизонтальными перегородками, на которых закреплены цилиндрические трубы с размещенными внутри ленточными спиралями, распределители жидкости, которые представляют собой выступающие под нижнюю перегородку отростки труб, снабженные сужающими диафрагмами. На верхних концах цилиндрических труб, выступающих за перегородку, установлены сепараторы. 1 ил.

Устройство предназначено для отгонки летучих компонентов из жидких смесей термолабильных веществ при выпарке, дистилляции и ректификации в химической технологии.

Отгонку термолабильных веществ осуществляют, как правило, в роторно-пленочных испарителях, содержащих вертикальный цилиндрический корпус с греющей рубашкой, ротор с лопатками и привод. Они имеют малое гидравлическое сопротивление и позволяют перерабатывать вязкие жидкости. Однако рабочая поверхность роторно-пленочных испарителей не превышает 50 м², что ограничивает их производительность. Кроме того, межремонтный пробег таких испарителей из-за истирания лопаток составляет всего 5 10 тыс. часов.

Известна теплообменная секция пленочного аппарата, содержащая корпус с камерой для подачи теплоносителя, ограниченной горизонтальными перегородками, цилиндрические трубы, распределители жидкости, установленные в верхней части труб и выполненные в виде патрубков, кольцевую спираль, размещенную внутри труб, причем кольцевая спираль выполнена полой, а полость спирали посредством каналов сообщена с камерой для подачи теплоносителя, при этом отношение наружного диаметра витка спирали к внутреннему диаметру цилиндрической трубы равно 0,88 0,98.

Данная теплообменная секция может иметь очень большую поверхность, но не позволяет получить высокую степень отгона при переработке термолабильных продуктов. Это обусловлено тем, что по мере испарения летучих компонентов количество жидкости уменьшается и на поверхности спирали появляются сухие участки с высокой температурой. На границе между сухой и смоченной поверхностью возникают застойные зоны, в которых жидкость подвергается длительному тепловому воздействию, из-за чего происходит ее термическая деструкция или осмоление.

Целью предлагаемого изобретения является повышение степени отгона летучих компонентов за один проход при переработке термолабильных жидкостей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем корпус с греющей камерой, ограниченной горизонтальными перегородками, цилиндрические трубы с размещенной внутри них спиралью и распределители жидкости, распределители жидкости расположены под нижней горизонтальной перегородкой и представляют собой выступающие за перегородку отростки труб, снабженные сужающими диафрагмами.

Спирали выполнены в виде винтовой ленты, а на верхних концах цилиндрических труб, выступающих за перегородку, установлены сепараторы.

На фиг. 1 представлен поперечный разрез прямоточного трубчатого испарителя.

Прямоточный трубчатый испаритель содержит корпус 1 с греющей камерой 2, ограниченной горизонтальными перегородками 3. На горизонтальных перегородках 3 закреплены цилиндрические трубы 4, внутри которых размещены винтовые ленточные спирали 5. Распределители жидкости расположены под горизонтальной перегородкой в нижней камере 6 и представляют собой выступающие под горизонтальную перегородку отростки труб 7, снабженные сужающими диафрагмами 8. На верхние концы цилиндрических труб, размещенные в камере сепарации 9, установлены индивидуальные сепараторы 10. Сепаратор дырчатого типа представляет цилиндрическую обечайку, свернутую из листа с пробитыми отверстиями.

Прямоточный трубчатый испаритель работает следующим образом. В греющую камеру 2 подают горячий теплоноситель, например, водяной пар. Исходная жидкость поступает в нижнюю камеру 6, а затем через сужающие диафрагмы 8 в цилиндрические трубы 4. В них жидкость нагревается и начинает интенсивно кипеть. Газожидкостная смесь при движении вверх под воздействием винтовой ленточной спирали 5 закручивается, в результате чего жидкость отбрасывается к стенке трубы и образует на ней сплошную пленку. Паровой поток по центру трубы с возрастающей скоростью движется вверх, увлекая в прямоточное течение пристенную пленку жидкости. При этом осуществляется интенсивное испарение жидкости без образования сухих участков на греющей поверхности. На выходе из труб в камере сепарации 9 кольцевой двухфазный поток попадает в индивидуальные сепараторы 10. В них жидкий поток продавливается через отверстия, стекает на верхнюю горизонтальную перегородку и выводится из испарителя. Паровой поток выводится из испарителя через верхний штуцер сепарационной камеры 9.

Размещение распределителя жидкости под нижней перегородкой обеспечивает равномерное распределение жидкости по всем цилиндрическим рабочим трубам. Отростки труб, выступающие под нижнюю горизонтальную перегородку, создают в ней буферную зону, заполненную парогазовой смесью. Эта буферная зона совместно с сужающими диафрагмами эффективно демпферирует пульсации давления, возникающие в рабочих трубах и нарушающие нормальную работу сепарационных устройств.

Использование спирали в виде винтовой ленты, перекрывающей все сечение рабочей трубы и размещенной по всей ее длине обеспечивает создание на внутренней поверхности сплошной пленки жидкости, увлекаемой паровым потоком вверх. Благодаря этому исключается образование застойных зон, оголенных сухих участков и обеспечивается глубокая степень отгонки летучих веществ.

Применение индивидуальных сепараторов, установленных на верхние концы рабочих труб, обеспечивает надежное отделение жидкого остатка от полученного парового потока за счет использования энергии закрученного потока.

Эффективность предлагаемого прямоточного трубчатого испарителя проверена на двух моделях аппарата с трубками диаметром 14 и 20 мм. При отгонке из реакционных масс хлороформа, толуола, слабой азотной кислоты, диметилфосфита получены результаты, ранее достигаемые только в роторно-пленочных испарителях.

Преимуществом предлагаемого прямоточного трубчатого испарителя перед известным прототипом является возможность получения высокой степени отгона летучих компонентов за один проход. Кроме того, изготовление и установка спирали в виде винтовой ленты намного проще, чем кольцевой спирали из полой трубки, соединенной с греющей камерой.

Формула изобретения

Прямоточныйй трубчатый испаритель, содержащий корпус с греющей камерой, ограниченной горизонтальными перегородками, цилиндрические трубы с размещенными внутри спиралями и распределители жидкости, отличающийся тем, что распределители расположены под нижней горизонтальной перегородкой и представляют собой выступающие за перегородку отростки труб, снабженные сужающимися диафрагмами.

РИСУНКИ

Рисунок 1