Пленочный выпарной аппарат со стекающей пленкой

Изобретение относится к аппаратам для концентрирования растворов, получения опресненной воды и может найти применение в химической, микробиологической и других отраслях промышленности, а также для проведения лабораторных и научно-исследовательских работ. Выпарной аппарат со стекающей пленкой содержит вертикальный цилиндрический корпус, в котором установлены цилиндрические и внутренние трубы. В кольцевых полостях, образованных цилиндрическими и внутренними трубами, установлены обечайки, в нижней части которых на их наружной поверхности под углом к оси обечайки размещены пластины, обеспечивающие вращательное движение потоку вторичного пара. Отношение длины обечайки L к расстоянию между двумя соседними обечайками L₁ выполняется равным L/L₁=0,2-2. Технический результат заключается в улавливании капель раствора, сорванных с поверхности пленки из потока вторичного пара, что предотвращает смешивание капель с конденсатом вторичного пара и позволяет вести процесс при максимально высоких тепловых нагрузках, что увеличивает производительность аппарата. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к конструкции выпарных аппаратов со стекающей пленкой, предназначенного для концентрирования и охлаждения растворов, получения опресненной воды. И может найти применение в химической, микробиологической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известен выпарной аппарат, включающий вертикальный корпус с технологическими штуцерами, обогреваемые трубы, закрепленные в верхней и нижней трубных решетках, размещенные внутри труб, спиральные проволочные вставки, которые выполнены в поперечном сечении в форме сегмента с прямолинейной вертикальной стороной, прилегающей к внутренней поверхности трубы [1].

Однако данное устройство обладает низкой производительностью по причине достижения большого гидравлического сопротивления и срыва капель жидкости с поверхности пленки, что обусловлено движением вторичного пара по сечению трубы в осевом направлении и достижения, вследствие этого, высокой скорости пара.

Наиболее близким по технической сущности является пленочный выпарной аппарат, состоящий из вертикального корпуса, разделенного горизонтальными перегородками на камеры для ввода суспензии и вывода концентрированного раствора, греющей камеры, камер для ввода и вывода хладагента и отвода конденсата вторичного пара. Аппарат снабжен штуцерами и цилиндрическими трубами, внутри которых установлена кольцевая спираль. По оси цилиндрических труб на всю длину аппарата коаксиально размещены внутренние трубы, а в камере для отвода конденсата вторичного пара над нижней перегородкой размещена дополнительная горизонтальная перегородка, снабженная патрубками, установленными в отверстиях с зазором относительно цилиндрических и внутренних труб [2].

Однако и это устройство обладает недостаточно высокой производительностью из-за срыва и уноса капель раствора с поверхности пленки вторичным паром, которые осаждаются на поверхности внутренних труб, что в ряде случаев не допустимо. В этой связи для предотвращения уноса капель раствора с поверхности пленки необходимо уменьшать отток вторичного пара с поверхности пленки (удельную паровую нагрузку), что приводит к снижению производительности аппарата.

Изобретение решает задачу увеличения производительности аппарата по выпариваемой влаге за счет устранения попадания капель раствора, сорванных с поверхности пленки вторичным паром, на поверхность внутренних труб в широком диапазоне изменения удельной паровой нагрузки.

Технический результат заключается в улавливании капель раствора, сорванных с поверхности пленки из потока вторичного пара, что предотвращает смешивание капель с конденсатом вторичного пара, который стекает по наружной поверхности внутренних труб и позволяет вести процесс при максимально высоких тепловых нагрузках, что увеличивает производительность аппарата.

Указанный технический результат достигается тем, что в выпарном пленочном аппарате со стекающей пленкой, состоящем из вертикального цилиндрического корпуса с крышкой и днищем, снабженного технологическими штуцерами, греющей камерой и камерами для ввода суспензии и вывода концентрированного раствора, вторичного пара, трубопроводов для ввода и вывода хладагента, цилиндрических и внутренних труб, патрубков для отвода конденсата вторичного пара; в полости цилиндрических труб по их длине с зазором относительно поверхности цилиндрических и внутренних труб установлены обечайки, в нижней части которых, на их наружной поверхности под углом к оси обечайки, размещены пластины, обеспечивающие вращательное движение потоку вторичного пара, причем отношение длины обечайки L к расстоянию между двумя соседними обечайками l₁ выполняется равным L/L₁=0,2-2; концы пластин, размещенные вдоль поверхности цилиндрических труб, срезаны с образованием острой кромки в нижней части; отношение внутреннего диаметра цилиндрической трубы d к максимальному диаметру окружности, образованной свободными кромками пластин, d₁ равно d/d₁=1,03-1,2.

Размещение в полости цилиндрических труб по их длине с зазором относительно поверхности цилиндрических и внутренних труб обечаек в нижней части которых, на их наружной поверхности, размещены пластины, обеспечивающие вращательное движение потоку вторичного пара при отношении длины обечайки L к расстоянию между двумя соседними обечайками l₁, равным L/L₁=0,2-2, позволяет создать вращательное движение вторичному пару на выходе из пластин, обеспечить центробежную силу, которая, воздействуя на капли раствора в паре, отбрасывает их в пленку раствора, предотвращая тем самым попадания капель в конденсат вторичного пара, что увеличивает производительность аппарата по выпариваемой влаге, так как можно проводить процесс выпаривания при высокой паровой нагрузке.

Размещение обечаек по длине цилиндрических труб на расстоянии L₁ позволяет в полостях, образованных цилиндрической трубой и обечайками, обеспечить требуемый расход вторичного пара для создания интенсивного его вращения при прохождении между пластинами и тем самым позволяет эффективно выводить капли из потока. При выполнении L/L₁<0,2 часть вторичного пара с каплями будет попадать в конденсат, стекающий по поверхности внутренних труб, а также не обеспечивается полное вращение пара, что недопустимо. При выполнении L/L₁>2 вследствие уменьшения сечения для прохода вторичного пара к центральным трубам будет увеличиваться сопротивление аппарата и осуществляться дополнительный срыв раствора с пленки, что также неэффективно.

Наличие у пластин среза, с образованием в их нижней части острой кромки, обеспечивает беспрепятственное отекание пленки жидкости в зазор, образованный внутренней поверхностью цилиндрической трубы и торцами пластин. Это предотвращает попадание раствора из пленки на боковые поверхности пластин за счет силы поверхностного натяжения и образования струйного течения, которое снижает производительность аппарата. Острая кромка уменьшает силу поверхностного натяжения и тем самым не позволяет раствору поступать на поверхность пластин.

Выполнение отношения внутреннего диаметра цилиндрической трубы d к максимальному диаметру окружности образованной свободными кромками пластин d₁, равного d/d₁=1,03-1,2, обеспечивает интенсивное вращение вторичного пара и свободное отекание раствора по внутренней поверхности цилиндрических труб, что обеспечивает эффективную сепарацию капель раствора из вторичного пара и, следовательно, повышает производительность аппарата. При выполнении отношения d/d₁<1,03 происходит попадание раствора на пластины, что ухудшает улавливание капель и ведет к снижению производительности аппарата. При достижении отношения d/d₁>1,2 ширина пластин становится не достаточной для создания вращательного движения пара и капель, что также снижает производительность аппарата.

На фиг.1 изображен пленочный выпарной аппарат со стекающей пленкой; на фиг.2 - часть цилиндрической и внутренней труб с установленной обечайкой наклонными пластинами; на фиг.3 - разрез цилиндрической трубы; на фиг.4 показано в изометрии размещение пластин на боковой поверхности обечайки.

Выпарной аппарат со стекающей пленкой состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1 с крышкой 2 и днищем 3. Аппарат снабжен штуцерами для ввода и вывода раствора 4 и 5, вывода конденсата вторичного пара 6, подвода и отвода теплоносителя 7 и 8, подвода и отвода хладагента 9 и 10 вспомогательными штуцерами 11. А также имеет камеры для ввода раствора 12 и вывода концентрированного раствора 13, греющую камеру 14. В корпусе аппарата размещены цилиндрические трубы 15, на внутренней поверхности которых установлена кольцевой спираль 16 и коаксиально установлены внутренние трубы 17, выполненные в виде змеевика из витков 18, и патрубки 19 для отвода конденсата вторичного пара. В кольцевых полостях, образованных цилиндрической 15 и внутренней 17 трубами, по их длине установлены обечайки 20, в нижней части которых, на их наружной поверхности под углом к оси обечайки, помещены пластины 21. Причем концы пластин 21, размещенные вдоль поверхности цилиндрических труб 15, срезаны с образованием острой кромки 22 в нижней части. Цилиндрические трубы 15 снабжены втулками для распределения жидкости 23 и заглушками 24.

Выпарной аппарат со стекающей пленкой работает следующим образом. Раствор через штуцер 4 поступает в камеру 12, распределяется на верхней горизонтальной перегородке, а затем перетекает в кольцевые зазоры, образованные внутренней поверхностью цилиндрической трубы 15 и наружной поверхностью втулки для распределения жидкости 23. Выйдя из которых раствор стекает в виде жидкостной пленки по внутренней поверхности цилиндрических труб, интенсивно перемешиваясь, обтекая витки кольцевой спирали 16. При этом происходит нагревание раствора через стенку цилиндрических труб теплоносителем, поступающим через штуцер 7 в греющую камеру 14, вследствие чего раствор закипает, образуется отток вторичного пара и капель раствора (парожидкостная смесь) с поверхности пленки. Парожидкостная смесь поступает в кольцевые зазоры, образованные внутренней поверхностью цилиндрических труб и наружной поверхностью обечаек, проходит через наклонные пластины 21, приобретает вращательно поступательное движение. Вследствие чего возникает центробежная сила, которая отбрасывает капли раствора на поверхность пленки, которая на выходе из аппарата стекает в камеру концентрированного раствора 13 и выводится через штуцер 5. Освободившийся от капель вторичный пар конденсируется на поверхности внутренних труб 17, в полость которых подается охлаждающая вода через штуцер 10. Отвод охлаждающей воды осуществляется через штуцер 9. Образовавшийся конденсат по виткам 18 внутренних труб 17 стекает в полость патрубков 19 и далее удаляется через штуцер 6.

Использование заявляемого пленочного выпарного аппарата со стекающей пленкой позволяет увеличить производительность аппарата, что снижает капитальные и текущие затраты, а следовательно, и себестоимость выпускаемого продукта.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1134210, В01D 1/22, 1985 г., БИ №2.

2. Авторское свидетельство СССР №1745278, В01D 1/22, 1992 г., БИ №5.

1. Пленочный выпарной аппарат со стекающей пленкой, состоящий из вертикального цилиндрического корпуса с крышкой и днищем, снабженного технологическими штуцерами, греющей камерой и камерами для ввода суспензии и вывода концентрированного раствора, вторичного пара, трубопроводов для ввода и вывода хладагента, цилиндрических и внутренних труб, патрубков для отвода конденсата вторичного пара, отличающийся тем, что в полости цилиндрических труб по их длине с зазором относительно поверхности цилиндрических и внутренних труб установлены обечайки, в нижней части которых на их наружной поверхности под углом к оси обечайки помещены пластины, обеспечивающие вращательное движение потоку вторичного пара, причем отношение длины обечайки L к расстоянию между двумя соседними обечайками L₁ выполняется равным L/L₁=0,2-2.

2. Пленочный выпарной аппарат со стекающей пленкой по п.1, отличающийся тем, что концы пластин, размещенные вдоль поверхности цилиндрических труб, срезаны с образованием острой кромки в нижней части.

3. Пленочный выпарной аппарат со стекающей пленкой по п.1 или 2, отличающийся тем, что отношение внутреннего диаметра цилиндрической трубы d к максимальному диаметру окружности, образованной свободными кромками пластин, d₁ равно d/d₁=1,03-1,2.