Дистиллятор

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51)4 В 01 D 3/32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2 1) 2785966/23-26 (22) 22.05.79 (46) 23.09.85. Бюл. )) 35 (72) Н.П.Рябченко, Е.H.Константинов, П.П.Любченков, И.И.Сухина и В.И.Белохвостиков (71) Краснодарский политехнический институт (53) 66.048(088 ° 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 498011, кл. В 01 D 9/02, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 613761, кл. В 01 D 3/30, 1978.

3, Гавриленко И.В. Оборудование для производства растительных масел.

M. "Пищевая промьппленность", 1972, с. 246-248 (прототип). (54) ДИСТИЛЛЯТОР. (57)" 1. Дистиллятор масляных мисцелл, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальные трубные доски, установленные в корпусе и делящие его на камеры испарения, контактирования и сепарации, теплообменные трубы с помещенными в них завихрителями, закрепленные в трубных досках в камере контактирования, горизонтальную отбойную перегородку, размещенную в камере сепарации, зме- . евик, помещенный в камеру испарения, и тепловую рубашку, закрепленную снаружи камеры испарения, о т л ичающийся тем, что, с целью интенсификации процесса за счет направления парожидкостного потока непосредственно на поверхность теплообменных труб, он снабжен вертикальными пластинами, установленньпчи под острыми углами в теплообменных трубах между завихрителями, и пакетом тангенциальных пластин, размещенных в камере испарения под змеевиком.

2, Дистиллятор по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что камера сепарации снабжена вертикальными изогнутыми пластинами, закрепленными на отбойной перегородке, и выполнена в виде соосно установленных одна над другой цилиндрических обечаек, соединенных между собой кольцом, а отбойная перегородка расположена в верхней обечайке.

3. Дистиллятор по пп. и 2, отличающийся тем, что камера сепарации снабжена греющим змеевиком, размещенным на отбойной перегородке.

828463

Изобретение относится к конструкциям выпарных аппаратов и может быть использовано в качестве предварительного дистиллятора масляных мисцелл в масложировой промышленности в линиях прямой экстракции.

Известны дистйлля онные аппараты, cocpp "ÔÜ;Æåïë4îáìåííûõ трубе,, устаноаленных н к1орпус* аппаражФ 41 та НаДРУХЫРРттбиеы ДОСКЕХ, ДНИЩа СО lO эмеФфЛ о@ „щфЖгФ Хобежнбго сепаратора 1 ). Инщурф®ация ".процесса теплообмена моЪетт осуществляться за счет

Ф .- эакручййаниея парожидкостного потока лопаточными или шнековыми завихрителями в сочетании с отжатием газовоro потока от центра аппарата к периферии пластинами изогнутыми по спирали Архимеда (2).

Недостатками известных аппаратов 2п являются относительно низкие удельная производительность по жидкости и интенсивность процесса теплообмена, что объясняется наличием противоточного дьижения фаз. Отжатие газового 25 потока от центра к периферии с по.— мощью пластин, изогнутых по спирали

Архимеда, позволяет интенсифицировать лишь массопередачу в процессе ректификации и не дает желаемого эффекта в процессе выпаривания.

В центре аппарата наблюдается частичная раскрутка газового потока, так как обтекание пластин Архимеда происходит в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Кроме того, пластины Архимеда не обеспечивают создание равномерной устойчивости пленки жидкости по всему периметру корпуса аппарата. Последнее необходимо для 4О создания оптимальных условий теплообмена и организации восходящего закрученчого парожидкостного потока.

Перечисленные недостатки не позволяют использовать известные аппараты 45 для дистилляции масляных мисцелл в линиях прямой экстракции.

Известен также дистиллятор масляных мисцелл, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальные трубные диски, установленные в корпусе и делящие его на камеры испарения, контактирования и сепарации, теплообменные трубь с помещенными в них завихрителями, закрепленные в трубных досках в камере контактирования, горизонтальную отбойную перегородку, размещенную в камере сепарации, змеевик, помещенный в камеру испарения, и тепловую рубашку, закрепленную снаружи камеры испарения (3 ).

Известный дистиллятор масляных мисцелл, обладая значительными габаритными размерами, позволяет перерабатывать всего 10-12 м /ч. Однако интенсивность процесса теплообмена мала. Все это не позволяет использовать его в линиях прямой экстракции.

Низкие удельная производительность и интенсивность теплообмена объясняются тем, что в теплообменных трубках дистиллятора не обеспечиваются условия для создания устойчивой пленки мисцеллы, что ухудшает ее контакт .с теплопередающей поверхностью и приводит к неупорядоченному движению (в виде пены) мисцеллы по теплообменным трубкам вверх, Кроме того, сепаратор обладает значительными габаритными размерами и не обеспечивает полную сепарацию жидкости при больших паровых потоках, которые возникают в дистилляторах линии прямой экстракции. Внутренний объем сепаратора не используется для проведения процесса теплообмена.

С целью интенсификации процесса за счет направления паро-жидкостного потока непосредственно на поверхность теплообменных труб предложенный дистиллятор снабжен вертикальными пластинами, установленными под острыми углами в теплообменных трубах между эавихрителями, и пакетом тангенциальных пластин, размещенных в камере испарения под змеевиком, Камера сепарации снабжена вертикальными изогнутыми пластинами, закрепленными на отбойной перегородке, и выполнена в виде соосно установленных одна под другой цилиндрических обечаек, соединенных между собой кольцом, а отбойная перегородка расположена в верхней обечайке. Камера сепарации снабжена греющим змеевиком, расположенным на отбойной перегородке.

На фиг. I изображен дистиллятор, продольный разрез; на фиг. 2 — сечение А-А на фиг. 1; на фиг, 3— вид по стрелке Б на фиг. 1; на фиг.4— сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 5— сечение Г-Г на фиг. 4.

Ч цилиндрическом корпусе 1 размещен пучок теплообменных трубок 2, 828463 закрепленный в трубных досках 3, 4, Под доской 4 закреплено днище 5, снабженное змеевиком 6, рубашкой 7 для греющего пара и пакетом тангенциальных перекрывающих одна другую вертикальных пластин 8, между которыми образованы гроходы для мисцеллы. Над доской 3 установлен сепаратор, корпус которого выполнен из двух цилиндрических обечаек 9 и 10 раэлич- t ного диаметра. Обечайки 9 и 10 сое.— динены с помощью соединительного кольца 1!. Верхняя обечайка 9 выполнена с большим диаметром, чем обечайка 10, и в ней установлена отбой- !5 ашная перегородка 12. Последняя перекрывает верхний срез обечайки 10 и образует с кольцом 11 проход 13 для паров растворителя.

К перегородке 12 в нижней ее части прикреплены вертикальные пластины 14, выходящие из ее центра и изогнутые в горизонтальной плоскости по спирали, например, Архимеда. Для подвода тепла к перегородке 12 свер- 25 ху прикреплен змеевик 15.

В каждой трубке 2 на несущейштанге 16 (фиг. 4,5) позтажно закреплены лопаточные завихрители 17, между которыми установлены под острым углом 3Q (20-60 ) к теплопередающей поверхности вертикальные плоские пере,крывающие одна другую пластины 18, позволяющие направить на поверхность трубок 2 поток и обеспечивающие его

35 вращение в ту же сторону, что и лопаточные завихрители 17, Дистиллятор снабжен патрубками 19 для подачи мисцеллы, 20 для отвода упаренной мисцеллы, 21-24 для пОдво- 4 да глухого греющего пара, 25, 26 для отвода конденсата греющего пара и 27 для отвода паров растворителя. Над патрубком 19 установлены распределительная пластина 28 и сетка 29, Работает дистиллятор масляных мисцелл следующим образом. . Греющий пар подается в патрубки 21 — 24. После подогрева аппарата через патрубок 19 подается исходная 50 мисцелла концентрацией 10-20 мас.Ж по маслу при 60-70 С. Под воздействием пластины 28 мисцелла распределяется между тангенциальными пластинами 8, огибает их, закипает за счет 55 тепла, получаемого от пластин 8, и проходит через распределительную сетку 29. Последняя позволяет равно4 мерно подавать мисцеллу во все трубки 2 снизу.

Потоки паров растворителя и кипя- щей мисцеллы закручиваются в теплообменных трубках завихрителя !7. Под действием центробежных сил мисцелла отбрасывается к боковой поверхности трубок 2 и образует пленку, которая увлекается парами растворителя вверх.

Получая от греющего пара тепло через поверхность трубок 2, мисцелла продолжает кипеть. Выделяющиеся пары растворителя также закручиваются завихрителями l7. По мере движения вверх по трубкам 2 скорость парового потока увеличивается (за счет увели чения их количества), что способствует увеличению скорости движения пленки мисцеллы.

На выходе из трубок 2 (в верхнем срезе) продолжается по инерции движение мисцеллы и паров растворителя вверх, Достигнув перегородки !2, мисцелла ударяется об нее и образует пленку. Лары растворителя, двигаясь вдоль перегородки 12 и огибая пластини 14, приобретают вращательное движение и увлекают пленку мисцеллы по направлению к обечайке 9. При этом по мере движения мисцелла под действием центробежных сил смещается на пластины 14 и стекает по ним вниз .в проход 13 на соединительное кольцо 11 за счет тяжести, а затем перетекает в полость обечайки !О. Упарен- ная мисцелла концентрацией 80-90 мас.Ж выводится из аппарата через патрубок 20 и направляется в окончательный дистиллятор.

При соприкосновении с перегородкой 12 и пластинами 14 мисцел !а получает тепло, проводимое с глухим паром в змеевик t5, и из нее улаляется часть растворителя, который смешивается с основным потоком паров растворителя и направляется через пат рубок 27 в теплообменник для пред варительного нагрева исходящей мисцеллы.

Таким образом, удаление растворителя из мисцеллы в предложенной конструкции дистиллятора производится в три этапа (в трех зонах), что позволяет в зависимости от концентрации мисцеляы создавать определенный темпе. ратурный режим. Последнее необходимо для иаялючения перегрева мисцеллы и ухудшения качества масла.

828463

На первом этапе в днище 5 производятся подогрев мисцеллы до кипения и удаление части растворителя.

Концентрация мисцеллы изменяется

5 на 5-10% и достигает 20-30%. Давление греющего пара в рубашке 7 поддерживается в пределах 5-6 ати. Установленный в днище 5 пакет тангенциальных перекрывающих друг друга вертикальных . 1p пластин 8 позволяет увеличить поверхность теплообмена в этой зоне и интенсифицировать процесс теплопередачи за счет создания закрученного движения мисцеллы. 15

Для подвода тепла к пластинам 8 они жестко соединены с днищем 5 и змеевиком 6. Выделяющиеся в этой зоне пары растворителя способствуют

Аормированию пленки и интенсиАикации теплообмена на начальном (нижнем) участке теплообменных трубок 2.

На втором этапе в трубках 2 происходит удаление основного количества растворителя. Концентрация мисцеллы изменяется от 20-30% до 65-70%. Давление греющего пара в корпусе 1 поддерживается в пределах 3-4 ати.

В нижней части трубок 2 скорость

30 движения парожидкостного потока не превышает 1,5 м/с. При таких скоростях лопаточные завихрители не обеспечивают достаточного закручивания па-. рожидкостного потока и образования устойчивой поднимающейся пленки мисцеллы, так как осуществляют только местную (периодическую) подкрутку. Поэтому в нижней части трубок 2 (0,3 их высоты) установлены шнековые 4О завихрители, обеспечивающие непрерывную закрутку потока, образование поднимающейся вращающейся мисцеллы и интенсиАикацию процесса теплообмена при указанных скоростях движения. 45

После того,как пленка мисцеллы сАормирована, дальнейшую закрутку парожидкостного потока целесообразно осуществлять лопаточныМи завихрителями в сочетании с вертикальными пласти- . нами 18. Последние располагаются в непосредственной близости у тепло- . передающей поверхности и исключают зависание и отрыв мисцеллы от стенки трубок 2 за счет отжатия ее 55 к периАерии. Кроме того, пластины 18 направляют к теплопередающей поверх- ности и часть парового потока, уве;. личивая скорость его движения в непосредственной близости пленки. Таким образом создается устойч чивая поднимающаяся, вращающаяся пленка мисцеллы, увеличивается скорость ее вращения, исключается зависание и выбросы мисцеллы из зоны теплообмена. В отличие от известных пластин Архимеда тангенциальные вертикальные пластины.18 обеспечивают равномерное вращение и толщину пленки, исключают образование зон неупо-. рядоченного движения и раскрутки парового потока.

Использование лопаточных завихрителей в сочетании с пластинами 18 в верхней части трубок 2 позволяет обеспечить на выходе трубок 2 движение пленки мисцеллы вверх со скоростью 1,5-3 м/с, что является необходимым условием для организации и интенсиАикации процесса теплообмена в третьей зоне (этапе).

На третьем этапе на перегородке 12 происходит удаление растворителя в условиях высокой концентрации и вязкости мисцеллы. Концентра- ция мисцеллы изменяется от 65 70 мас.% до 80-90 мас.%. ц таких условиях резко уменьшает- ся турбулентное перемешивание между отдельными слоями мисцеллы за счет увеличения вязкости, что приводит к снижению интенсивности теплообмена, перегреву мисцеллы и ухудшению качества масла. В предлагаемом дистилляторе окончательное удаление растворителя до 80-90% проводится при давлении греющего пара 0,15О, 19 мПа в змеевике 15, что позволяет уменьшить температуру обработ- ки мисцеллы по сравнению с прототипом. При этом используются ударные потоки. Иисцелла, вылетающая иэ трубок 2, ударяется о перегородку 12 и прик1,епленные к ней пластины 14, тем самым турбулизируя образовавшуюся на них пленку мисцеллы и интенсифицируя процесс теплообмена. Использование высокоэААективных Аорм организации процесса теплообмена (удар". ные потоки) позволяет уменьшить температуру, что уменьшает окисление масла.

Предложенная конструкция дистиллятора предназначена для линий прямой эк тракции, когда в процессе пред8284

t0 варительной дистилляции удаляется до 60-70 т/ч растворителя, Дпя эААективного разделения парожидкостного потока при таких количествах паровой Лазы необходимо использовать все йормы сепарации: уменьшение скорости паровой Лазы, центробежные и инерционные силы, механическое разделение потоков. Такая сепарация и осуществляется в разработанном дистилляторе. При ударе о перегородку 12 и пластины 14 происходит изменение движения парожидкостного потока, и за счет сил инерции мисцелла сепарируется в виде пленки. Пластины 14 закручивают пары, создавая тем самым центробежные силы, Как указывалось выше, вращательное движение приобретает и пленка мисцеллы и перемещается под действием 20 центробежных сил на пластины 14, по которым стекает вниз на кольцо 11, Таким образом удается вывести пленку мисцеллы из области, где скорость парового потока максимальна (от 25 перегородки 12) . Отдельные капли, уносимые потоком пара растворителя сепарируются на поверхность обечайки 9 в поле центробежных и инерцион,ных сил. 30

В процессе сепарации весь поток движется в радиальном направлении, а не в осевом, как в прототипе, Это обеспечивает наряду с непрерывным увеличением площади свободного сечения сепаратора непрерывное умень- З5 шение количества паров, приходящегося на единицу поверхности свободного сечения. Последнее позволяет при скорости парового потока, выходящего из зоны сепарации, не более 0,5 м/с 40

63 8 создать компактный сепаратор. Как показывают расчеты, диаметр обечайки 9

I достигает порядка 1,8-2, 1 м при ее высоте 1 м, в то время, как сепаратор дистиллятора-прототипа должен иметь диаметр 2,3-2,6 м при высоте

2,8-3,2 м.

Как видно из вьппеизложенного, вновь введенные конструктивные элементы отдельных узлов дистиллятора (днища, теплообменных трубок, сепаратора) не дают желаемого результата при-их раздельном использовании, так как предыдущая зона теплообмена (количество выделяющихся паров, скорость их движения, интенсивность процесса теплообмена) влияет на последнюю, вызывая дополнительную интенсификацию теплообмена. Именно совокупность всех элементов позволяет обеспечить описанную органиэацию движения Лаз, достичь необходимых скоростей и ударных потоков, уменьшить температуры обработки мисцеллы с увеличением ее концентрации.

По сравнению с прототипом предложенныи дистиллятор масляных мисцелл обладает большей удельной производительностью и интенсивностью процесса теплообмена эа счет больших скоростей движения мисцеллы и использования ударных потоков. В нем по мере увеличения концентрации мисцеллы уменьшается температура ее обработки, что исключает пригорание и пережигание масла. Кроме того, он может быть использован в линиях прямой экстракции масла из семян, что ускорит внедрение последних в промьппленность»

828463

Г-Г фиг,l

Составитель А.Тарасов

Редактор Л.Утехина Техред И.Надь Корректор В.ярняк

Заказ 5965/3 Тираж 658 Лодпис кое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва) Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 г