Роторный тепломассообменный аппарат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< 965447 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 06. 08. 73 (21) 1955980/23-26 с присоединением заявки И (23) Приоритет (51)M. Кл.

В 01 0 3/30

3Ьоударственный комитет

СССР по делам нзооретеннй н отнрытнй

Опублнковано 15. 10 82. Бюллетень 1те 38

Дата опубликования описания 15. 10. 82 (53) УДК 66.048 (088 ° 8) А. В. Шафрановский, В. М. Олевский, В. К. Чубуков и 10. А. Басков

ЪМСОН Зí, i (72) Авторы изобретения

Л1 д1 «» тгХН»1,у;.и <-., > 440Tk;g.ю, ». (71) Заявитель (54) РОТОРНЫЙ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ

Изобретение относится к оборудованию для проведения тепломассообменных процессов, протекающих с участием жидкости, например для выпаривания жидкости в пленке, дистилляции, ректификации, химических реакций, соп- ровождающихся выделением тепла, охлаждения и подогрева газов и жидкости, абсорбции, увлажнения газов, и мбжет использоваться для упаривания о и..дистилляции веществ, чувствительных к повышенным температурам, например лактамов, жирных кислот, многоатомных спиртов,этаноламинов, тяжелокипящих эфиров, различных масел, пищевых и фармацевтических продуктов.

Известен роторный тепломассообменный аппарат» включающий корпус, го кольцевые сборники, установленные на корпусе, вал, спиральные отбортованные пластины, закрепленные на валу и образующие контактные ступени и переточные устройства, расположеннье между контактными ступенями 1);

Однако данный аппарат характеризуется сравнительно малой величиной рабочей (греющей или охлаждающей) поверхности,. приходящейся на единиЦу его объема, т.е. недостаточной интенсивностью процесса.

Цель изобретения-- интенсификация процесса.

Поставленная цель достигается

-ем, что спиральные пластины выполнены полыми со спиральными каналами.

Вал тоже выполнен полым и снабжен перегородкой, делящей его на камеры, соединенные между собой спиральными каналами..

Кроме того, аппарат может быть снабжен кольцевыми стаканами, размещенными в центре контактных ступеней и соединенными со спиральными каналами.

С целью уменьшения гидравлического сопротивления в корпус между контактными ступенями могут быть установлены конденсаторы.

С целью уменьшения брызгоуноса, между конденсаторами и контактными ступенями на валу установлены дополнительные спиральные отбортованные пластины.

На фиг. 1 изображен аппарат по первому варианту исполнения, продольный разрез общего вида; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - аппарат по второму варианту исполнения, продольный разрез общего вида; на фиг. 4 — сечение

Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 и 6 - аппарат по третьему варианту исполнения, продольный разрез общего вида.

Первый вариант исполнения аппарата предусматривает обогрев спиральных пластин водяным паром, находящимся под давлением.

Вертикальный корпус с 1 сверху и снизу закрыт крышками 2 и 3. Вал 4 является полым. Он установлен соосно в. подшипниках 5 и 6 и имеет привод от шкива 7. На валу 4 установлены ступени 8, выполненные в виде закрученных вокруг вала полых спиралевидных пластин 9, снабженных Внутренними выступами 10.

Внутри вада 4 соосно установлена герметично закрытая снизу труба 11, которая служит продольной перегородкой, делящей внутреннее пространство вала 4 на наружную кольцевую камеру 12 и внутреннюю центральную камеру 13. Внутренние полости 14 спиральных пластин сообщаются с коль цевой камерой 12 вала на концах пластин 9, связанных с валом непосредственно. Камера 13 вала сообщается с полостью 14 элементов через радиальные трубопроводы 15 и концы элементов 9, лежащие на периферии ступени. На стенке корпуса 1 вокруг орошаемых ступеней 8 укреплены коль» цевые брызгосборники 16 для сбора орошающей жидкости, снабженные сливным отверстием 17 для стока жидкости на нижерасположенный радиальный лоток 18 или патрубком 19 для вывода жидкости из аппарата наружу. Для ввода исходной жидкости на спиральные пластины 9 предназначены радиаль ные трубопроводы 20 со сливными прорезями. Для сообщения жесткости ступеням спиральные пластины 9 дополни-55

В вертикальном корпусе 27 соосно установлен вал 28, на котором размещены ступени с орошаемой поверхностью, выполненной из полых закругленных вокруг вала спиральных пластин

447 ф тельно связаны с валом 4 ребрами жесткости 21. Для выхода пара из аппарата в крышке 2 имеется патрубок 22, Аппарат работает следующим обра5 зом.

Греющий пар под давлением поступает из неподвижного трубопровода 23 через торцовое уплотнение 24 внутрь вращающегося вала 4, поступает в коль10 цевую камеру 12 и заполняет изнутри спиральные пластины 9. Образующийся в полости 14 пластин 9 конденсат под действием центробежных сил и давления пара вытесняется на периферию

15 ступени 8 и затем через радиальные трубопроводы 15 поступает внутрь трубы 11. Далее через верхний конец вращающегося вала 4 конденсат, минуя торцовое уплотнение 25, попада20 ет внутрь неподвижного трубопровода 26. Исходная жидкость подается в аппарат через трубопроводы 20, снаб женные внизу прорезями, через кото. рые жидкость сбрасывается непосредр5 ственно на вращающиеся ступени 8.

При этом жидкость образует непрерывно турбулизуемую пленку на орошаемой поверхности спиральных пластин.

9. Под действием центробежных сил

30 пленка жидкости, испаряясь, перемещается к периферии и сбрасывается на стенки корпуса 1, откуда стекает в кольцевые брызгосборники 16. Через отверстия 17 жидкость перетекает на нижерасположенный лоток 18» который

35 распределяет остаток жидкости на вращающуюся под ним спиральную ступень 8. Жидкость испаряется все больше и небольшой остаток ее сбрасыва

40 ется со ступени в другой карман, из которого она, как кубовой продукт, выводится через патрубок 19. Образующиеся пары движутся в верхнюю часть аппарата, откуда выводятся че45 рез патрубок 22.

Второй вариант исполнения аппарата отличается от первого способом ввода и вывода греющей или охлаждающей среды из внутренней полости спиральных пластин. Этот аппарат предназ начен для проведения химических реакций в пленке, сопровождающихся выделением или поглощением тепла.

965447

Спиральные пластины 29 дополнительно связаны с кольцевым стаканом

30 .с помощью радиальных ребер жесткости 37. Верхний и нижний края 38 пластин 29 отогнуты внутрь аппарата с целью фиксации пленки на элементах

29 при ее течении к периферии аппара35 та под действием центробежных сил.

Работа аппарата в качестве реактора может быть показана на примере реакции перегруппировки циклогексанонаксима в капролактам.

Укаэанная реакция протекает с выделением тепла, причем, если тепло не отводится сразу из реагирующей жидкой смеси, то реакция может протекать слишком бурно и даже со взрывом.

Следовательно, такую реакцию целесообразно проводить в турбулизуемой пленке на охлаждаемой поверхности..

Охлаждающая среда, например холодная. вода, поступает по трубопроводам

56

36 в кольцевые стаканы 30 и движется внутри спиральных пластин 29 под действием центробежных сил при их вращении. Отработанный хладоагент выбрасывается из-пластин 29 через направляющий патрубок 31 в кольцевой брызго-15 сборник 35 и выводится иэ аппарата наружу через, сливной патрубок. Давление внутри аппарата атмосферное.

29. В центре каждой ступени на валу

28 установлен кольцевой стакан 30.

Внутренняя полость стакана 30 сообщается с внутренним пространством спиральных пластин 29 .на их концах, 5 обращенных внутрь аппарата. Наружные концы пластин 29 снабжены направляющими патрубками 31 для выброса жидкости из пластин 29 на стенки корпуса 27.

В пространстве между ступенями размещены связанные с корпусом 27 радиальные лотки .32 и трубопроводы

33 для подачи различных реагентов на спиральные пластины 29. На стенке корпуса 27 вокруг орошаемых ступеней укреплены кольцевые брызго" сборники 34 для сбора жидкости, сбрасываемой с поверхности пластин

29. Кроме того, на корпусе 27 допол- 20 нительно размещены кольцевые брызгосборники 35 для улавливания жидкости, выбрасываемой через патрубки 31 изнутри пластин 29. Для подачи охлаждающей или íàrpeвающей жидкости . 25 в кольцевые стаканы 30 служат радиальные трубопроводы 36.

Концентрированная серная кислота подается в верхнюю часть колонны и перетекает со ступени на ступень по лоткам 32. На ступени по высоте аппарата через трубопроводы 33 подается концентрированный раствор циклогексаноноксима, причем реакция перегруппировки проходит непосредственно на орошаемой поверхности вращающихся пластин 29, где раствор оксима смешивается с серной кислотой. Реакционная жидкая смесь образует пленку на поверхности вращающихся спиральных пластин 29, ограниченной боковыми кромками 38. Эта пленка непрерывно турбулизуется каплями и струями концентрированного раствора оксима, разбрызгиваемого из трубопровода

33 по всему радиусу вращающейся ступени. Пленка движется по спиральной траектории от центра .к периферии аппарата.

Выделяемое в результате реакции тепло отводится от реакционной смеси через стенки пластин 29 холодной водой. С вращающейся ступени реакционная смесь сбрасывается в кольцевой брызгосборник 34, через отверстие в дне кармана сливается на нижерасположенный лоток 32 и с последнего стекает на центральную часть нижерасположенной ступени, на которой смесь дополнительно раэбавляется концентрированной серной кислотой. Из нижней части колонны выводится продукт перегруппировки оксима.

По третьему варианту исполнения аппарат предназначен для выпаривания термолабильных жидкостей.

В горизонтальном корпусе 39 соосно установлен вал 40. На валу- смонтированы ступени с орошаемой поверхностью, выполненной из полых спиральных пластин 41..

Лппарат снабжен крышками 42 и 43, на которых предусмотрены патрубки 44 и-45 для соединения с вакуумными ли-ниями. В центре каждой ступени на валу установлен кольцевой стакан 46 для распределения жидкости на спиральных пластинах 41. Между ступенями размещены трубопроводы 47 для подачи исходной жидкости в стаканы 46 и непосредственно на спиральные пластины 41. В корпусе 39 рядом с ороша-. емыми ступенями размещены неподвижно охлаждаемые поверхности конденсаторов 48. Иежду конденсаторами 48 на

965447 валу 40 установлены сепарируюшие ступени 49, содержащие закрученные вокруг вала спиральные ленты с отогнутыми внутрь аппарата краями.Для сбора неиспарившейся части жидкости с орошаемых ступеней вокруг последних у стенки корпуса размещены связанные с ним кольцевые брыэгосборники 50, снабженные сливными патрубками 51, выведенными наружу через стенку кор- to пуса 39. В корпусе 39 предусмотрены патрубки 52 для вывода дистиллята. Корпус 39 снабжен охлаждающей рубашкой 53.

Исходная жидкость подается на !5 вращающиеся ступени. Образующиеся пары перемещаются в сторону конденсаторов 48. Образующийся конденсат стекает на стенки корпуса 39 и выводится наружу через патрубки 52. Брыз- ро ги жидкости, захваченные парами со ,спиральных пластин 41, улавливаются сепарирующими ступенями 49. Неиспарившийся остаток жидкости, сбрасываемой с орошаемых ступеней, а так- 2g же брызги, осажденные из паров в сепарационных ступенях 49, собирается в кольцевом брызгосборнике 50 и через патрубок 51 выводятся наружу.

Дополнительная конденсация паров происходит на стенках корпуса 639.

Использование вращающихся полых спиральных пластин в тепломассообменном аппарате позволяет развить рабочую поверхность аппарата, причем пленка жидкости на .пластинах допол нительно турбулизуется и перемещается струями и брызгами той же жидкости, выгружаемой из переточных устройств непосредственно на пластины. В, итоге повышается интенсивность тепломассообмена в аппарате. В таких аппатарах можно обеспечить более мягкие условия дистилляции термически нестойких продуктов по сравнению с известными роторными аппаратами при одинаковой с ними производительности за счет снижения температуры теплоносителя в спиральных пластинах, За счет того, что весь поток выпариваемой жидкости движется вдоль небольшого числа сравнительно узких лент, обеспечивается высокая местная плотность орошения обогреваемой поверхности и степень упарки может быть доведена до 95 беэ осмоления продукта.

Формула изобретения

1. Роторный тепломассообменный аппарат, включающий корпус, кольцевые сборники, установленные на корпусе, вал, спиральные отбортованные пластины, закрепленные на валу и образующие контактные ступени, и переточные устройства, расположенные между контактными ступенями, о т л и 4 а ю шийся тем, что, с целью интенсификации процесса, спиральные пластины выполнены полыми со спиральными каналами для циркуляции теплоносителя.

2. Аппарат по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что вал выполнен и снабжен перегородкой, делящей его на камеры, соединенные между собой спиральными каналами.

3. Аппарат по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что он снабжен кольцевыми стаканами, размещенными в центре контактных ступеней и соединенными со спиральными каналами.

4. Аппарат по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью уменьшения гидравлического сопротивления, он снабжен конденсаторами, установленными в корпусе между контактными ступенями °

5. Аппарат по и. 4, о т л и ч а— ю щ и и я .тем, что, с целью уменьшения брызгоуноса он снабжен дополнительными спиральными отбортованными пластинами, установленными между конденсаторами и контактными ступенями на валу.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

У 203621, кл. В 01 О 3/30, 1966. (прототип).

965447

Составитель А. Тарасов

Техред М. Гергель Корректор Л.. Бокшан .

Редактор А. Гулько

Тираж 734 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская «Ьб., д, 4/5

Заказ 7728/4

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4