ВЫПАРНОЙ АППАРАТ ДЛЯ СОЛЕСОДЕРЖАЩИХ РАСТВОРОВ Российский патент 1995 года по МПК B01D1/12 

Изобретение относится к выпарным аппаратам для упаривания солесодержащих растворов, применяемым в химической, пищевой, металлургической и других отраслях промышленности, в том числе для финишной обработки продуктов мембранного разделения.

Известен выпарной аппарат для солесодержащих растворов, содержащий греющую камеру, трубу вскипания, сепаратор, обратную циркуляционную трубу, установленный перед входом в нее отбойник комков кристаллов, размещенный вдоль днища и примыкающий к стенке сепаратора с образованием приемной камеры для отвода раствора. [1]
Однако такое устройство характеризуется недостаточным отбором кристаллов, обусловленным тем, что образование кристаллов происходит в общем объеме с сепаратором пара и все не успевшие осесть на дно емкости кристаллы захватываются потоком циркулирующей жидкости и выносятся в греющую камеру, в которой под действием подводимого тепла вновь растворяются. Вследствие этого в растворе не успевают образовываться крупные кристаллы и выпарное устройство работает неэффективно.

Частично этот недостаток устранен в выпарном аппарате для солесодержащих растворов, содержащем трубчатые вертикальные греющие камеры с восходящим и нисходящим потоками упариваемого раствора, трубу вскипания, циркуляционные трубы, циркуляционный насос, сепаратор, соединенный с промежуточной емкостью для отбора готового продукта посредством переточной трубы, снабженной завихрителем упаренного раствора, выполненным в виде вертикальных лопастей, установленных на горизонтальном диске под переточной трубой, а труба слива осветленного раствора соединена с циркуляционной трубой перед греющей камерой нисходящего потока раствора [2]
Такое устройство характеризуется повышенными габаритами и материалоемкостью из-за необходимости выполнения греющей камеры с восходящим потоком упариваемого раствора с высотой, обеспечивающей создание гидростатического давления, исключающего вскипание раствора в греющей камере, и недостаточным выходом кристаллов из упаренного раствора из-за отсутствия отвода тепла в кристаллизаторе. Завихритель в виде лопастей, закрепленных на диске, не позволяет создать высокие скорости в кристаллизаторе из-за отсутствия напора на выходе из завихрителя, обусловленного малой величиной гидродинамического сопротивления, малая скорость истечения не позволяет отбрасывать к стенке корпуса мелкие кристаллы соли.

Задачей изобретения является уменьшение габаритов и материалоемкости устройства и более полное удаление кристаллов солей из упаренного раствора.

Поставленная задача достигается тем, что в выпарной аппарат для солесодержащих растворов, содержащий циркуляционный насос, трубчатые вертикальные греющие камеры с восходящим и нисходящим потоками упариваемого раствора, трубу вскипания, циркуляционные трубы, сепаратор, соединенный с промежуточной емкостью для отбора готового продукта переточной трубой, нижний конец которой снабжен завихрителем упаренного раствора и расположен в промежуточной емкости, и трубу слива осветленного раствора из промежуточной емкости, согласно изобретению снабжен дросселирующей шайбой, установленной на выходе греющей камеры восходящего потока, при этом промежуточная емкость имеет охлаждающую рубашку, а завихритель выполнен в виде цилиндра со сферическим днищем, обращенным выпуклостью вверх, боковые стенки которого имеют окна, труба слива осветленного раствора соединена с корпусом промежуточной емкости тангенциально, а окна завихрителя выполнены в виде надрезов с отгибами С-образной формы, ориентированными внутрь цилиндра по ходу потока.

Снабжение выпарного аппарата дросселирующей шайбой, установленной на выходе греющей камеры восходящего потока, обеспечивает создание повышенного давления в греющей камере за счет подпора перед дросселирующей шайбой и более интенсивное вскипание перегретой жидкости в трубе за счет резкого падения давления, что позволяет уменьшить высоту и массу греющей камеры восходящего потока и всей установки в целом.

Выполнение промежуточной емкости с охлаждающей рубашкой позволяет осуществлять предварительный нагрев исходного упариваемого раствора, тем самым снижая энергопотребление, и регулировать процесс кристаллизации упаренного раствора путем изменения количества исходного, обеспечивая более полное удаление кристаллов соли.

Выполнение завихрителя в виде цилиндра со сферическим днищем, обращенным выпуклостью вверх, боковые стенки которого имеют окна, обеспечивает создание напора на выходе из окон и вытекание жидкости из завихрителя со скоростью, обеспечивающей закрутку потока, движущегося вдоль охлаждаемой стенки завихрителя, при остановке устройства за счет конфигурации днища обеспечивается также полное удаление упаренного раствора из завихрителя. Так как процесс кристаллизации происходит в зоне интенсивного отвода тепла в присутствии затравочного материала мелких кристаллов солей, то при этом достигается более полное высаживание кристаллов.

Соединение трубы слива осветленного раствора с корпусом промежуточной емкости тангенциально позволяет увеличить степень закрутки потока в кристаллизаторе и осаждение кристаллов из упаренного раствора.

Выполнение окон завихрителя в виде надрезов с отгибами С-образной формы, ориентированными внутрь цилиндра по ходу потока, обеспечивает образование вертикальных щелей истечения упариваемого раствора, ширину которых можно легко регулировать в процессе изготовления или наладки для жидкостей с различными физическими характеристиками растворов. Такая конструкция проста в изготовлении и обеспечивает формирование потока вдоль охлаждаемой стенки кристаллизатора, что способствует интенсификации отбора кристаллов из раствора.

На фиг. 1 изображен выпарной аппарат, общий вид; на фиг.2 то же, вид сверху (по стрелке А на фиг.1); на фиг.3 сечение промежуточной емкости для отбора готового продукта (сечение Б-Б на фиг.1); на фиг.4 сечение завихрителя упаренного продукта (сечение В-В на фиг.3).

Выпарной аппарат содержит греющую камеру 1 нисходящего потока, греющую камеру 2 восходящего потока, трубу вскипания 3, сепаратор 4, циркуляционный насос 5, промежуточную емкость-кристаллизатор 6, встроенную в промежуточную емкость переточную трубу 7, трубу слива осветленного раствора 8, присоединенную к корпусу промежуточной емкости 6 тангенциально, циркуляционную трубу 9 перед греющей камерой для нисходящего потока, циркуляционную трубу 10 после греющей камеры для нисходящего потока, заглушку-шайбу 11 завихрителя 12 со сферическим днищем 13, боковые стенки которого снабжены С-образными надрезами 14, отогнутыми в тангенциальной плоскости. Корпус промежуточной емкости-кристаллизатора 6 снабжен рубашкой охлаждения 15 с патрубком подачи выпариваемой жидкости на упаривание 16 и патрубком отвода подогретого раствора 17, соединенным с патрубком 18 подачи его в рециркуляционный контур. Между трубой вскипания 3 и греющей камерой восходящего потока 2 установлена дросселирующая шайба 19.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Исходный раствор через патрубок 16 подается в рубашку охлаждения 15, подогревается, отбирая тепло от суспензии, находящейся в промежуточной емкости-кристаллизаторе 6, и из патрубка 17 через патрубок 18 подается на вход насоса 5, с помощью которого циркулирует по замкнутому контуру, включающему греющую камеру 1 для нисходящего потока раствора, циркуляционные трубы 9, 10, циркуляционный насос 5, греющую камеру 2 для восходящего потока раствора, в верхней части которой установлена дросселирующая шайба 19, трубу вскипания 3 и сепаратор 4. На выходе из дросселирующей шайбы 19 перегретая жидкость вскипает за счет резкого падения давления, пар через верхний патрубок сепаратора 4 удаляется из аппарата, а часть циркулирующего раствора из сепаратора 4 по переточной трубе 7 через завихритель 12 поступает в промежуточную емкость 6, сообщая вращательное движение находящейся там суспензии. В результате, за счет центробежного эффекта, крупные кристаллы соли прижимаются к охлаждаемой внутренней поверхности корпуса промежуточной емкости 6, а затем оседают в нижнюю коническую часть, откуда продукционная суспензия выводится на разделение. Поскольку мелкие кристаллы соли менее подвержены центробежному эффекту, то они находятся во взвешенном состоянии. Осветленный раствор захватывает их в верхнюю часть промежуточной емкости 6 и по трубе слива осветленного раствора 8 раствор поступает в циркуляционную трубу 9 перед греющей камерой 1 нисходящего потока. Тангенциальное соединение трубы слива осветленного раствора 8 с емкостью 6 обеспечивает дополнительную закрутку потока в емкости-кристаллизаторе 6. При прекращении работы насос 5 отключается и суспензия через нижний патрубок 17 выливается из промежуточной емкости-кристаллизатора 6. Благодаря сферической форме днища достигается одновременное и полное опорожнение полости завихрителя через С-образные окна, исключая образование в них солевой пробки.

Благодаря установке дросселирующей шайбы 19 на входе в сепаратор достигается более интенсивное вскипание жидкости, что позволяет уменьшить высоту и массу теплообменника восходящего потока, за счет изменения конструкции кристаллизатора достигается более эффективное удаление кристаллов солей, что позволяет обрабатывать концентрат, получаемый при мембранном разделении растворов.

Использование: выпарные аппараты для управления солесодержащих растворов, применяемые в химической, пищевой, металлургической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: аппарат содержит греющую камеру 1 нисходящего потока, греющую камеру 2 восходящего потока, трубу вскипания 3, сепаратор 4, циркуляционный насос 5, промежуточную емкость кристаллизатор 6. В емкости 6 расположен конец переточной трубы, нижний конец которой снабжен завихрителем упаренного раствора, выполненным в виде цилиндра со сферическим днищем, обращенным выпуклостью вверх, боковые стенки которого имеют окна. Эти окна выполнены в виде надрезов с отгибами С-образной формы, ориентированными внутрь цилиндра по ходу потока. На выходе камеры 2 установлена дросселирующая шайба 19. Промежуточная емкость 6 имеет охлаждающую рубашку. Предложенный аппарат обеспечивает уменьшение габаритов и материалоемкости устройства и более полное удаление кристаллов солей из упаренного раствора. 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. ВЫПАРНОЙ АППАРАТ ДЛЯ СОЛЕСОДЕРЖАЩИХ РАСТВОРОВ, содержащий циркуляционный насос, трубчатые вертикальные греющие камеры с восходящим и нисходящим потоками упариваемого раствора, трубу вскипания, циркуляционные трубы, сепаратор, соединенный с промежуточной емкостью для отбора готового продукта переточной трубой, нижний конец которой снабжен завихрителем упаренного раствора и расположен в промежуточной емкости, и трубу слива осветленного раствора из промежуточной емкости, отличающийся тем, что он снабжен дросселирующей шайбой, установленной на выходе греющей камеры восходящего потока, при этом промежуточная емкость имеет охлаждающую рубашку, а завихритель выполнен в виде цилиндра со сферическим днищем, обращенным выпуклостью вверх, боковые стенки которого имеют окна. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что труба слива осветленного раствора соединена с корпусом промежуточной емкости тангенциально. 3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что окна завихрителя выполнены в виде надрезов с отгибами С-образной формы, ориентированными внутрь цилиндра по ходу потока.