МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ ДИСТИЛЛЯЦИОННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1997 года по МПК B01D1/26 C02F1/04 

Изобретение относится к выпарной технике, а именно к многоступенчатым термическим дистилляционным опреснительным установкам, и может быть использовано для производства особо чистой воды в фармацевтической, биотехнической, электронной, химической и других отраслях промышленности.

Создание многоступенчатых дистилляционных установок для получения особо чистой воды является актуальной задачей, важность которой обусловлена тем, что отечественная промышленность таких установок не производит. Это является одной из причин дефицита в стране отечественных лекарственных препаратов. Приходится закупать установки для получения особо чистой воды за рубежом, на что затрачиваются немалые валютные средства.

Положение усугубляется еще и тем, что зарубежные установки требуют применять в качестве питательной предварительно обессоленную воду, что обусловливает необходимость дополнительного сооружения обессоливающих установок, чаще всего ионообменных, весьма нежелательных с точки зрения экологии. Отличительная особенность предлагаемого технического решения - возможность применения для питания многоступенчатой дистилляционной установки природной воды без ее предварительного умягчения. При этом гарантируется получение особо чистой, в том числе биологически стерильной (апирогенной) воды.

Наиболее близкой к заявляемой многоступенчатая медицинская дистилляционная установка "Финн-Аква", предназначенная для производства стерильной воды без примесей пирогенных включений, содержащая в каждой ступени вертикальный испаритель с падающей пленкой жидкости, регенеративный подогреватель, встроенный в испаритель центробежный каплеуловитель, трубопроводы и патрубки, оснащенная конденсатором, причем патрубок ввода в установку питательной обессоленной воды, соответствующей требованиям фармакопеи США и Европы, соединен через конденсатор и все регенеративные подогреватели с патрубком ввода питательной обессоленной воды и испаритель первой по ходу пара степени. Испаритель и концентрируясь обессоленная вода за счет перепада давлений между ступенями проходит через греющие трубы испарителей во всех ступеней и выводится из установки через патрубок испарителя последней ступени. Трубопровод греющего пара от внешнего источника соединен с патрубком межтрубного пространства испарителя только первой ступени. Остальные испарители обогреваются вторичными парами испарителей предыдущих ступеней. В кольцевом канале между кожухом греющей камеры и корпусом каждого испарителя установлен встроенный центробежный каплеуловитель, причем вторичный пар, образовавшийся в греющих трубах, проходит через каплеуловитель снизу, и очищаясь рот примесей и пирогенов, под действием центробежной силы выходит из кольцевого канала через верхний патрубок в следующий испаритель. Дистиллят очищенного пара является готовым продуктом - стерильной апирогенной водой, он проходит за счет разности давлений через испарители и подогреватели второй и последующих ступеней и через конденсатор выводится при 97^oC в хранилище готового продукта. Конденсат греющего пара через патрубки испарителя и подогревателя первой ступени возвращается в котельную.

Недостатком установки является обязательное требование применения обессоленной воды в качестве питательной.

Питание установки природной водой недопустимо, т.к. не позволит получить биологически чистую (апирогенную) воду, соответствующую требованиям и избежать накипи, особенно при нагревании воды до 160^oC. Другим недостатком является применение встроенных в испаритель центробежных каплеуловителей с восходящим потоком очищаемого вторичного пара, что при прочих равных условиях приводит к увеличению диаметра каплеуловителя, уменьшению центробежных сил и менее эффективному отводу из сепарируемого пара примесей и пирогенов.

Основная задача изобретения создание многоступенчатой дистилляционной установки для получения особо чистой, в том числе апирогенной воды, путем ее термической обработки при температуре не менее 160^o в одном агрегате при питании его природной водой, а также повышение надежности работы установки при снижении энергетических и эксплуатационных затрат.

Дополнительная задача повышение эффективности и надежности каплеуловителей для очистки вторичного пара, поступающего в испаритель, из межтрубного пространства которых выводится апирогенная вода.

Основная поставленная задача достигается тем, что многоступенчатая дистилляционная установка, содержащая в каждой ступени трубопроводы и патрубки, оснащенная конденсатором, причем патрубок вывода обессоленной воды из регенеративного подогревателя первой ступени соединен с патрубком ввода обессоленной воды в испаритель первой по ходу пара ступени, а трубопровод ввода греющего пара с патрубком греющего пара испарителя этой же ступени, отличающаяся тем, что конденсатор, соединенный трубопроводом вторичного пара с испарителем последней ступени, снабжен патрубком ввода питательной природной воды, испаритель последней ступени снабжен патрубком вывода сконцентрированной природной воды, испаритель ступени, оборудованной регенеративным подогревателем, оснащенным патрубком ввода обессоленной воды из испарителя последней ступени, снабжен патрубком вывода сконцентрированной обессоленной воды, испаритель, расположенный после ступени, в которой испаритель снабжен патрубком вывода сконцентрированной обессоленной воды, оснащен патрубками ввода через конденсатор и регенеративные подогреватели питательной природной воды и вывода особо чистой воды, патрубки вторичного пара испарителей ступеней, снабженных патрубками ввода питательной обессоленной воды, соединены с верхними патрубками выносных каплеуловителей, и нижние патрубки которых соединены с патрубками ввода очищенного пара в испаритель следующей по ходу пара ступени, испарители, снабженные патрубками ввода питательной природной воды, оснащены встроенными каплеуловителями.

Дополнительная задача достигается конструктивным исполнением центробежных каплеуловителей, которые в отличие от прототипа выполнены выносными и представляет собой цилиндрический корпус со вставленным в нее завихрителем в виде шнека, причем вход в каплеуловитель очищаемого пара осуществлен через патрубок, расположенных над завихрителем, а вывод через патрубок, расположенный под завихрителем. Такое техническое решение позволяет уменьшить диаметр каплеуловителя, увеличить центробежные силы и осуществить нисходящие движение очищаемого пара вместо восходящего в прототипе.

В результате при прочих равных условиях осуществляется более эффективный отвод из пара капель и включений в том числе пирогенов, увеличивается степень очистки пара и улучшается качество продукта особо чистой или биологически чистой воды.

На фигуре показана предлагаемая установка. Изображено шесть ступеней, но их число может быть и больше. Под ступенью понимается совокупность устройств, испарителя, регенеративного подогревателя, каплеуловителя, трубопроводов и патрубков.

Многоступенчатая дистилляционная установка содержит пленочные испарители 1 3 природной воды, пленочные испарители 4 6 обессоленной воды, регенеративные подогреватели 7 9 природной воды, регенеративные подогреватели 10 12 обессоленной воды, конденсатор 13, выносные каплеуловители 14, встроенные каплеуловители 15, трубопроводы питательной природной воды 16, сконцентрированной природной воды 17, питательной обессоленной воды 18, сконцентрированной обессоленной воды 19, особо чистой воды 20, греющего пара 21 от внешнего источника, конденсата греющего пара 22, вторичного пара 23, патрубки ввода питательной природной воды 24, в конденсатор 13 ввода питательной природной воды 25 в испаритель 1, питательной природной воды 26 и испарители 2 и 3, вывода сконцентрированной природной воды 27, ввода питательной обессоленной воды 28 в регенеративный подогреватель 10, вывода питательной обессоленной воды 29 из регенеративного подогревателя 12, ввода питательной обессоленной воды 30 в испаритель 4, вывода сконцентрированной обессоленной воды 31, вывода особо чистой воды 32, ввода греющего пара 33 в испаритель 4, ввода вторичного пара 34 в испарители 5, 6, 1 выводы вторичного пара 35 из испарителей 4 6, ввода вторичного пара 36 в выносные каплеуловители 14, вывода очищенного пара 37.

Установка работает следующим образом.

Трубопровод греющего пара 21 от внешнего источника соединен с патрубком 33 межтрубного пространства испарителя 4 только первой ступени. Остальные испарители 5, 6, 1 3 обогреваются вторичным паром предыдущих испарителей. Конденсат греющего пара по трубопроводу 22 возвращается к внешнему источнику.

Конденсатор 13 снабжен патрубком 24 ввода питательной природной воды, которая через теплообменные трубы конденсатора 13 и регенеративных подогревателей 7 9 подается в испаритель 1, расположенный после ступени, в которой испаритель 6 снабжен патрубком 31 вывода сконцентрированной обессоленной воды. Испаряясь и концентрируясь питательная природная вода за счет перепада давлений между ступенями из испарителя 1 проходит через греющие трубы следующих испарителей 2 и 3. Испаритель 2 последней ступени снабжен патрубком 27 вывода из установки сконцентрированной природной воды. Образовавшейся из природной воды в испарителях 1 3 вторичный пар очищается от капель и включений во встроенных, например, жалюзийных, каплеуловителях 15 и конденсируется в межтрубном пространстве испарителей 2, 3 (начиная с испарителя 2, расположенного после испарителя 1, снабженного патрубком 25 ввода питательной природной воды), подогревателей 7 9 и конденсатора 13. Дистиллят этого пара является обессоленной водой, пригодной для получения из нее особо чистой воды. Полученная, таким образом, в испарителях 2, 3 регенеративных подогревателях 7 9 и конденсаторе 13 питательная обессоленная вода подается из испарителя 3 подогревателя 7 9 и конденсатора 13 через теплообменные трубы подогревателей 10 12 в патрубок 30 испарителя 4 первой ступени и под действием перепада давлений между ступенями проходит через теплообменные трубы испарителей 4 6. Сконцентрированная в необходимое число раз обессоленная вода выводится из испарителя 6 ступени, оборудованной подогревателем 10, оснащенным патрубком 28 ввода питательной обессоленной воды. Образовавшийся при испарении обессоленной воды в испарителях 4 6 вторичной пар проходит через выносные каплеуловители 14, причем вторичный пар входит в них через верхние патрубки 36, а выходит через нижние патрубки 37, что обеспечивает, во-первых, возможность уменьшения диаметра каплеуловителя (в сравнении со встроенным каплеуловителем про прототипу), и во-вторых, нисходящее движение очищаемого вторичного пара. Такие технические решения позволяют увеличить, при прочих равных условиях, центробежные силы, улучшить условия отделения капель и включений и повысить эффективность каплеуловителей. Очищенный пар конденсируется в межтрубном пространстве испарителей 5, 6, 1 второй и последующих ступеней при температурах 160 100^o. Дистиллят этого пара является готовым продуктом особо чистой, апирогенной водой (соответствующей требованиям фармакопейной статьи России ФС 42-2620-89) и выводится в хранилище из испарителя 1, расположенного после ступени, в которой испаритель 6 снабжен патрубком 31 вывода сконцентрированной обессоленной воды, и регенеративного подогревателя 10.

Впервые в России предлагается многоступенчатая дистилляционная установка, позволяющая получить особо чистую, в том числе апирогенную воду непосредственно из природной воды.

Заявляемое изобретение в зависимости от предъявляемых к воде требований может быть широко использовано в медицинской, фармацевтической, биотехнической, химической, электронной и других отраслях промышленности и поэтому отвечает критерию изобретения промышленно применимое.

Использование предлагаемой установки позволяет по сравнению с прототипом получить следующие технико-экономические преимущества,
получить особо чистую воду из природной воды без строительства специальной установки для получения обессоленной воды соответствующего качества, необходимой для питания установки по прототипу,
повысить надежность, экономичность, эффективность установки и снизить ее материалоемкость,
повысить степень очистки пара и качество продукта за счет применения выносных центробежных каплеуловителей меньшего диаметра с нисходящим движением очищаемого пара,
освоить производство отечественных установок для получения особо чистой воды и освободиться от импорта менее надежных и более дорогих зарубежных установок.

Заявляемая установка является экологически чистой, т.к. все воды, выводимые из нее, используются в промышленности:
особа чистая вода в медицине для внутримышечных инъекций, в фармацевтической и биотехнической для приготовления лекарственных препаратов, в электронной в производстве полупроводников,
сконцентрированная обессоленная вода для подпитки котлов, мытья посуды на другие технологические нужды, сконцентрированная природная вода - для промывки оборудования и на другие технологические нужды, или в химической промышленности для переработки на дистиллят и солепродукты. Очищенный вторичный пар, преимущественно первого корпуса, может использоваться для стерилизации элементов установки и другого оборудования.

Использование: производство особо чистой воды в фармацевтической, биотехнической, электронной, химической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: многоступенчатая дистилляционная установка содержит в каждой ступени пленочный испаритель, регенеративный подогреватель, каплеуловитель, трубопроводы и патрубки, оснащена конденсатором, причем патрубок вывода питательной обессоленной воды из регенеративного подогревателя первой ступени соединен с патрубком ввода питательной обессоленной воды в испаритель первой по ходу пара ступени, а трубопровод ввода греющего пара от внешнего источника - с патрубком греющего пара испарителя этой же ступени. Установка отличается тем, что конденсатор, соединенный трубопроводом вторичного пара с испарителем последней ступени, снабжен патрубком ввода питательной природной воды, испаритель последней ступени снабжен патрубком ввода сконцентрированной природной воды; испаритель ступени, оборудованной регенеративным подогревателем, оснащенным патрубком ввода питательной обессоленной воды из испарителя последней ступени, снабжен патрубком вывода сконцентрированной обессоленной воды, испаритель, расположенный после ступени, в которой испаритель снабжен патрубком вывода сконцентрированной обессоленной воды, оснащен патрубками ввода через конденсатор и регенеративные подогреватели питательной природной воды и вывода особа чистой воды, патрубки вторичного пара испарителей ступеней, снабженных патрубками ввода питательной обессоленной воды, соединены с верхними патрубками выносных каплеуловителей, нижние патрубки которых соединены с патрубками ввода очищенного пара в испаритель следующей по ходу пара ступени, испарители, снабженные патрубками ввода питательной природной воды, оснащены встроенными каплеуловителями. 1 ил.

Многоступенчатая дистилляционная установка для получения особо чистой воды, содержащая в каждой ступени пленочный испаритель, регенеративный подогреватель, каплеуловитель, трубопроводы и патрубки, оснащенная конденсатором, соединенным трубопроводом вторичного пара с испарителем последней ступени, причем патрубок вывода питательной обессоленной воды из регенеративного подогревателя первой ступени соединен с патрубком ввода питательной обессоленной воды в испаритель первой по ходу пара ступени, а трубопровод ввода греющего пара от внешнего источника с патрубком греющего пара испарителя этой же ступени, отличающаяся тем, что конденсатор, соединенный трубопроводом вторичного пара с испарителем последней ступени, снабжен патрубком ввода питательной природной воды, испаритель последней ступени снабжен патрубком вывода сконцентрированной природной воды, испаритель ступени, оборудованной регенеративным подогревателем, оснащенным патрубком ввода питательной обессоленной воды из испарителя последней ступени, снабжен патрубком вывода сконцентрированной обессоленной воды, испаритель, расположенный после ступени, в которой испаритель снабжен патрубком вывода сконцентрированной обессоленной воды, оснащен патрубками ввода через конденсатор и регенеративные подогреватели питательной природной воды и вывода особо чистой воды, патрубки вторичного пара испарителей ступеней, снабженных патрубками ввода питательной обессоленной воды, соединены с верхними патрубками выносных каплеуловителей, нижние патрубки которых соединены с патрубками ввода очищенного пара в испаритель следующей по ходу пара ступени, а испарители, снабженные патрубками ввода питательной природной воды, оснащены встроенными каплеуловителями.