ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ Российский патент 1997 года по МПК B01D11/00 

Тепломассообменный аппарат относится к области аппаратурного оформления процессов тепломассообмена в системах жидкость-жидкость, жидкость-твердое и может найти применение в химической, нефтехимической, фармацевтической, пищевой и др. отраслях промышленности.

Известна установка для непрерывного разделения жидкой и твердой фаз и промывки твердой фазы.

Известная установка содержит корпус, крышку, цилиндрическое фильтровальное устройство, разъемно соединенное и размещенное между корпусом и крышкой и которое сообщается с полостью корпуса несколькими окнами, обеспечивающими перенос веществ. Вдоль оси расположен вал с закрепленными на нем мешалками, нижние из которых перемешивающие, а верхние очищающие фильтровальный элемент. Шнек для удаления твердого вещества расположенные в полости корпуса и сообщается с ней через выходной патрубок с регулируемым сечением.

Основным недостатком известной установки является невозможность проведения в ней различных процессов, в частности отделения жидкой фазы от твердой фазы во всем рабочем объеме аппарата, отделения паровой фазы (отгонки), промывки твердой фазы по способу вытеснения.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эффективности и обеспечение надежности работы аппарата при проведении в нем различных тепломассообменных процессов.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом авторами тепломассообменном аппарате, включающем корпус, верхней и нижней фильтровальные устройства, разъемно соединенные с корпусом, вал с мешалками, крышку, патрубки ввода и вывода жидких компонентов, патрубок вывода твердого компонента с регулируемым сечением, дно, шнек удаления твердого компонента, установлен лепестковый радиатор, три горизонтальные вала с мешалками и вентиляционные коллекторы, при этом лепестковый радиатор расположен вдоль горизонтальной оси аппарата и соединен с полостью терморубашки, смонтированной на корпусе, внутренние стенки которого имеют равномерно расположенные плоские сегменты, валы с мешалками расположены вокруг лепесткового радиатора и попарно параллельны друг другу, вентиляционные коллекторы, имеющие рубашку, смонтированные вдоль продольных сквозных пазов, выполненных в крышке, с внутренней стороны которой закреплен ороситель, являющийся одновременно упором для верхнего фильтровального устройства, а дно выполнено профильным и двойным, верхнее из которых одновременно является нижним фильтровальным устройством, вдоль оси которого расположен шнек удаления твердого компонента.

На фиг.1 представлен тепломассообменный аппарат вид спереди с частичным вырывом, на фиг.2 представлен разрез по А-А.

Предлагаемый авторами тепломассообменный аппарат состоит из корпуса 1 с наружной терморубашкой 2 и с внутренним радиатором 3, на котором жестко закреплены плоские профильные лепестки 4. Продольные стенки корпуса выполнены с плоскими, равномерно расположенными сегментами 5. Плоские лепестки 4 и сегменты 5 предназначены для увеличения поверхности нагрева (охлаждения) с целью обеспечения необходимого температурного режима по всему объему рабочей зоны аппарата. В корпусе смонтированы четыре горизонтальных вала 6 с закрепленными на них мешалками 7, причем лопасти мешалок поочередно чередуются с лепестками радиатора и сегментами корпуса, а валы параллельны друг другу. Внутри корпуса разъемно закреплено "верхнее фильтровальное устройство" 8. Сверху корпус закрыт крышкой 9, имеющей сквозные продольные пазы 10, вдоль которых жестко закреплены вентиляционные коллекторы 11, снабженные рубашкой 12, предназначенные для удаления паров рабочих жидкостей. С внутренней стороны к крышке 9 прикреплен ороситель 13, который служит одновременно упором для верхнего фильтровального элемента 8, предотвращающим его от выпучивания в случае работы аппарата под давлением. Крышка снабжена также патрубком 14 и люком 15. Дно корпуса выполнено двойным, нижнее из которых 16 сплошное и жестко соединено с корпусом, а верхнее дно 17 профильное, разъемно закреплено с корпусом, является одновременно нижним фильтровальным устройством 17. Верхние 8 и нижние 17 фильтровальные устройства делят внутреннюю полость аппарата на две зоны: рабочую 18, расположенную между фильтровальными устройствами 8 и 17 и зону чистого фильтрата 19, 20. В нижней части рабочей зоны аппарата смонтирован горизонтальный шнек 21, выполненный с противоположным направлением витков, и предназначенный для вывода твердого компонента из аппарата в двух направлениях через выгрузочные патрубки 22 с регулируемым сечением.

Патрубок 23 предназначен для вывода чистого жидкого компонента, патрубки 24 для ввода промывного или замещающего жидкого компонента, патрубок 25 для вывода фильтрата (либо др. вытесненной жидкости, в зависимости от вида проводимого процесса), 26 патрубок ввода промывного жидкого компонента 27 - 28 соответственно ввода и вывода тепло-хладоагента.

Предложенный тепломассообменный аппарат работает следующим образом.

Суспензия, подвергаемая обработке, подается в рабочую зону аппарата 18 через патрубок 14, при этом избыток жидкого компонента выводится через нижнее фильтровальное устройство 17 в зону чистого фильтрата 19, а из него выводится через патрубок 23. Затем аппарат через патрубок 26 подается промывной или замещенный жидкий компонент, который одновременно может являться экстрагентом. Осуществляется процесс промывки твердого компонента или вытеснения рабочего жидкого компонента. Для полного замещения первоначального жидкого компонента (т. е. жидкого компонента исходной суспензии) или для экстракции вещества, являющегося компонентом или примесью обрабатываемого твердого компонента, производят подогрев содержимого рабочей зоны 18 аппарата подачей теплоносителей через патрубок 27 в наружную терморубашку 2 и соответственно в лепестковый радиатор 3 с одновременным включением в работу валов 6 с мешалками 7.

Благодаря наличию сегментов 5 и плоских лепестков 4 резко возрастает эффективность теплопередачи и обеспечения необходимого температурного режима по всему объему рабочей зоны 18. При этом экстракт или сорбированная твердым компонентом жидкость выводится через нижнее фильтрующее устройство 17 в зону чистого фильтрата 19, а из него выводится через патрубок 23, оставшуюся в материале часть рабочего жидкого компонента удаляют отгонкой при подаче в наружную терморубашку 2 и лепестковый радиатор 3 теплоносителя с соответствующей температурой при работающих валах 6 с мешалками 7. Паровая фаза при этом отводится через сквозные продольные пазы 10 и коллекторы 11, которые обогреваются теплоносителем, подаваемым в рубашку 12, во избежание частичной конденсации паров непосредственно в коллекторе и стекания конденсата обратно в аппарат. При технической необходимости жидкий компонент подают в ороситель 13 через патрубок 26. Обработанный твердый компонент выгружают из аппарата посредством шнека 21 при работающих валах 6 с мешалками 7 через выгрузочные патрубки 22. Благодаря тому, что шнек 21 выполнен с противоположным направлением витков процесс выгрузки осуществляется в двух направлениях через два выгрузочных патрубка 22. Если в аппарате необходимо осуществить процесс замещения несмешивающихся жидкостей, то вытесняющую рабочую жидкость подают через патрубки 24, а вытесненная жидкость, пройдя верхнее фильтровальное устройство 8, выводится из зоны чистого фильтрата 20 через патрубок 25.

Наличие четырех горизонтальных валов 6 с мешалками 7, расположенных попарно обеспечивает равномерное распределение компонентов, как жидкого, так и твердого, по всему рабочему объему 18 аппарата, причем верхняя пара валов с мешалками не только перемешивает содержимое в аппарате, но и одновременно очищает верхнее фильтровальное устройство 8, исключая при этом возможность его забивки, а нижняя пара валов с мешалками тоже перемешивает содержимое рабочей зоны аппарата, одновременно очищает нижнее фильтровальное устройство и направляет твердый компонент к шнеку. Увеличение количества валов (например 5 или 6) приведет к подизмельчению твердого компонента, что нежелательно, а уменьшение их количества (например до 3) не обеспечит равномерного распределения компонентов по всему рабочему объему 18 аппарата, а также очистку фильтровальных устройств.

Тепломассообменный аппарат снабжен системой автоматического контроля за параметрами технологического режима. При работе с горючим материалом в экстремальной ситуации автоматически в ороситель 13 и патрубки 23, 24, 25, 26 подается жидкость, а в наружную терморубашку 2 и лепестковый радиатор 3 подается хладоагент. При работе с легкокипящими рабочими жидкостями аппарат надежно герметичен. При снижении эффективности фильтрования, что автоматически фиксируется по повышению давления, вследствие частичной забивки фильтровального устройства, очистку его осуществляют обратным током подавая промывной жидкой компонент в патрубки 23, 24, 25, 26 (в зависимости от того, какое фильтровальное устройство 8 или 17 необходимо очистить).

Таким образом, предложенный тепломассообменный аппарат безопасен и надежен в работе, и позволяет осуществлять в нем широкий спектр процессов массо-теплообмена, а именно: процессы разделения твердой и жидкой фазы, промывку твердой фазы, замещение жидкой фаз, экстракцию, сушку.

Использование: в области аппаратурного оформления процессов тепломассообмена в системах жидкость-жидкость, жидкость-твердое в химической, нефтехимической, фармацевтической, пищевой и др. отраслях промышленности. Сущность изобретения: тепломассообменный аппарат включает корпус, фильтровальные устройства, разъемно закрепленные с корпусом, крышку, патрубки ввода и вывода компонентов, дно, вал с мешалками, шнек удаления твердого компонента. Аппарат дополнительно снабжен лепестковым радиатором, горизонтальными валами с мешалками и вентиляционными коллекторами. Лепестковый радиатор расположен вдоль оси аппарата и соединен с полостью терморубашки, смонтированной на корпусе, внутренние стенки которого имеют равномерно расположенные плоские сегменты. Валы с мешалками расположены вокруг лепесткового радиатора и попарнопараллельны друг другу. Вентиляционные коллекторы, имеющие рубашку, смонтированы вдоль продольных сквозных пазов, выполненных в крышке, с внутренней стороны которой закреплен ороситель, являющийся одновременно упором для верхнего фильтровального устройства, а дно выполнено профильным и двойным, верхнее из которых одновременно является нижним фильтровальным устройством, вдоль оси которого расположен шнек. Предложенный тепломассообменный аппарат универсален тем, что в нем можно осуществлять спектр массообменных процессов, сопровождаемых с выделением или с поглощением тепла, а именно: фильтрование, промывку, экстракцию, замещение, сушку. 2 ил.

Тепломассообменный аппарат, включающий корпус, фильтровальное устройство, разъемно закрепленное с корпусом, крышку, патрубки для ввода и вывода жидких компонентов, патрубок вывода твердого компонента с регулируемым сечением, дно, вал с мешалками, шнек удаления твердого компонента, отличающийся тем, что аппарат дополнительно снабжен лепестковым радиатором, тремя горизонтальными валами с мешалками и вентиляционными коллекторами, при этом лепестковый радиатор расположен вдоль горизонтальной оси аппарата и соединен с полостью терморубашки, смонтированной на корпусе, внутренние стенки которого имеют равномерно расположенные плоские сегменты, валы с мешалками расположены вокруг лепесткового радиатора и попарно параллельны друг другу, вентиляционные коллекторы, имеющие рубашку, смонтированы вдоль продольных сквозных пазов, выполненных в крышке, с внутренней стороны которой закреплен ороситель, являющийся одновременно упором для верхнего фильтровального устройства, а дно выполнено профильным и двойным, верхнее из которых одновременно является нижним фильтровальным устройством, вдоль продольной оси которого расположен шнек.