РОТОРНЫЙ СЕКЦИОННЫЙ ИСПАРИТЕЛЬ Российский патент 1998 года по МПК B01D3/30 

Изобретение относится к конструкциям роторных тепломассообменных аппаратов и может быть использовано в пищевой, химико- фармацевтической, химической и смежных отраслях промышленности при удалении из смесей значительных количеств легколетучего компонента в процессах концентрирования термолабильных веществ.

Наиболее близким по техническому решению является пленочный секционный испаритель, состоящий из нескольких секций небольшой длины, каждая нижерасположенная секция имеет диаметр меньший, чем у верхней секции. Секции состоят из одинаковых элементов - кожух, трубная доска, испарительные трубы с прорезями в верхних концах для распределения жидкости в виде пленки по внутренней поверхности этих труб и пароотводные трубы, расположенные по оси аппарата, причем верхние концы пароотводных труб находятся выше уровня жидкости, находящейся на трубных досках. Между секциями расположен каплеотбойник, наличие которого исключает попадание капель жидкости в нижнюю часть аппарата.

Недостатками этого испарителя являются громоздкость, высокая металлоемкость, невысокая интенсивность процессов теплообмена с пленочной поверхности.

Цель изобретения - повышение эффективности процессов тепломассообмена, расширение диапазона нагрузок по жидкой фазе.

Цель достигается тем, что роторный испаритель разделен на несколько секций небольшой высоты с уменьшающимся диаметром в каждой нижележащей секции, а каждая секция разделена на несколько контактных элементов, состоящих из сливной тарелки, вращающегося распылителя с заборным устройством и пристенного каплеотбойника, образующих единую теплопередающую поверхность с обогреваемым корпусом, в пределах каждого из которых осуществляется многократная циркуляция жидкости.

На чертеже представлен роторный секционный испаритель, вертикальное сечение.

Секционный испаритель состоит из корпуса 1, вала 2, сепаратора жидкости 3, распылителя 4, каплеотбойников 5, сливной тарелки 6, рубашки 7, центробежного пленкообразователя 8, переливного устройства 9, подшипниковых опор 10 и 11, переточной трубы 12.

Роторный секционный испаритель работает следующим образом.

Исходный раствор подается в сепаратор 3, откуда сливается в распылитель верхнего контактного элемента (совокупность распылителя, тарелки и каплеотбойника). Из распылителя 4 исходный раствор, смешавшись с раствором, подаваемым в распылитель заборным устройством, с тарелки диспергируется в свободное пространство контактного элемента. Достигнув пристенного каплеотбойника 5, капли раствора ударяются о его элементы, которые с корпусом 1 образуют единую теплопередающую поверхность и так же как стенки корпуса 2, передают тепло раствору от теплоносителя, подаваемого в рубашку 7. Отразившись от элементов каплеотбойника, раствор попадает на стенку корпуса 1 и стекает по ней на сливную тарелку 6, откуда большая его часть вновь подается на диспергирование с помощью заборного устройства, расположенного в нижней части распылителя. Другая часть раствора в количестве, равном количеству свежепоступившего на контактный элемент, по переточной трубе 12 стекает в распылитель нижерасположенной контактной ступени.

Удар капель раствора о пленку жидкости на поверхности элементов пристенного каплеотбойника 5 и о пленку на стенке корпуса 1 вызывает ее интенсивную турбулизацию и способствует интенсификации процессов тепломассообмена, проводимых на контактном элементе. Тарелки 6 также образуют единое целое с корпусом 1, делят его на контактные элементы и играют роль дополнительной поверхности теплопередачи между теплоносителем и раствором.

Многократная циркуляция раствора на каждом контактном элементе сопровождается многократным диспергированием и ударами капель о пленку жидкости на поверхности теплообмена. Это позволяет достичь требуемой эффективности процессов тепло-массообмена путем подбора соответствующей кратности циркуляции. Работа нижерасположенных контактных элементов аналогична работе верхнего.

Испаряющийся с контактного элемента легколетучий компонент в виде паров проходит вверх по аппарату через специальные окна в сливных тарелках, верхний срез которых расположен выше уровня жидкости на ней. На своем пути пар встречает сопротивление в виде факелов распыленной жидкости. Этим объясняется низкое гидравлическое сопротивление испарителя, что и позволяет использовать его для разделения под вакуумом термолабильных смесей. Перед выходом из испарителя пар проходит сепаратор 3, в котором отделяются капли уносимого раствора.

Поскольку из раствора по мере его движения сверху вниз по испарителю удаляется большое количество растворителя, то на каждом нижерасположенном контактном элементе количество разделяемого раствора ощутимо уменьшается. Это предопределяет уменьшение диаметра секций с соответствующим уменьшением диаметра контактных элементов и распылителей на них с целью обеспечения необходимых гидродинамических условий для эффективного проведения процессов тепломассообмена. По мере концентрирования раствора изменяются его физико-химические характеристики, что влечет соответствующие изменения в условиях образования поверхности контакта фаз, удельной плотности орошения и т.п. Это в конечном итоге предопределяет соответствующие конструктивные изменения распылителей и использование пленкообразователей 8 для обеспечения соответствующих гидродинамических условий эффективному проведению процессов тепломассообмена. Температура теплоносителей в каждой секции создается такой, чтобы обеспечить максимальную интенсивность тепломассообмена с учетом изменения физических свойств раствора.

Положительный эффект - повышение эффективности процессов тепломассообмена и расширение диапазона нагрузок по жидкой фазе достигается, во-первых, путем деления испарителя на секции небольшой длины с уменьшающимся диаметром каждой нижележащей секции; во-вторых, делением каждой секции на контактные элементы с организацией многократной циркуляции жидкости на каждом контактном элементе; в-третьих, обеспечением интенсивного обновления и турбулизации пленки жидкости, стекающей по теплообменной поверхности; в-четвертых, путем подбора геометрических характеристик распылителей в соответствии с изменением физико-химических характеристик раствора по высоте аппарата с целью обеспечения необходимых гидродинамических условий эффективной работы каждого контактного элемента.

Использование: в пищевой, химико-фармацевтической, химической и смежных отраслях промышленности при удалении из смесей значительных количеств легколетучего компонента в процессах концентрирования термолабильных веществ. Сущность: аппарат представляет собой вертикальный цилиндрический корпус, разделенный по высоте секциями, диаметр которых уменьшается от верхней к нижней. Каждая секция снабжена рубашкой, в которую подается теплоноситель. Каждая секция разделена на несколько контактных элементов, состоящих из сливной тарелки, вращающегося распылителя с заборным устройством и пристенного каплеотбойника, образующих единую теплопередающую поверхность с обогреваемым корпусом. Интенсивная циркуляция раствора на каждом контактном элементе сопровождается многократным диспергированием и турбулизацией пленки жидкости на поверхности теплообмена. Предложенная конструкция аппарата позволяет повысить эффективность процесса испарения и расширить диапазон нагрузок по жидкой фазе. 1 ил.

Роторный секционный испаритель, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, разделеннный по высоте на несколько секций с уменьшающимся диаметром каждой нижележащей, которые снабжены греющими рубашками, отличающийся тем, что каждая секция разделена на несколько контактных элементов, состоящих из сливной тарелки, вращающегося распылителя с заборным устройством и пристенного каплеотбойника, образующих единую теплопередающую поверхность с обогреваемым корпусом.