ПЛЕНОЧНЫЙ ВЫПАРНОЙ АППАРАТ Российский патент 2004 года по МПК B01D1/22 

Изобретение относится к пленочным выпарным аппаратам для концентрирования растворов термолабильных соединений, в том числе и растворов соединений или их смесей, не склонных к высоким температурам в жидком агрегатном состоянии, и может быть использовано для концентрирования вытяжек из лекарственных растений, для выпаривания растворов в фармацевтической, химической и смежных с ними областях промышленности.

Испарители, действующие в соответствии с принципом падающей пленки, в целом применяются уже в течение длительного времени с целью концентрации жидкостей. В этих испарителях жидкость стекает в виде пленки в основном по внутренней поверхности нагревательных трубок, а наружная поверхность трубок нагревается теплоносителем, в результате чего под действием тепла, передаваемого теплоносителем, происходит испарение и образующийся пар поступает в собирающую камеру. Соответственно, концентрированная жидкость стекает по трубам в собирающую камеру для продукта и из нее поступает в отдельный канал.

В известных вариантах устройства оборудование, как правило, выполнено таким образом, что трубы, образующие нагревательную поверхность, закреплены между трубными решетками (иногда употребляют термин - трубные доски). По способам размещения труб в трубных решетках выделяют следующие способы - по вершинам правильных шестиугольников, по вершинам квадратов, по концентрическим окружностям (И.А.Гильденблат, Г.С.Борисов, В.В.Григорьев, Л.В.Мягков, А.В.Рябов. Основные процессы и аппараты химической технологии. -М: МХТИ, 1976).

Недостатками аппарата такого типа являются неравномерное распределение пленки по поверхности теплопередающих трубок, уменьшение эффективности работы аппарата по мере увеличения концентрации жидкости и трудность работы при высоких степенях концентрации для термолабильных продуктов.

Известен пленочный аппарат для осуществления взаимодействия жидкостей с газами, в котором обеспечивается пленочное течение жидкости по внутренней поверхности труб при одновременной подаче газа в прямоточном или противоточном направлениях, в этом варианте газ подается под давлением соответственно в нижнюю или верхнюю части аппарата (Соколов В.Н., Доманский И.В. Газожидкостные реакторы. - М: Машиностроение, 1976).

Недостатком данного аппарата является невозможность обработки (например, упаривания) концентрированных жидкостей, что обусловлено тем, что единственным источником энергии является движущийся газ, интенсивности воздействия которого на жидкостную пленку недостаточно.

Известен аппарат для осуществления взаимодействия жидкостей с газами (в частности, при выпаривании), один из вариантов которого представляет собой цилиндрический корпус с трубными решетками и трубами. Трубное пространство аппарата является рабочей камерой, а межтрубное пространство - камерой для теплоносителя. При противоточном движении жидкой и газовой фаз жидкость стекает по теплопроводящим трубам в пленочном режиме, причем на рабочей поверхности труб для равномерности распределения вводимой в жидкостную пленку энергии укреплена полимерная пьезопленка, к обкладкам которой подключен генератор, а газ подается через патрубок, расположенный в нижней части аппарата. Газ выводится из аппарата через патрубок, расположенный на верхней крышке аппарата, причем в патенте описано, что к этому патрубку возможно подключение вакуум-насоса (Патент Российской федерации №2060762, МПК 6 В 01 D 1/22, 27.05. 96).

Недостатком данного аппарата является то, что процесс взаимодействия жидкостей с газами на всех внутренних поверхностях труб возможен только при избыточном давлении инертного газа, вводимого в аппарат через штуцер в нижней части аппарата, аппарат сложен в изготовлении и в меньшей степени, чем стандартные аппараты такого типа, ремонтопригоден - при длительной эксплуатации в жестких условиях возможно отслоение полимерной пьезопленки, укрепленной на внутренних поверхностях испарительных труб.

Задачей настоящего изобретения является увеличение эффективности работы пленочного выпарного аппарата, а также обеспечение возможности обработки высококонцентрированных термолабильных жидкостей при сохранении простоты конструкции и ремонтопригодности.

Поставленная задача решается тем, что в пленочный выпарной аппарат, содержащий вертикальный корпус, теплообменник в виде пучка испарительных вертикально расположенных в корпусе аппарата труб, закрепленных в верхней и нижней частях аппарата в трубных решетках, патрубки ввода в межтрубное пространство теплоносителя, вывода отработанного теплоносителя, ввода исходной жидкости и отвода упаренного раствора, отвода парожидкостной смеси, устанавливают газораспределительную решетку, патрубок ввода инерта в газораспределительную решетку и патрубок для соединения газораспределительной решетки с камерой подачи исходного раствора для контроля разности давления. Газораспределительная решетка размещается под нижней трубной решеткой и состоит из верхней и нижней досок, соединенных между собой трубами для стока концентрированного продукта из испарительных труб в сборник продукта или собирающую камеру. Нижняя доска газораспределительной решетки имеет систему отверстий, обеспечивающих подачу инертного газа в испарительные трубы теплообменника, при этом подача инертного газа через соответствующие отверстия газораспределительной решетки осуществляется в направлении сборной камеры готового продукта, что обеспечивает равномерную подачу инертного газа по всем испарительным трубам и конструктивно решает проблему загрязнения отверстий для подачи инерта.

На фиг.1 представлен пленочный выпарной аппарат; на фиг.2 и 3 схематически представлена газораспределительная решетка в сечении, параллельном испарительным элементам с одной стороны, и в сечении относительно испарительных элементов с другой стороны соответственно. На фиг.3 представлен вид снизу на газораспределительную решетку. Патрубки подачи инерта и вывода на прибор контроля разности давления не указаны.

Аппарат содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с трубными решетками 2 и с испарительными трубами 3. Под нижней трубной решеткой 2 размещена газораспределительная решетка 4, верхняя и нижняя доски которой соединены трубами 5 для стока концентрированной жидкости, в нижней доске газораспределительной решетки выполнены отверстия для подачи инертного газа, инертный газ поступает в газораспределительную решетку через патрубок 13, через патрубок 7 газораспределительная решетка соединена с прибором 18, измеряющим разность давления. Трубное пространство 9 аппарата является рабочей камерой, а межтрубное пространство 10 - камерой для теплоносителя. Теплоноситель, исходная жидкость и инертный газ вводятся соответственно через патрубки 11, 12, 13, а выводятся соответственно теплоноситель, готовый продукт и отработанный инертный газ со вторичными парами через патрубки 14, 15, 16. В верхней части аппарата для снижения брызгоуноса установлен брызгоотбойник 17, на верхних концах испарительных труб установлены распределители 19 для равномерного образования пленки жидкости по поверхности испарительных труб.

Аппарат работает следующим образом.

При подключении вакуум-насоса через конденсатор к патрубку 16, подаче теплоносителя через патрубок 11 и исходной жидкости (изучалась работа аппарата при концентрировании водной вытяжки из корней лекарственного растения Солодка голая - Glycyrrhiza glabra L.) через патрубок 12 она распределяется по трубам 3 и начинает стекать по внутренним поверхностям труб в пленочном режиме. Включают подачу инертного газа (в работе, азота) в газораспределительное устройство через патрубок 13, контролируя расход газа по показаниям прибора, измеряющего разность давлений 18. Инертный газ проходит внутри полости газораспределительной решетки, выходит в отверстия по направлению к нижней по направлению камере-сборнику готового продукта и через отверстия газораспределительной решетки для стока продукта проходит по трубам теплообменника по противотоку к падающей пленке. При этом массопередача жидкости с газом, а также теплопередача значительно интенсифицируется, одновременно течение пленки жидкости становится более стабильным, что обусловлено уменьшением вероятности отрыва пленки от внутренних поверхностей труб 3, одновременно в работе отмечалось уменьшение пенообразования. Отработанный инерт в виде газожидкостной фазы выводится через патрубок 16 в верху аппарата, готовый продукт выводится через патрубок 15, расположенный в донной части пленочного выпарного аппарата.

Таким образом, предложенный аппарат позволяет при простом конструктивном решении добиться повышения равномерности стекания пленки и увеличения эффективности, обеспечивает обработку высококонцентрированных термолабильных жидкостей.

Предлагаемая конструкция пленочного выпарного аппарата с газораспределительным устройством в соответствии с данной заявкой обеспечивает быстрый осмотр соединений основных испарительных труб с трубными решетками, обеспечивая большую ремонтопригодность аппарата, в отличие от рассмотренной авторами схемы, при которой нижняя доска предлагаемой газораспределительной решетки могла бы крепиться на выдвинутых вниз испарительных трубах, выделяя из рабочей части аппарата камеру для подачи инертного газа.

Изобретение относится к пленочным выпарным аппаратам для концентрирования растворов термолабильных соединений, в том числе и растворов соединений или их смесей, не склонных к высоким температурам в жидком агрегатном состоянии, и может быть использовано для выпаривания растворов в фармацевтической, химической и смежных с ними областях промышленности. Сущность изобретения: пленочный выпарной аппарат содержит вертикальный корпус, теплообменник в виде пучка греющих вертикально расположенных в корпусе аппарата труб, закрепленных в верхней и нижней частях аппарата в трубных решетках, систему ввода в межтрубное пространство теплообменника теплоносителя, систему вывода отработанного теплоносителя, систему подвода исходной жидкости и отвода упаренного раствора, систему отвода парожидкостной смеси, газораспределительную решетку, систему подвода инерта в газораспределительную решетку. Газораспределительная решетка установлена под нижней трубной доской, состоит из верхней и нижней досок, соединенных между собой трубами для прохода концентрированного продукта, а в нижней доске газораспределительной решетки выполнены отверстия для подачи инертного газа в трубы теплообменника. Изобретение позволяет повысить экономичность работы установки за счет интенсификации процессов теплообмена, проводить обработку растворов термолабильных продуктов до более высоких значений концентрации. 3 ил.

Пленочный выпарной аппарат, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, испарительные трубы, закрепленные в трубных решетках, патрубки для ввода газа и вывода отработанного газа и вторичных паров, патрубки ввода и вывода продукта и теплоносителя, распределители для равномерного образования пленки жидкости по поверхности испарительных труб, брызгоотбойник, отличающийся тем, что под нижней трубной решеткой размещена газораспределительная решетка, выполненная в виде цилиндра, верхняя и нижняя доски которой соединены трубами для прохода готового продукта, причем в нижней доске выполнены отверстия для выхода инертного газа.