Устройство для концентрирования растворов вымораживанием Советский патент 1986 года по МПК B01D9/04 

Изобр Этепне относится к концентрированию водных растворов вымораживанием и может быть использовано для концентрирования или олреснения соленых вод, а также для когщентрирова- НИН гницевьгх жидкостей, например натуральных соков.

Целью изобретения является повышение экономичности за счет увеличения степени концентрирования раствора.

На чертеже представлена схема устройства для концентрирования растворов вымора:гкиванием.

Устройство содержит последовательно установленные теплообменник 1.и 2 для предварительного охлаждения исходного раствора выходящими из уст- ройства потоками пресной воды и концентрата, кристаллизатор 3. сепараци онно-промывочную колонну 4, на выхо- де которой установлен плавитель 5. Холодильная система устройства содержит испаритель 6, используемый для отвода теплоты кристаллизации через теплообменную поверхность 7 кристал- лизатора, основной компрессор 8, дополнительный компрессор 9, конденсатор 10, размещенный в полости плави- теля 5 и дополнительньш конденсатор 11, охлаждаемый водой. Для улучшения эксплуатационных характеристик холодильная система снабжена регенеративными теплообменниками 12 и 13, ресивером 14, фильтром-осушителем 15 и регулирующими вентилями 16 и 17. Теплообменная поверхность кристаллизатора выполнена из материала, не взаимодействующего с концентрируемым раствором и тщательно отполирована. Внутренняя поверхность сепарационно-промывочной колонны выполнена аналогично и с тем же внутренним диаметром. По всей высоте кристаллизатора и сепарационн о-промы вочной колонны на опорах 18 м 19 установлен шнек с полым перфорированным валом 20 с зазором между ним и теплообменной поверхностью кристаллизатора, обеспечивающим не заклинивание в режиме максимального охлаж дения теплообмеиной поверхности кристаллизатора.

Польш вал шнека перфорирован, а во внутре1П1ей полости вала установлена диафрагма 21 с возможностью пе- ремещения ее вдоль.оси вала путем вращения штока 22, соединенного резь бой с муфтой 23. Для предотвращения

самопроизвольного вращения штока 22 относительно муфты возможно использование контровочной гайки 24. Полость кристаллизатора соединена с линией ввода исходного раствора через перфорацию вала шнека и его внутреннюю полость, расположенную ниже диафрагмы 21, а также через осевой канала в опоре 18. Соответственно полость сепарационно-промывочной колонны соединена с полостью плави- теля 5 через перфорацию вала 20 шнека и его внутреннюю полость, располо женную выше диафрагмы 21, а также через осевой канал в опоре 19, цилиндрическая поверхность которой снабжена, дополнительными радиальными отверстиями для ввода пресной воды.

Крутящий момент передается шнеку от электродвигателя 25 через муфту 23, шток 22 и далее через шлице- вое соединение 26, выполненное на внутреннем диаметре отражателя 27, напрессованного на цилиндрическую поверхность верхнего торца вала шнека. Для предотвращения проскока крис таллов льда по линиям вывода пресной воды и концентрата из установки полости плавителя 5 и кристаллизатора отделены от соответствующих линий дренажными сетками 28 и 29.

Снижение потерь холода при эксплуатации холодильной системы достигается применением изоляции 30 корпуса испарителя, а также теплоизолирующих вставок 31 и 32, которые используются одновременно для контроля сепарации кристаллов льда через смотровые окна. Для регулирования давления в плавителе и кристаллизаторе используются регулирующие вентили 33 и 34, а для регулирования давления и соответственно температуры испарения хладагента в испарителе 6 используется регулирующий вентиль 17 на всасывающей линии дополнительного компрессора 9.

Ввод исходного раствора осуществляют через патрубок 35, которьй соединен с валом через нижнюю опору.

Устройство работает следующим образом.

Исходный раствор с температурой 15 С направляют последовательно в тешюобмепники 1 и 2, где охлаждают выходящими из устройства потоками пресной воды и концентрата до нулевой температуры, а затем вводят через осевой канал в опоре 18 во внут- раннюю полость вала 20 шпека, заполняемую исходным раствором до уровня диафрагмы 21.

Далее исходный раствор под действием центробежных сил поступает через перфорадию вала шнека в полость кристаллизатора 3, где приводится во вращательное движение. Так как полость кристаллизатора помимо верхнего стока через сепарационно-промы- вочную колонну 4, плавитель 5 и линию вывода пресной воды имеет и нижний сток через дренажную сетку 29 и линию вывода концентрата, то часть раствора рециркулирует по зазорам между лопастями шнека и теплообмен- ной поверхностью 7 кристаллизатора 3 рниз.

С помощью холодильной системы раствор, рециркулирующий вдоль тепло- |рбменной поверхности кристаллизатора, переохлаждают и в слое максимальной турбулизации этого раствора срезом винтовой поверхности шнека начинается кристаллизация льда, распространяющаяся в центральную область кристаллизатора за счет передачи переохлаждения от пристеночного слоя концентрата натекающему исходному раствору.

При этом большая часть переохлажденного рециркулирующего раствора увлекается основным потоком к центру кристаллизатора и вверх, а меньшая часть в качестве концентрата фильтруется через дренажную сетку 29 и выводится из установки через теплообменники 2 и 1.

Перемещение кристаллов льда к центру кристаллизатора (вследствие всплы- вания из раствора под действием центробежных сил на ледяную суспензию) приводит к обогащению приосевой зоны кристаллизатора кристаллами льда, растущими во встречном потоке исходного раствора. По мере движения ледяной суспензии вверх на выходе из кристаллизатора образуется ледяной пористый поршень, кристаллы льда которого отмываются от концентрата исходным раствором, вводимым через перфорацию вала 20 шнека. Под действием шнека ледяной пористый поршень поступает в сепарационно- промывочную колонну, где уплотняется в результате противодавления со сто- ,роны отражателя 27, вращающегося

223945

вместе с валом шнека на выходе из колонны. Поток промывочной пресной воды, поступающий через перфорацию вала шнека из внутренней полости ва- 5 ла, расположенной над диафрагмой 21, вытесняет раствор из пор между кристаллами льда к цилиндрической поверхности сепарационно-промывочной колонны и далее вниз по зазору вдоль теп- fO лообменной поверхности кристаллизатора 3. На выходе из сепарационно- промывочной колонны 4 ледяной пористый поршень промытый и разбавленный пресной водой в виде ледяной суспен- 15 зии распределяют с помощью отражателя 27 в полость плавителя 5, где кристаллы льда плавят через поверхность конденсатора 10 за счет тепла конденсации хладагента.

20 В результате плавления кристаллов льда полость плавителя заполняется пресной водой, большую часть которой выводят из устройства через дренажную сетку 28, препятствующую уносу крис- 25 таллов льда из устройства и далее через теплообменник 1 и регулирующий вентиль 33. Меньшая часть пресной воды поступае т в качестве промывочной через радиальные отверстия и осевой канал в опоре 19 во внутреннюю пЪ- лость вала 20 шнека до уровня диафрагмы 21, откуда распределяется через перфорацию на цкпиндрической поверхности вала 20 шнека в полость сепарационно-промывочной колонны 4 для промьшки

30

40

45

ледяного пористого поршня от раствора, - .

Одновременно из ресивера 14 через фильтр-осушитель 15 и регулирующий :. вентиль 16 в полость испарителя 6 направляют жидкий хладон Р-15, кото- рьш кипит с отводом теплоты кристаллизации через теплообменную поверхность 7 кристаллизатора 3. Пары хладагента откачивают из испарителя компрессором 8 через регенеративный теплообменник 12 в конденсатор 10 для конденсации за счет плавления кристаллов льда в плавителе и дополнительным компрессором 9 через регенератив-

50 ный теплообменник 13 в дополнительный конденсатор 11, охлаждаемый водой. Сконденсированный хладон из конденсаторов через регенеративные теплообменники, используемые для переохлаждения

55 жидкого хладона, направляют обратно в ресивер 14.

Интенсификация роста кристаллов льда за счет непрерывного отделения

S122

их от концентрата в объеме кристаллизатора под воздействием центробежных сил за счет разности плотностей, а также отмывка кристаллов льда от концентрата встречным потоком исходного раствора повьшают качество и круп

ность кристаллов льда, создавая благо- ем.

приятные условия для последующей промывки их пресной водой, что дает возможность увеличить степень концентрирования растворов и соответственно повысить экономичность концентрирования вымораживани