Дистиллятор Советский патент 1985 года по МПК B01D3/32 

Изобретение относится к конструкциям выпарных аппаратов и может быть использовано в.качестве предварительного дистиллятора мг:сляных мисцелл в масложировой промышленности в линиях прямой экстракции. Изрестны Дй1стйл ля онные аппаратый соор,р(,%еплфэбменньк труустановленных в р|орпусе аппарата в шух frpyoHbDc досках, днища со зме явиком 419ВИЙ1Уобежн4го сепаратора 1 . Интугя|ДД|апия япроцесса теплообмена ожет. осущех; вляться за сче , J, закручйёания парожидкостного потока лопаточными или шнековыми завихрителями в сочетании с отжатием газово го потока от центра аппарата к периферии пластинами, изогнутыми по спирали Архимеда (2j. Недостатками известных аппаратов являются относительно низкие удельная производительность по жидкости и интенсивность процесса теплообмена что объясняется наличием противоточного движения фаз. Отжатие газового потока от центра к периферии с по-мощью пластин, изогнутых по спирали Архимеда, позволяет интенсифицироват лишь массопередачу в процессе ректификации и не дает желаемого эффекта в процессе выпаривания. В центре аппарата наблюдается частичная раскрутка газового потока, так как обтекание пластин Архимеда происходит в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Кроме того, плас тины Архимеда не обеспечивают создание равномерной устойчивости пленки жидкости по всему периметру корпуса аппарата. Последнее необходимо для создания оптимальных условий теплооб мена и организации восходящего закру ченного парожидкостного потока. Перечисленные недостатки не позво ляют использовать известные аппараты для дистилляции масляных мисцелл в линиях прямой экстракции. Известен также дистиллятор маслянь х мисцелл, содержащий вертикальный цилиндрический корпус, горизонтальные трубные диски, установленные в корпусе и делящие его на камеры испарения, контактирования и сепарации, теплообменные трубы с помещенными в них завихрителями, закрепленные в трубных досках в камере контак тирования, горизонтальную отбойную перегородку, размещенную в камере сепарации, змеевик, помещенный в камеру испарения, и тепловую рубашку, закрепленную снаружи камеры испарения 3. Известный дистиллятор масляных мисцелл, обладая значительными габаритными размерами, позволяет перерабатывать всего 10-12 MV4. Однако интенсивность процесса теплообмена мала. Все это не позволяет использовать его в линиях прямой экстракции. Низкие удельная производительность и интенсивность теплообмена объясняются тем, что в теплообменных трубках дистиллятора не обеспечиваются условия для создания устойчивой пленки. мисцеллы, что ухудшает ее контакт с теплоперёдающей поверхностью и приводит к неупорядоченному движению (в виде пены) мисцеллы по теплообменным трубкам вверх. Кроме того, сепаратор обладает значительными габаритными размерами и не обеспечивает полную сепарацию жидкости при больших паровых потоках, которые возникают в дистилляторах линии прямой экстракции. Внутренний объем сепаратора не используется для проведения процесса теплообмена. С целью интенсификации процесса за счет направления паро-жидкостного потока непосредственно на поверхность теплообменных труб предложенный дистиллятор снабжен вертикальными пластинами, установленными под острыми углами в теплообменных трубах между завихрителями, и пакетом тангенциальных пластин, размещенных в камере испарения под змеевиком. Камера сепарации снабжена вертикальными изогнутыми пластинами, закрепленными на отбойной перегородке, и вьшолнена в виде соосно установленных одна под другой цилиндрических обечаек, соединенных между собой кольцом, а отбойная перегородка расположена в верхней обечайке. Камера сепарации снабжена греющим змеевиком, расположенным на отбойной перегородке, На фиг. 1 изображен дистиллятор, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 вид по стрелке Б на фиг. 1; на фиг.4сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 5 сечение Г-Г на фиг. 4. В цилиндрическом корпусе 1 размещен пучок теплообменных трубок 2,

закрепленный в трубных досках 3,4. Под доской 4 закреплено днище 5, снабженное змеевиком 6, рубашкой 7 для греющего пара и пакетом тангенциальных перекрывающих одна другую вертикальных пластин 8, между которыми образованы проходы для мисцеллы. Над доской 3 установлен сепаратор, корпус которого вьшолнен из двух цилиндрических обечаек 9 и 10 различ- 10 кого диаметра. Обечайки 9 и 10 соединены с помощью соединительного кольца 11. Верхняя обечайка 9 вьшолнена с большим диаметром, чем обечайка 10, и в ней установлена отбой(ная перегородка 12. Последняя перекрывает верхний срез обечайки 10 и образует с кольцом 11 проход 13 для паров растворителя. К перегородке 12 в нижней ее части прикреплены вертикальные пластины 14, выходящие из ее центра и изогнутые в горизонтальной плоскости по спирали, например, Архимеда. Для подвода тепла к перегородке 12 сверху прикреплен змеевик 15. В каждой трубке 2 на несущей штанге 16 (фиг. А,5) поэтажно закреплены лопаточные завихрители 17, между которыми установлены под острым углом (20-60) к теплопередающей поверхности вертикальные плоские пере.крывающие одна другую пластины 18, позволяющие направить на поверхность трубок 2 поток и обеспечивающие его вращение в ту же сторону, что и лопаточные завихрители 17. Дистиллятор снабжен патрубками 19 для подачи мисцеллы, 20 для отвода упаренной мисцеллы, 21-24 для подвода глухого греющего пара, 25, 26 дг1я отвода конденсата греющего пара и 27 для отвода паров растворителя. Над патрубком 19 установлены распределительная пластина 28 и сетка 29. Работает дистиллятор масляных мисцелл следующим образом. , Греющий пар подается в патрубки 2 1 - 24. После подогрева аппарата через патрубок 19 подается исходная мисцелла концентрацией 10-20 мас.% по маслу при 60-70с. Под воздействием пластины 28 мисцелла распределяется между тангенциальными пластинами 8, огибает их, закипает за счет тепла, получаемого от пластин 8, и проходит через распределительную сетку 29. Последняя позволяет равно мерно подавать мисцеллу во все трубки 2 снизу.

Потоки паров растворителя и кипящей мисцеллы закручиваются в теплообменных трубках завихрителя 17. Под действием центробежных сил мисцелла отбрасывается к боковой поверхности трубок 2 и образует пленку, которая увлекается парами растворителя вверх. Получая от греющего пара тепло через поверхность трубок 2, мисцелла продолжает кипеть. Выделяющиеся пары растворителя также закручиваются завихрителями 17. По мере движения вверх по трубкам 2 скорость парового потока увеличивается (за счет увели-. чения их количества), что способствует увеличению скорости движения пленки мисцеллы. На выходе из трубок 2 (в верхнем срезе) продолжается по инерции движение мисцеллы и паров растворителя вверх. Достигнув перегородки 12, мисцелла ударяется об нее и образует пленку. Пары растворителя, двигаясь вдоль перегородки 12 и огибая пластины 14, приобретают вращательное , движение и увлекают пленку мисцеллы по направлению к обечайке 9. При этом по мере движения мисцелла под действием центробежных сил смещается на пластины 14 и стекает по ним вниз .в проход 13 на соединительное кольцо 11 за счет тяжести, а затем перетекает в полость обечайки 10. Упаренная мисцелла концентрацией 80-90 мас.% вьгоодится из аппарата через патрубок 20 и направляется в окончательный дистиллятор. При соприкосновении с перегородкой 12 и пластинаьи 14 мисцелЛа получает тепло, проводимое с глухим паром в змеевик 15, и из нее удаляется часть растворителя, который смешивается с основным потоком паров растворителя и направляется через патрубок 27 в теплообменник для пред-i варитепьного нагрева исходящей мисцеллы. Таким образом, удаление раствориеля из мисцеллы в предложенной контрукции дистиллятора производится три этапа (в трех зонах), что позоляет в зависимости от концентрации исцеллы создавать определенный темпер атурный режим. Последнее необходимо ли исключения nepeijpeBa мисцеллы . ухудшения качества масла. На первом этапе в днище 5 производятся подогрев мисцеллы до кипения и удаление части растворителя. Концентраодя мисцеллы изменяется на- 5-10% и достигает 20-30%. Давлени греющего пара в рубашке 7 поддерживае ся 3 пределах 5-6 ати. Установленный в днище 5 пакет тангенхщальных пере крывающих друг друга вертикальных пластин 8 позволяет увеличить поверх ность теплообмена в этой зоне и инте сифицировать процесс теплопередачи за счет создания закрученного движения мисцеллы. Для подвода тепла к пластинам 8 они жестко соединены с днищем 5 и змеевиком 6, Выделяющиеся в этой зоне пары растворителя способствуют формированию пленки и интенсификации теплообмена на начальном (нижнем) , участке теплообменных трубок 2. На втором этапе в трубках 2 проис ходит удаление основного количества растворителя. Концентрация мисцеллы изменяется от 20-30% до 65-70%. Давление греющего пара в корпусе 1 поддерживается в пределах 3-4 ати. В нижней части трубок 2 скорость движения парожидкостного потока не превышает 1,5 м/с. При таких скоростях лопаточные завихрители не обеспе чивают достаточного закручивания паг рожидкостного потока и образования устойчивой поднимающейся пленки мисцеллы, так как осуществляют только местную (периодическую) подкрутку. Поэтому в нижней части трубок 2 (0,3 их высоты) установлены шнековые завихрители, обеспечивающие непрерывную закрутку потока, образование поднимающейся вращающейся мисцеллы и интенсификацию процесса теплообмена при указанных скоростях движения. После того,как пленка мисцеллы.сформирована, дальнейшую закрутку парожидкостного потока целесообразно осу .ществлять лопаточными завихрителями в сочетании с вертикальными пластинами 18. Последние располагаются в непосредственной близости у теплопередающей поверхности и исключают зависание и отрыв мисцеллы от стенки трубок 2 за счет отжатия ее к периферии. Кроме того, пластины 18 направляют к теплопередающей поверхности и часть парового потока,уве.личивая скорость его движения в непосредственной близости пленки, образом создается устойчивая поднимающаяся, вращающаяся пленка мисцеллы, увеличивается скорость ее вращения, исключается зависание и выбросы мисцеллы из зоны теплообмена. В отличие от известных пластин Архимеда тангенциальные вертикальные пластины.18 обеспечивают равномерное вращение и толщину пленки, исключают образование зон неупо-: рядоченного движения и раскрутки парового потока. Использование лопаточных завихрителей в сочетании с пластинами 18 в верхней части трубок 2 позволяет обеспечить на выходе трубок 2 движение пленки мисцеллы вверх со скоростью 1,5-3 м/с, что является необходимым условием для организации и интенсификации процесса теплообмена в третьей зоне (этапе). На третьем этапе на перегородке 12 происходит удаление растворителя в условиях высокой концентрации и вязкости мисцеллы. Концентрация мисцеллы изменяется от6570 мас.% до 80-90 мас.%. В таких условиях резко уменьшает- ся турбулентное перемешивание между отдельными слоями мисцеллы за счет увеличения вязкости, что приводит к снижению интенсивности теплообмена, перегреву мисцеллы и ухудшению качества масла. В предлагаемом дистилляторе окончательное удаление растворителя до 80-90% проводится при давлении греющего пара 0,150,19 мПа в змеевике 15, что позволяет уменьшить температуру обработки мисцеллы по сравнению с прототипом. При этом используются ударные потоки. №1сцелла, вьтетающая из трубок 2, ударяется о перегородку 12 и прик -епленные пластины 14, тем самым тзфбулизируя образовавшуюся на них пленку мисцеллы и интенсифицируя процесс теплообмена. Использование высокоэффективных форм организации процесса теплообмена (удар-, ные потоки) позволяет уменьшить температуру, что уменьшает окисление масла. Предложенная конструкция дистиллятора предназначена для линий прямой экстракции, когда в процессе предварительной дистилляции удаляется до 60-70 т/ч растворителя. Для эффективного разделения парожидкостного потока при таких количествах паровой фазы необходимо использоват все формы сепарации: уменьшение скорости паровой фазы, центробежные и инерционные силы, механическое разделение потоков.Такая сепарация и осу1це.ствляется в разработанном дистилляторе. При ударе о перегород ку 12 и пластины 14 происходит изме нение движения парожидкостного пото ка, и за счет сил инерции мисцелла сепарируется в виде пленки. Пластины 14 закручивают пары, создавая тем самым центробежные силы. Как указывалось выше, вращательное движ ние приобретает и пленка мисцеллы и перемещается под действием центробежных сил на пластины 14, по которым стекает вниз на кольцо 11. Таким образом удается вывести пленку мисцеллы из области, где скорост парового потока максимальна (от перегородки 12). Отдельные капли, уносимые потоком пара растворителя сепарируются на поверхность обечайки 9 в поле центробежных и инерцион |Ных сил. В процессе сепарации весь поток движется в радиальном направлении, а не в осевом, как в прототипе. Это обеспечивает наряду с непрерывным увеличением площади свободного сечения сепаратора непрерьшное умен шение количества паров, приходящегося на единицу поверхности свободного сечения. Последнее позволяет при скорости парового потока, выходящег из зоны сепарации, не более 0,5 м/с создать компактный сепаратор. Как показьшают расчеты, диаметр обечайки 9 достигает порядка 1,8-2,1 м при ее высоте 1 м, в то время, как сепаратор дистиллятора-прототипа должен иметь диаметр 2,3-2,6 м при высоте 2,8-3,2 м. Как видно из вьшеизложенного, вновь введенныеконструктивные элементы отдельных узлов дистиллятора (днища, теплообменных трубок, сепаратора) не дают желаемого результата при-их раздельном использовании, так как предьщущая зона теплообмена (количество выделяющихся паров, скорость их движения, интенсивность процесса теплообмена) влияет на последнюю, вызывая дополнительную интенсификацию теплообмена. Именно совокупность всех элементов позволяет обеспечить описанную организацию движения фаз, достичь необходимых скоростей и ударных потоков, уменьшить температуры обработки мисцеллы с увеличением ее концентрации. По сравнению с прототипом предложенный дистиллятор масляных мисцелл обладает большей удельной производительностью и интенсивностью процесса теплообмена за счет больших скоростей движения мисцеллы и использования ударных потоков. В нем по мере увеличения концентрации мисцеллы уменьшается температура ее обработки, что исключает пригоранйе и пережигание масла. Кроме того, он может быть использован в линиях прямой экстракции масла из семян, что ускорит внедрение последних в промьшшенность.

Фиг.1

фиг.

16