Центробежный пленочный выпарной аппарат Советский патент 1982 года по МПК B01D1/22 

Изобретение относится к аппаратам для выпаривания или концентрирования жидкостей и может быть применено в технике опреснения соленых вод, химической, фармацевтической и пищевой промышленности, в термической переработке небольших количеств сточных вод, например, в теплоэнергетике, и особенно в тех случаях, когда необходимо глубокое упаривание жидкости за один ее проход в аппарате..

Известны пленочные центробежные аппараты с вращающимися поверхностями, выполненными в виде плоских дисков ClJ.

Недостатком этого аппарата является малая плотность орошения теплообменных поверхностей, в наибольшей степени плотности орошения снижается на плоских поверхностях (дисках), для которых площадь теплообменной поверхности зависит только от радиуса. В данном аппарате, имеющем плоские поверхности, для увелич ния степени концентрирования, установлен насос, что усложняет конструкцию и увеличивает его габариты.

Известен выпарной аппарат, содер,жащий неподвижный корпус и размещенные в нем полы конические теплообменные, элементы, установленные большими основаниями вниз, конические необогреваемые перегородки для сбора концентрата и конденсата греющего пара. Система подачи жидкости представляет собой аксиальный коллектор с соплалш, служащими для орошения внутренних рабочих конических поверхнос10тей. Вывод упаренноххз продукта (концентрата) и конденсата греющего пара производится с помощыо напорных трубок, размещенных соответственно в верхней и нижней частях аппарата f2j.

15

К недостаткам такого аппарата относятся повышенные металлоемкость и габариты ротора по высоте, а также недостаточно большая кратность упаривания за один проход и низкая надеж20ность работы аппарата ввид1У наличия трубки для передачи потока от основных поверхностей к дополнительным. Повышенная металлоемкость ротора связана с тем, НТО для обработки жидкости используются лишь внутренние поверхности конусов и имеются распределительные устройства только для орошения этих поверхностей. Наличие трубки для передачи потока повышает

30 габариты ротора по высоте. Недостаточно высокая кратность упаривания за один проход связана с тем, что упаривание жидкости до более высокой концентрации- происходит на дополнительных поверхностях. При этом увеличивается также время пребывания жидкости в аппарате, что не всегда желательно, особенно рля термочувствительных продуктов.

Известен также центробежный пленочный выпарной аппарат для глубокого концентрирования жидкостей, содержащий корпус, размещенный в нем ротор, составленный из.теплообменных элементов с коническими поверхностями, причем на наружных поверхностях элементов установлены устройства передачи потока на внутреннюю поверхность соседнего теплообменнаго элемента и распределители жидкости, расположенные между теплообменными элементами Сз . :

Однако в известном аппарате по мере движения жидкости, вдоль теплообменной поверхности под действием .центробежных сил происходит монотонное снижение плотности орошения , зависящее от расхода G и радиуса поверхности. Это приводит к тому, что при определенных значениях плотности орсшения, меньших минимально допустимых, происходит раз-) рыв пленки, приводящий,к ухудшению качества .обрабатываемого продукта и неполному использованию располагаемой теплообменной поверхности.

Для достижения Г необходимо увеличивать расход жидкости на входе в аппарат. Однако при этом уве.личивается толщина пленки., и, соответственно, снижается теплоотдача, а также снижается коэффициент упаривания жидкости за один проход К|, Gex

сГ

Цель изобретения - увеличение степени концентрирования, жидкости и улучшение теплопередачи за счет предотвращения разрушения пленки жидкости.

Поставленная цель достигается за счет того, что в центробежном пленочном выпарном аппарате, содержащем корпус, размещенный в нем ротор, выполненный из теплообменных элементов Ь коническими поверхностями, укрепленные на наружных поверхностях злегЛентов. устройства длч передачи потока упариваемой жидкости на внутреннюю поверхность смежного теплообменного элемента и распределители .жидкости,.расположенные между теплообменными элементами, поверхность каждого теплообменного элемента образована несколькими размещенными один под другим конусами с увеличивающимися диаметрами, сопряженными основаниями, при этом угол наклона об разугадих конусов к оси вращения с yBejiM4eHHeM диаметра конусов уменьшается от 90 до 1°.

При этом устройства для передачи

потока выполнены в виде кольцевых козырьков, размещенных между смежными конусами.

На чертеже схематически изображен центробежный пленочный выпарной аппарат, продольный разрез.

Аппарат содержит корпус 1 и размещенный в нем ротор 2, включающий теплообменные элементы 3 с внутренними и внешними поверхностями, содержащими

5 усеченные конусы 4 и 5, выполненные с большим углом при вершине, и конус 6, выполненный с меньшим углом при вершине.

Диаметр основания конуса 5 больше

диаметра вершины конуса б. При соединении этих конусов образуется конический кольцевой выступ 7 над поверхностью конуса 6, препятствукнций течению жидкости по этой поверхности.Теплообменные элементы соединены между

собой при помсяци кольцевых деталей 8, имеквдих сквозные радиальные каналы 9 и аксиальные каналы 10. Ротор снабжен паровой рубашкой 11, в которую теплоноситель поступает через полый вал

0 12, а конденсат отводится из кольцевой полости 13 по напорной трубе 14. В крышке корпуса установлены аксиальные коллекторы 15 и 16 с вентилями 17 и 18 для подвода обрабатываемой

5 жидкости. С аксиальным коллектором

15 связаны коль.цевые коллекторы 19,содержащие сопла 20, размещенные равноjMepHo в нижней части кольцевого коллектора и служащие для орошения поверхностей наружных конусов. Аксиальный коллектор 15 выполнен разъемным. Для этого предназначена муфта 21.

На аксиашьном коллекторе 16 установлены сопла для орошения внутренней

теплообменной поверхности конусов. В крышке корпуса размещена также напорная трубка 22, служащая для отвода концентрированного продукта из кольцевой полости 23. Полость 23 образована конической перегородкой 24, выполненной в виде теплообменного элемента с внутренней 25 и наружной 26 поверхностями. Полость обогреваемой перегородкой 24 соединена с полостью паровой рубашки 11 каналами 27.

5 Для орошения перегородки 28, отделяющей греющей пар от вторичного,установлено сопло 29, расположенное по оси вращения. Для орслиения поверхности 25 установлено сопло 30.

0 Для отвода вторичного пара к корпусу приварен патрубок 31.

Аппарат работает следукхцим образом. Обрабатываемый продукт.поступает через коллекторы 15 и 16 и сопла 29 5 и ,30 к внутренним и внешним поверхностям теплообменных элементов 3, а также к обогреваемым перегородкам 24 и 28. По мере движения пленка жидкос ти выпаривается как на внутренних, так и на наружных поверхностя параллельно. С внешних поверхностей конуса 5 и перегородки 28центробежными силами жидкость передается на внутреннюю поверхность 25 перегородки 24 Здесь жидкость дополнительно упарива ется. Благодаря увеличению ее расхода на внутренних поверхностях выступов 7, а также снижению угла при вер шине этих поверхностей, представляет ся возможность увеличения степени концентрирования за счет повышения площади теплообменной поверхности при меньших периметрах оретиения. В этом случае предотвращается возможность разрыва пленки -путем увеличени плотности орошения выше минимально допустимо. Вьтаренный продукт собирается в полости 23 и удаляется напорной трубкой 22. Греющий пар подается через вал 12 и каналы 9 к полости теплообменных элементов 3 и че рез каналы 27 - в полость перегородки 24. Конденсат отводится через напорную трубу 14. Вторичный пар отводится в конденсат через патрубок 31. Следует отметить, что повышение глубины концентрирования продукта за один проход может быть, в частном случае, достигнуто заменой теплообменных поверхностей прототипа на пре лагаемые (даже без орошения внешних поверхностей). Благодаря использованию внешних поверхностей теплообменных элементов в качестве теплопередающих можно на 40-80% снизить вес аппарата при заданной производительности. Применение теплообменных поверхностей в виде поверхностей вращения, касательная к которым составляет угол, уменьшающийся по мере увеличения радиуса поверхности, позволяет успешно концентрировать продукты за один проход в 10-20 раз . При этом предупреждается опасность разрыва пленки и оголения теплообменной поверхности,что способствует повышению качества выпаривае№1х продуктов и увеличивает эффективность использования теплообменной поверхности. Благодаря присутствию дополнитель ных теплообменных элементов и напорной трубки для передачи потока на 30-50% уменьшается при заданной производительности высота предлагаемого аппарата по сравнению с известным. Предлагаемый выпарной аппарат позволяет уменьшить капиталовложения в установки для глубокого упаривания продуктов путем сокращения количества применяемых выпарных аппаратов, соединенных последовательно по упа,риваемому продукту. Предлагаемая форма выполнения теплопередающих поверхнбстей увеличивает -их прочность, что позволяет снизить толщину стенки и дополнительно уменьшить вес аппарата. Формула изобретения Центробежный пленочный выпарной аппарат, содержащий корпус, размещенный в нем ротор, выполненный из теплообменных элементов с коническими поверхностями, укрепленные на наружных поверхностях элементов устройства для передачи потока упариваемой жидкости на внутреннюю поBepjiHocTb смежного теплообменного элемента и распределители жидкости, расположенные между теплообменными элементами, отличающийся тем, что, с целью увеличения степени концентрирования жидкости и улучшения теплопередачи за счет предотвращения разрушения пленки жидкости , поверхность каждого теплообменного элемента образована несколькими размещенными один под другим конусами с увеличивающимися диаметрами, сопряженными основаниями, при этом угол наклона образующих конусов к оси вращения с увеличением диаметра конусов уменьшается от 90 до 1. 2. Аппарат поп.1, отличают и и с я тем, что устройства для передачи потока выполнены в виде кольцевых козырьков, размещенных между смежными конусами. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 363498, кл. В 01 D 1/22, 1973. 2.Патент СССР 295234, кл. В 01 О 1/22, 1971. 3.Авторское свидетельство СССР по заявке 2753523/26, кл. В 01 D 1/22, 19.03.79. Концеит ров() npoffy /n tfcxo ffbtti ffflo ftm