пленочный выпарной аппарат со стекающей пленкой

Формула изобретения

1. Пленочный выпарной аппарат со стекающей пленкой, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и днищем, снабженный технологическими штуцерами и камерами для ввода суспензии и вывода концентрированного раствора, греющей камерой, трубопроводами для ввода и вывода хладагента, отвода конденсата вторичного пара, а также содержащим цилиндрические трубы с кольцевой спиралью и распределительным элементом для равномерного распределения жидкости, коаксиально установленные внутренние трубы, выполненные в виде змеевика, и патрубки, отличающийся тем, что в кольцевых полостях, образованных цилиндрическими и внутренними трубами, установлены направляющие шайбы, между которыми размещены профилированные пластины, образующие каналы для прохода парожидкостной смеси, причем одна из боковых кромок пластины размещена по касательной к внутренней поверхности шайбы, а отношение внутреннего диаметра цилиндрической трубы d к наружному диаметру шайбы d ₁, а также отношение внутреннего диаметра шайбы d ₂ к диаметру витков змеевика, из которых выполнена внутренняя труба d_в, соответственно равны d/d ₁=1,2-2,0; d₂/d_в =1,2-1,6.

2. Выпарной аппарат со стекающей пленкой по п.1, отличающийся тем, что на боковой поверхности пластины выполнены продольные канавки для отвода уловленных капель жидкости.

3. Выпарной аппарат со стекающей пленкой по п.1 или 2, отличающийся тем, что на боковой поверхности пластин установлен лист, выполненный из пористого материала.

4. Выпарной аппарат со стекающей пленкой по п.1, либо по любому из пп.2 и 3, отличающийся тем, что между витками змеевика, из которых выполнена внутренняя труба, установлены воронки, снабженные пластинками для обеспечения зазора для стекания конденсата.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к конструкции выпарных аппаратов со стекающей пленкой, предназначенных для концентрирования и охлаждения растворов, получения опресненной воды, и может найти применение в химической, микробиологической, пищевой и других отраслях промышленности.

Известен выпарной аппарат, включающий вертикальный корпус с технологическими штуцерами, обогреваемые трубы, закрепленные в верхней и нижней трубных решетках, размещенные внутри труб спиральные проволочные вставки, которые выполнены в поперечном сечении в форме сегмента с прямолинейной вертикальной стороной, прилегающей к внутренней поверхности трубы [1].

Однако данное устройство обладает низкой производительностью по причине достижения большого гидравлического сопротивления и срыва капель жидкости с поверхности пленки, что обусловлено большой скоростью вторичного пара, движущегося в осевом направлении обогреваемых труб.

Наиболее близким по технической сущности является пленочный выпарной аппарат, состоящий из вертикального корпуса, разделенного горизонтальными перегородками на камеры для ввода суспензии и вывода концентрированного раствора, греющей камеры, камер для ввода и вывода хладагента и отвода конденсата вторичного пара. Аппарат снабжен штуцерами и цилиндрическими трубами, внутри которых установлена кольцевая спираль. По оси цилиндрических труб на всю длину аппарата коаксиально размещены внутренние трубы, а в камере для отвода конденсата вторичного пара над нижней перегородкой размещена дополнительная горизонтальная перегородка, снабженная патрубками, установленными в отверстиях с зазором относительно цилиндрических и внутренних труб [2].

Однако и это устройство обладает недостаточно высокой производительностью из-за срыва и уноса капель раствора с поверхности пленки вторичным паром, которые осаждаются на поверхности внутренних труб, что в ряде случаев недопустимо. В этой связи для предотвращения уноса капель раствора с поверхности пленки необходимо уменьшать удельную паровую нагрузку, что приводит к снижению производительности аппарата.

Изобретение решает задачу увеличения производительности аппарата по выпариваемой влаге за счет устранения попадания капель раствора, сорванных с поверхности пленки паром, на поверхность внутренних труб, не снижая тепловую нагрузку.

Технический результат заключается в улавливании капель раствора, сорванных с поверхности пленки из потока вторичного пара, что предотвращает смешивание капель с конденсатом вторичного пара и позволяет вести процесс при максимально высоких тепловых нагрузках (не заботясь о срыве капель с поверхности пленки), что увеличивает производительность аппарата.

Указанный технический результат достигается тем, что в выпарном аппарате со стекающей пленкой, содержащем вертикальный цилиндрический корпус с крышкой и днищем, снабженный технологическими штуцерами и камерами для ввода суспензии и вывода концентрированного раствора, греющей камерой, трубопроводами для ввода и вывода хладагента, отвода конденсата вторичного пара, а также содержащем цилиндрические трубы с кольцевой спиралью и распределительные элементы для равномерного распределения жидкости, коаксиально установленные внутренние трубы, выполненные в виде змеевика, и патрубки, согласно изобретению в кольцевых полостях, образованных цилиндрическими и внутренними трубами, установлены шайбы, между которыми размещены профилированные пластины, образующие каналы для прохода парожидкостной смеси, причем одна из боковых кромок пластины размещена по касательной к внутренней поверхности шайбы, а отношение внутреннего диаметра цилиндрической трубы d к наружному диаметру шайбы d₁, а также отношение внутреннего диаметра шайбы d₂ к диаметру витков змеевика, из которых выполнена внутренняя труба d_в , соответственно равны d/d₁=1,2-2,0; d ₂/d_в=1,2-1,6; на боковой поверхности пластины выполнены продольные канавки для отвода уловленных капель жидкости; на боковой поверхности пластин установлен лист, выполненный из пористого материала; между витками змеевика, из которых выполнена внутренняя труба, установлены воронки, снабженные пластинками для обеспечения зазора для стекания конденсата.

Размещение в кольцевых полостях, образованных цилиндрическими и внутренними трубами, шайб, между которыми размещены профилированные пластины, образующие каналы для прохода парожидкостной смеси, у которых одна из боковых кромок отогнута по касательной к внутренней поверхности шайбы, позволяет увеличить производительность аппарата по выпариваемой влаге, так как при таком конструктивном выполнении достигается устранение попадания сорванных капель раствора на поверхность внутренних труб. В этом случае вторичный пар и капли раствора, сорванные с поверхности пленки, проходя между профилированными пластинами в каналах, приобретают вращательно-поступательное движение, что вызывает центробежную силу, которая не позволяет каплям раствора перемещаться к поверхности внутренних труб и обеспечивает их улавливание на поверхности пластин.

Выполнение отношения внутреннего диаметра цилиндрической трубы d к наружному диаметру шайбы d₁, а также отношения внутреннего диаметра шайбы d₂ к диаметру витков змеевика, из которых выполнена внутренняя труба d_в , соответственно равными d/d₁=1,2-2,0; d₂/d_в=1,2-1,6 обеспечивает максимальную производительность аппарата по выпариваемому раствору и предотвращает попадания капель раствора на поверхность внутренних труб. При выполнении отношения d/d₁<1,2 происходит попадание раствора с гребней волн на поверхности пленки на пластины, что ухудшает улавливание капель и ведет к снижению производительности аппарата. При достижении отношения d/d ₁>2 уменьшается объем кольцевой полости для установки пластин, ширина пластин становится недостаточной для создания вращательно поступательного движения пара и капель, что также снижает производительность аппарата.

Выполнение отношения d₂/d_в<1,2 приводит к попаданию капель раствора из вращающегося кольца парожидкостной смеси около торцов пластин, что недопустимо. При d ₂/d_в>1,6 уменьшается объем кольцевой полости для установки пластин, ширина которых не обеспечивает центробежную силу, а следовательно, и эффективное улавливание капель.

Выполнение на боковой поверхности пластин продольных канавок позволяет каплям, попавшим на поверхность пластин, стекать вниз в камеру вывода концентрированного раствора, что устраняет их попадание вместе с паром на поверхность внутренних труб, и тем самым увеличивается производительность аппарата.

Установка на боковой поверхности пластин листа, выполненного из пористого материала, устраняет контакт пара с каплями, попавшими на поверхность пластин и листа, и тем самым обеспечивает их отвод в камеру вывода концентрированного раствора, увеличивает эффективность сепарации и, следовательно, производительность аппарата.

Размещение между витками змеевика, из которых выполнена внутренняя труба, воронок, которые снабжены пластинками для обеспечения зазора для стекания конденсата, обеспечивает полный отвод конденсата и препятствует его попадание в раствор.

На фиг.1 изображен пленочный выпарной аппарат со стекающей пленкой; на фиг.2 - верхний участок цилиндрической трубы; на фиг.3 - разрез цилиндрической трубы по сечению А-А; на фиг.4 - часть пластины с продольными канавками; на фиг.5 - боковая часть поверхности пластины с установленным листом, выполненным из пористого материала; на фиг.6 - витки змеевика, из которого выполнена внутренняя труба с установленными воронками.

Выпарной аппарат со стекающей пленкой состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1 с крышкой 2 и днищем 3. Аппарат снабжен штуцерами для ввода и вывода раствора 4 и 5, вывода конденсата вторичного пара 6, подвода и отвода теплоносителя 7 и 8, подвода и отвода хладагента 9 и 10, вспомогательными штуцерами 11. А также имеет камеры для ввода раствора 12 и вывода концентрированного раствора 13, греющую камеру 14 и трубопроводы для подвода 15 и отвода 16 хладагента, отвода конденсата вторичного пара 17. В корпусе аппарата размещены цилиндрические трубы 18, на внутренней поверхности которых установлена кольцевая спираль 19 и коаксиально установлены внутренние трубы 20, выполненные в виде змеевика из витков 21, и патрубки 22 для отвода конденсата вторичного пара. В кольцевых полостях, образованных цилиндрической 18 и внутренними 20 трубами, установлены шайбы 23, снабженные ограничительными ребрами 24. Между шайбами размещены профилированные пластины 25, у которых боковая кромка 26 отогнута по касательной к внутреннему отверстию шайбы 23, и образующие каналы 27 для прохода парожидкостной смеси к поверхности внутренних труб. Цилиндрические трубы 18 снабжены втулкой для распределения жидкости 28, заглушкой 29 и ребрами 30 для обеспечения зазора и крепления. На поверхности пластин 25 выполнены продольные канавки 31 для отвода уловленных капель раствора, а также нанесен лист из пористого материала 32. Между витками 21 змеевика, из которых выполнены внутренние трубы, установлены воронки 33, снабженные пластинками 34 с образованием зазора 35 для прохода конденсата вторичного пара.

Выпарной аппарат со стекающей пленкой работает следующим образом. Раствор через штуцер 4 поступает в камеру 12, распределяется на верхней горизонтальной перегородке, а затем поступает в кольцевые зазоры, образованные внутренней поверхностью цилиндрической трубы 18 и наружной поверхностью втулки, для распределения жидкости 28, выйдя из которых, раствор стекает в виде жидкостной пленки по внутренней поверхности цилиндрических труб, интенсивно перемешиваясь, обтекая витки кольцевой спирали 19. При этом происходит нагревание раствора через стенку цилиндрических труб теплоносителем, поступающим через штуцер 7 в греющую камеру 14, вследствие чего раствор закипает, образуется отток вторичного пара и капель раствора (парожидкостная смесь) с поверхности пленки. Парожидкостная смесь проходит по каналам 27, образованным профилированными пластинами 25, приобретает вращательно-поступательное движение, вследствие чего возникает центробежная сила, которая отбрасывает часть капель на поверхность пластин, которые затем по канавкам 31 стекают в камеру концентрированного раствора 13. В случае наличия на поверхности пластин листа 32, выполненного из перфорированного материала, капли раствора по каналам, образованным порами пористого материала, также стекают вниз в камеру 13. Другая часть капель в месте с потоком вторичного пара, выйдя из каналов 27, вследствие вращательного движения приобретает форму жидкостного кольца и под действием силы тяжести стекает вниз в камеру 13. Освободившийся от капель вторичный пар конденсируется на поверхности внутренних труб 20, в полость которых подается охлаждающая вода через штуцер 9 и трубопроводы 15. Отвод охлаждающей воды осуществляется через трубу 16, соединенную со штуцером 10. Образовавшийся конденсат по виткам 21 поступает на поверхность воронок 33 и через зазоры 35 стекает во внутрь витков, а затем в полость патрубков 22, через которые по трубопроводу 17 выводится из аппарата. Сконцентрированный раствор на выходе из цилиндрических труб поступает в камеру 13, а затем через штуцер 5 выводится из аппарата.

Использование заявляемого пленочного выпарного аппарата со стекающей пленкой позволяет увеличить производительность аппарата, что снижает капитальные и текущие затраты а, следовательно, и себестоимость выпускаемого продукта.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР № 1134210, В01D 1/22, 1985 г., БИ № 2.

2. Авторское свидетельство СССР № 1745278, МКЛ В01D 1/22, 1992 г., БИ № 5.