RU2108840C1

RU2108840C1 - Rotary sectional evaporator

Info

Publication number: RU2108840C1
Application number: RU95113925A
Authority: RU
Inventors: А.Ф. Сорокопуд
Original assignee: Кемеровский технологический институт пищевой промышленности
Priority date: 1995-08-02
Filing date: 1995-08-02
Publication date: 1998-04-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: this kind of evaporator is used in food, chemical, pharmaceutical and other branches of industry and is intended for freeing various mixtures from substantial amounts of readily volatile component in process of concentrating thermally labile materials. Apparatus has vertical cylindrical housing which in its height is divided into sections. Diameter of sections is reduced from upper to lower section. Each section is provided with jacket, and heat carrier is delivered into it. Each section is separated into several contact members which are made up of drain plate, rotating sprayer with intake device and wall-mounted drip-baffle which together create common heat-transfer surface in combination with heated housing. Intensive circulation of solution on each contact member is accompanied with multiple dispersion and agitation of liquid film on heat-exchanging surface. Aforesaid embodiment of apparatus substantially improves quality of evaporation process and widens range of loads relating to liquid phase. EFFECT: higher efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к конструкциям роторных тепломассообменных аппаратов и может быть использовано в пищевой, химико- фармацевтической, химической и смежных отраслях промышленности при удалении из смесей значительных количеств легколетучего компонента в процессах концентрирования термолабильных веществ. The invention relates to designs of rotary heat and mass transfer apparatuses and can be used in food, chemical, pharmaceutical, chemical and related industries when removing significant amounts of volatile component from mixtures in the processes of concentration of thermolabile substances.

Наиболее близким по техническому решению является пленочный секционный испаритель, состоящий из нескольких секций небольшой длины, каждая нижерасположенная секция имеет диаметр меньший, чем у верхней секции. Секции состоят из одинаковых элементов - кожух, трубная доска, испарительные трубы с прорезями в верхних концах для распределения жидкости в виде пленки по внутренней поверхности этих труб и пароотводные трубы, расположенные по оси аппарата, причем верхние концы пароотводных труб находятся выше уровня жидкости, находящейся на трубных досках. Между секциями расположен каплеотбойник, наличие которого исключает попадание капель жидкости в нижнюю часть аппарата. The closest in technical solution is a film sectional evaporator, consisting of several sections of small length, each downstream section has a diameter smaller than that of the upper section. Sections consist of the same elements - a casing, a tube plate, evaporation pipes with slots in the upper ends for distributing a liquid in the form of a film on the inner surface of these pipes and steam pipes located along the axis of the apparatus, the upper ends of the steam pipes being higher than the liquid level located on pipe boards. Between the sections there is a droplet eliminator, the presence of which eliminates the ingress of liquid droplets into the lower part of the apparatus.

Недостатками этого испарителя являются громоздкость, высокая металлоемкость, невысокая интенсивность процессов теплообмена с пленочной поверхности. The disadvantages of this evaporator are cumbersome, high metal consumption, low intensity of heat transfer processes from the film surface.

Цель изобретения - повышение эффективности процессов тепломассообмена, расширение диапазона нагрузок по жидкой фазе. The purpose of the invention is improving the efficiency of heat and mass transfer processes, expanding the range of loads in the liquid phase.

Цель достигается тем, что роторный испаритель разделен на несколько секций небольшой высоты с уменьшающимся диаметром в каждой нижележащей секции, а каждая секция разделена на несколько контактных элементов, состоящих из сливной тарелки, вращающегося распылителя с заборным устройством и пристенного каплеотбойника, образующих единую теплопередающую поверхность с обогреваемым корпусом, в пределах каждого из которых осуществляется многократная циркуляция жидкости. The goal is achieved in that the rotary evaporator is divided into several sections of small height with a decreasing diameter in each underlying section, and each section is divided into several contact elements consisting of a drain plate, a rotating atomizer with a suction device and a wall-mounted droplet collector, forming a single heat transfer surface with a heated surface case, within each of which multiple circulation of liquid is carried out.

На чертеже представлен роторный секционный испаритель, вертикальное сечение. The drawing shows a rotary sectional evaporator, vertical section.

Секционный испаритель состоит из корпуса 1, вала 2, сепаратора жидкости 3, распылителя 4, каплеотбойников 5, сливной тарелки 6, рубашки 7, центробежного пленкообразователя 8, переливного устройства 9, подшипниковых опор 10 и 11, переточной трубы 12. The sectional evaporator consists of a housing 1, a shaft 2, a liquid separator 3, an atomizer 4, drop eliminators 5, a drain plate 6, a shirt 7, a centrifugal film former 8, an overflow device 9, bearing bearings 10 and 11, a transfer pipe 12.

Роторный секционный испаритель работает следующим образом. Rotary sectional evaporator operates as follows.

Исходный раствор подается в сепаратор 3, откуда сливается в распылитель верхнего контактного элемента (совокупность распылителя, тарелки и каплеотбойника). Из распылителя 4 исходный раствор, смешавшись с раствором, подаваемым в распылитель заборным устройством, с тарелки диспергируется в свободное пространство контактного элемента. Достигнув пристенного каплеотбойника 5, капли раствора ударяются о его элементы, которые с корпусом 1 образуют единую теплопередающую поверхность и так же как стенки корпуса 2, передают тепло раствору от теплоносителя, подаваемого в рубашку 7. Отразившись от элементов каплеотбойника, раствор попадает на стенку корпуса 1 и стекает по ней на сливную тарелку 6, откуда большая его часть вновь подается на диспергирование с помощью заборного устройства, расположенного в нижней части распылителя. Другая часть раствора в количестве, равном количеству свежепоступившего на контактный элемент, по переточной трубе 12 стекает в распылитель нижерасположенной контактной ступени. The initial solution is fed into the separator 3, from where it is discharged into the atomizer of the upper contact element (the combination of the atomizer, plates and droplet eliminator). From the sprayer 4, the initial solution, mixed with the solution supplied to the sprayer by the intake device, is dispersed from the plate into the free space of the contact element. Having reached the wall drop collector 5, the solution drops hit its elements, which form a single heat transfer surface with the body 1 and, like the walls of the case 2, transfer heat to the solution from the coolant supplied to the jacket 7. Reflecting from the elements of the drop collector, the solution enters the wall of the case 1 and flows down it onto the drain plate 6, from where most of it is again fed to the dispersion using the intake device located at the bottom of the spray gun. Another part of the solution in an amount equal to the amount of freshly arrived at the contact element flows through the transfer pipe 12 into the atomizer of the downstream contact stage.

Удар капель раствора о пленку жидкости на поверхности элементов пристенного каплеотбойника 5 и о пленку на стенке корпуса 1 вызывает ее интенсивную турбулизацию и способствует интенсификации процессов тепломассообмена, проводимых на контактном элементе. Тарелки 6 также образуют единое целое с корпусом 1, делят его на контактные элементы и играют роль дополнительной поверхности теплопередачи между теплоносителем и раствором. The impact of the solution droplets on the liquid film on the surface of the elements of the wall drop eliminator 5 and on the film on the wall of the housing 1 causes its intense turbulization and helps to intensify heat and mass transfer processes carried out on the contact element. Plates 6 also form a single unit with the housing 1, divide it into contact elements and play the role of an additional heat transfer surface between the coolant and the solution.

Многократная циркуляция раствора на каждом контактном элементе сопровождается многократным диспергированием и ударами капель о пленку жидкости на поверхности теплообмена. Это позволяет достичь требуемой эффективности процессов тепло-массообмена путем подбора соответствующей кратности циркуляции. Работа нижерасположенных контактных элементов аналогична работе верхнего. Multiple circulation of the solution on each contact element is accompanied by repeated dispersion and shock drops on the liquid film on the heat exchange surface. This allows you to achieve the required efficiency of the processes of heat and mass transfer by selecting the appropriate multiplicity of circulation. The work of the lower contact elements is similar to the work of the upper.

Испаряющийся с контактного элемента легколетучий компонент в виде паров проходит вверх по аппарату через специальные окна в сливных тарелках, верхний срез которых расположен выше уровня жидкости на ней. На своем пути пар встречает сопротивление в виде факелов распыленной жидкости. Этим объясняется низкое гидравлическое сопротивление испарителя, что и позволяет использовать его для разделения под вакуумом термолабильных смесей. Перед выходом из испарителя пар проходит сепаратор 3, в котором отделяются капли уносимого раствора. The volatile component evaporating from the contact element in the form of vapors passes up the apparatus through special windows in the drain plates, the upper slice of which is located above the liquid level on it. On its way, steam encounters resistance in the form of torches of atomized liquid. This explains the low hydraulic resistance of the evaporator, which allows it to be used for separation of thermolabile mixtures under vacuum. Before exiting the vaporizer, a separator 3 passes, in which droplets of the entrained solution are separated.

Поскольку из раствора по мере его движения сверху вниз по испарителю удаляется большое количество растворителя, то на каждом нижерасположенном контактном элементе количество разделяемого раствора ощутимо уменьшается. Это предопределяет уменьшение диаметра секций с соответствующим уменьшением диаметра контактных элементов и распылителей на них с целью обеспечения необходимых гидродинамических условий для эффективного проведения процессов тепломассообмена. По мере концентрирования раствора изменяются его физико-химические характеристики, что влечет соответствующие изменения в условиях образования поверхности контакта фаз, удельной плотности орошения и т.п. Это в конечном итоге предопределяет соответствующие конструктивные изменения распылителей и использование пленкообразователей 8 для обеспечения соответствующих гидродинамических условий эффективному проведению процессов тепломассообмена. Температура теплоносителей в каждой секции создается такой, чтобы обеспечить максимальную интенсивность тепломассообмена с учетом изменения физических свойств раствора. Since a large amount of solvent is removed from the solution as it moves up and down the evaporator, the amount of the solution to be separated is noticeably reduced on each contact element below. This predetermines a decrease in the diameter of the sections with a corresponding decrease in the diameter of the contact elements and sprays on them in order to ensure the necessary hydrodynamic conditions for efficient heat and mass transfer processes. As the solution is concentrated, its physicochemical characteristics change, which entails corresponding changes in the conditions of formation of the contact surface of phases, specific density of irrigation, etc. This ultimately determines the appropriate design changes of the nebulizers and the use of film formers 8 to ensure the appropriate hydrodynamic conditions for the efficient conduct of heat and mass transfer. The temperature of the coolants in each section is created so as to ensure maximum heat and mass transfer taking into account changes in the physical properties of the solution.

Положительный эффект - повышение эффективности процессов тепломассообмена и расширение диапазона нагрузок по жидкой фазе достигается, во-первых, путем деления испарителя на секции небольшой длины с уменьшающимся диаметром каждой нижележащей секции; во-вторых, делением каждой секции на контактные элементы с организацией многократной циркуляции жидкости на каждом контактном элементе; в-третьих, обеспечением интенсивного обновления и турбулизации пленки жидкости, стекающей по теплообменной поверхности; в-четвертых, путем подбора геометрических характеристик распылителей в соответствии с изменением физико-химических характеристик раствора по высоте аппарата с целью обеспечения необходимых гидродинамических условий эффективной работы каждого контактного элемента. A positive effect - increasing the efficiency of heat and mass transfer processes and expanding the range of loads in the liquid phase is achieved, firstly, by dividing the evaporator into sections of small length with a decreasing diameter of each underlying section; secondly, by dividing each section into contact elements with the organization of multiple circulation of fluid on each contact element; thirdly, by providing intensive updating and turbulization of a film of liquid flowing down on a heat-exchange surface; fourthly, by selecting the geometric characteristics of the nozzles in accordance with the change in the physicochemical characteristics of the solution along the height of the apparatus in order to provide the necessary hydrodynamic conditions for the effective operation of each contact element.

Claims

A rotary sectional evaporator containing a vertical cylindrical body divided in height into several sections with a decreasing diameter of each underlying one, which is equipped with heating jackets, characterized in that each section is divided into several contact elements consisting of a drain plate, a rotating spray with a intake device and a wall drop collector, forming a single heat transfer surface with a heated housing.