Выпарной аппарат для концентрирования растворов

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ВЫПАРНОЙ АППАРАТ ДЛЯ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ РАСТВОРОВ(71) Заявитель Белорусский государственный технологический университет(73) Патентообладатель Белорусский государственный технологический университет(57) Выпарной аппарат для концентрирования растворов, содержащий корпус, горизонтальную перегородку,нагревательные элементы, трубные решетки коллекторов для распределения греющего пара и отвода его конденсата, штуцера для подвода раствора и греющего пара, а также для отвода концентрированного раствора, конденсата и вторичного пара, отличающийся тем, что нагревательные элементы имеют плоскоовальную форму с вертикальным расположением большой оси и жестко заделаны по торцам в трубные решетки секциями по три штуки в каждой с соотношением зазоров между секциями к зазорам между элементами, равным 2,5 причем расстояния между нижними овалами и горизонтальной перегородкой и между верхними овалами и верхним краем трубной решетки равны зазору между элементами в секциях. 4331 1 Изобретение относится к устройствам для концентрирования растворов путем испарения влаги из них при температуре кипения и может быть использовано в качестве выпарного аппарата в химической, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности. Как известно, при концентрировании растворов одно- и многократным испарением влаги в выпарных установках для интенсификации теплообмена предложены технические решения с естественной и принудительной циркуляцией раствора 1, а для снижения температурных потерь на гидростатический эффект и устранения разложения термолабильных продуктов созданы пленочные аппараты трубчатого типа и роторные лопастные 2. Из них пленочные аппараты с вертикальными нагревательными трубками имеют большие габариты, а роторного типа сложны по устройству и требуют установки электропривода. Известен выпарной аппарат 3 с испарительными элементами в виде желобов трапецеидальной формы,расположенных горизонтально ярусами друг над другом и обеспечивающих существенное снижение температурных потерь на гидростатический эффект. Однако из-за отсутствия организованной циркуляции раствора на испарительных элементах невозможно достигнуть интенсивного теплообмена и устранить отложение осадков на теплопередающих поверхностях, что приводит к большой металлоемкости конструкций и ненадежной их работе. Из известных аппаратов наиболее близким к предлагаемому изобретению является выпарной аппарат для концентрирования жидкостей 4 с пучком горизонтальных нагревательных элементов эллиптической формы, расположенных в шахматном порядке внутри испарительной камеры. В этой конструкции раствор подогревается и кипит в межэлементном пространстве, а греющий пар движется и конденсируется внутри нагревательных элементов. Недостатком данного выпарного аппарата является то, что горизонтальные нагревательные элементы, расположенные в шахматном порядке, не обеспечивают организованного контура циркуляции раствора и тем самым интенсивного теплообмена между испаряемым раствором и конденсирующимся паром. В результате чего для развития теплопередающей поверхности требуется устанавливать большое количество нагревательных элементов. Кроме того, высокий уровень раствора в зоне кипения приводит к заметным температурным потерям на гидростатический эффект и вполне вероятному разложению термолабильных продуктов. Задача предполагаемого изобретения - обеспечить интенсивный теплообмен в процессе выпаривания и устранить перегрев раствора и возможное термическое разложение продуктов за счет создания организованной циркуляции раствора у теплопередающих поверхностей при малой высоте уровня в зоне кипения и снижения температурных потерь на гидростатический эффект до минимума. Поставленная задача достигается тем, что в выпарном аппарате, содержащем корпус, крышку, плоскую горизонтальную перегородку, штуцера для подвода и отвода раствора и вторичного пара, нагревательные элементы плоскоовальной формы жестко заделаны по торцам в трубные решетки коллекторов для подвода греющего пара и отвода конденсата секциями по три штуки в каждой с соотношением зазоров между секциями к зазорам между элементами,равным 2,5, а также расположением большой оси элементов вертикально и соблюдением расстояния между нижними овалами и горизонтальной перегородкой, равным зазору между элементами в секциях. Высоту уровня раствора над верхними овалами элементов рекомендуется поддерживать равной зазору между элементами за счет верхнего среза трубной решетки. На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый выпарной аппарат (главный вид), его продольный разрез на фиг. 2 и поперечный разрез (А-А) на фиг. 3. Аппарат содержит цилиндрический корпус 1 с горизонтальной перегородкой 2, над верхней поверхностью которой расположены с вполне определенным зазором нагревательные элементы 3 плоскоовальной формы, жестко заделанные по торцам в трубные решетки 4, 5 (коллекторов подвода и распределения греющего пара 6, 7 и отвода конденсата 8 с соответствующими штуцерами 9, 10) секциями по три штуки в каждой с соотношением зазоров между секциями к зазорам между элементами, равным 2,5, штуцер для подвода исходного раствора 11, штуцер для отвода концентрированного раствора 12 и штуцер для отвода вторичного пара 13. Принцип работы аппарата следующий. Исходный раствор через штуцер 11 подается в аппарат на горизонтальную перегородку 2 и, заполняя пространство между плоскоовальными нагревательными элементами до уровня немного выше высоты трубной решетки 5, начинает кипеть с образованием вторичных паров и перетекать по ней в направлении штуцера 12, по которому и отводится из аппарата уже сконцентрированным, а образующиеся при кипении вторичные пары выводятся по штуцеру 13. Одновременно по штуцеру 9 в коллектор 6 подается греющий пар, который вначале распределяется и перемещается внутри нагревательных элементов двух секций, а затем посредством коллектора 7 направляется в нагревательные элементы третьей секции (количество секций может быть и больше). При этом пар, отдавая тепло кипящему раствору, конденсируется и в виде конденсата отводится по штуцеру 10. Последовательное движение греющего пара и конденсата по секциям позволяет повысить скорость их движения и, следовательно,интенсифицировать теплоотдачу со стороны конденсирующегося пара, а также упростить регулирование его расхода и обслуживание при эксплуатации. Интенсификация теплообмена со стороны раствора достигается организацией его активной циркуляции у наружной поверхности плоскоовальных элементов благодаря их секционированному расположению. На фиг. 4 показан механизм организованной циркуляции кипящего раствора вместе с вторичными парами в за 2 4331 1 зоре между элементами секции вверх и в зазоре между секциями вниз из-за существенной разности плотностей восходящего и нисходящего потоков. Возникновение разности плотностей за счет образующегося вторичного пара обусловлено тем, что поверхность теплообмена, приходящаяся на единицу объема раствора в зазоре между плоскоовальными элементами в несколько раз больше, чем в зазоре между секциями. С целью устранения температурных потерь на гидростатический эффект и перегрев концентрируемого раствора высота его слоя на горизонтальной перегородке 2 должна поддерживаться размерами трубной решетки 5 таким, чтобы уровень раствора над верхними овалами нагревательных элементов соответствовал величине зазоров между элементами. Источники информации 1. Выпарные трубчатые аппараты для химических производств. Каталог. -М. ЦИНТИ, 1985. 2. Олевский В.М., Ручинский В.Р. Роторно-пленочные тепло- и массообменные аппараты. -М. Химия,1977. 3. А.с. СССР 700155, МКИ В 01 1/22. -1979. 4.1840834, кл. 139-26, 1932. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.