Способ выделения компонентов из жидкой смеси

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ ИЗ ЖИДКОЙ СМЕСИ(71) Заявитель Белорусская государственная политехническая академия(73) Патентообладатель Белорусская государственная политехническая академия(57) Изобретение относится к области разделения жидких смесей и растворов и может быть использовано в химической и энергетической промышленности, а также может быть применено для уменьшения загрязнения окружающей среды. Задача, решаемая изобретением, - повышение производительности и предотвращение накипеобразования. Решаемая задача достигается тем, что в способе выделения компонентов из жидкой смеси, включающем разгон жидкой смеси, ее нагрев, выделение компонентов путем испарения с удалением паров, газов и неиспарившейся части смеси, смеси придают скорость, превышающую критическую, величина которой зависит от состава жидкой смеси и условий теплообмена, и перемещают ее вдоль теплообменных поверхностей по криволинейной замкнутой траектории. 4525 1 Изобретение относится к области разделения жидких смесей и растворов и может быть использовано в химической и энергетической промышленности, а также может быть применено для уменьшения загрязнения окружающей среды. Известен способ выделения компонентов из жидкой смеси, используемый при переработке сточных вод,при котором предварительно химически обработанные сточные воды концентрируют упариванием сначала в 2,5-3,5 раза при их нисходящем движении в виде пленки и далее в 5-7 раз. Затем твердую фазу отделяют, а раствор возвращают в технологический процесс 1. Недостаток этого способа - большие поверхности теплообмена и испарения из-за низкой интенсивности теплообмена, возможность образования отложений на теплообменных поверхностях. Известен способ удаления газов из питательной воды тепловых электрических станций, при котором для создания кипения воды используется эффект понижения давления в центре циклонной камеры 2. Недостаток - необходим подогрев воды вне устройства. Также известен принцип работы роторного пленочного испарителя, в котором на роторе аппарата на шарнирах подвижно закреплены лопатки, которые под действием центробежной силы прижимаются к поверхности теплообмена и распределяют по ней исходный продукт в виде тонкой пленки 3. При этом лопатки очищают поверхность теплообмена от различных отложений и загрязнений. Недостатком этого способа является потребность в механической работе, износ трущихся поверхностей и лопаток ротора, работа в узком диапазоне расходов. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ работы выпарного вертикального аппарата с центральной циркуляционной трубой и нагревательными элементами,расположенными коаксиально вблизи боковой стенки 4. Раствор проходит через теплообменную поверхность сверху вниз, нагревается греющими трубками и кипит. Образующийся пар отводится через верхний патрубок, а концентрированный раствор - через нижний. Недостатки этого технического решения - возможно накипеобразование, из-за малых скоростей жидкости мала интенсивность теплообмена, отсюда большие размеры устройства при его малой производительности. Задача, решаемая изобретением,- повышение производительности и предотвращение накипеобразования. Решаемая задача достигается тем, что в способе выделения компонентов из жидкой смеси, включающий разгон жидкой смеси, ее нагрев, выделение компонентов путем испарения с удалением паров, газов и неиспарившейся части смеси, смеси придают скорость превышающую критическую, величина которой зависит от состава жидкой смеси и условий теплообмена, и перемещают ее вдоль теплообменных поверхностей по криволинейной замкнутой траектории. Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию новизна. При изучении других технических решений, известных в данной области, технические признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию существенные отличия. Физическая сущность изобретения состоит в следующем. Производительность установки в первую очередь зависит от интенсивности теплообмена жидкой смеси с теплообменными поверхностями. Теплоотдача от теплообменных поверхностей осуществляется конвекцией. В этом случае коэффициент теплоотдачи зависит от скорости движения смеси в степени 0,7-0,8. Поэтому с увеличением скорости интенсивность теплоотдачи от нагревателя возрастает, что приводит к увеличению производительности установки. При движении жидких смесей вдоль теплообменных поверхностей, которые греют смесь, возможно выпадение осадка в виде накипи. Однако, если эта скорость составляет определенную величину (например, для морской воды это 9 м/с - критическая скорость) или выше ее, то накипеобразования не происходит, а осадок в виде шлама движется вместе со смесью. Эта скорость зависит от состава смеси, теплообменных поверхностей и условий теплообмена. Таким образом, если в устройстве смесь движется со скоростью, большей критической, накипеобразования на теплообменных поверхностях не происходит. Это поддерживает высокий коэффициент теплоотдачи во все время работы установки, что обеспечивает ее повышенную производительность. Для придания смеси требуемой скорости ей необходимо подвести определенную кинетическую энергию, т.к. в подводящем к испарителю трубопроводе смесь ее не имеет. Для сообщения смеси определенной кинетической энергии ее подают в испарительную камеру через направляющий аппарат, после которого смесь тангенциально и с требуемой скоростью входит в испарительную камеру. При необходимости (вязкая смесь, большая доля шлама и т.д.) для придания ей требуемой кинетической энергии можно использовать газ под давлением, проходящий в испарительную камеру через направляющий аппарат вместе со смесью или отдельно от нее. В этом случае жидкость может быть подана через дополнительный патрубок, находящийся вблизи направляющего аппарата. Кроме того, для обеспечения требуемой скорости движения жидкой смеси ее необходимо пропускать мимо теплообменных поверхностей по криволинейной замкнутой траектории. Так как в ограниченном объеме испарителя только в этом случае можно обеспечить требуемую скорость смеси путем многократного прохождения одной и той же порции смеси мимо теплообменных поверхностей. Это можно осуществить в 4525 1 определенным образом спроектированной циклонной камере с расположенными на ее максимальном радиусе нагревательными поверхностями. Изобретение поясняется чертежом, на котором представлено продольное сечение циклонной камерыиспарителя. Испаритель имеет корпус 1, внутри которого находится камера испарения 2, с направляющим аппаратом 3, нагревателем 4, патрубками отвода паров и газов 5 и отвода неиспарившейся части смеси - 6. Испаритель работает следующим образом. Через направляющий аппарат 3 тангенциально с требуемой скоростью в камеру испарения 2 подается жидкая смесь или же жидкая смесь и газ. За счет центробежных сил смесь удерживается в испарительной камере возле боковой стенки и, вращаясь, многократно проходит мимо теплообменных поверхностей нагревателя 4, при этом нагреваясь. Достигнув температуры насыщения, смесь кипит, пар и газ уходят в верхний патрубок 5, а неиспарившаяся часть смеси - в нижний 6. Использование заявляемого изобретения - способа выделения компонентов из жидкой смеси - позволяет повысить производительность и предотвратить накипеобразование на теплообменных поверхностях испарительных устройств. Источники информации 1. А.с. СССР 1354623, МПК С 021/04, 9/00, 1985. 2. А.с. СССР 1354615, МПК 021/20, В 0119/00, 1984. 3. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника. Справочник / Под ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина. - М. Электроатомиздат, 1983. - С. 145-151. 4. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника. Справочник / Под ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина. - М. Электроатомиздат, 1983. - С. 139-144 (прототип). Способ выделения компонентов из жидкой смеси, включающий разгон жидкой смеси, ее нагрев, выделение компонентов путем испарения с удалением паров, газов и неиспарившейся части смеси, отличающийся тем, что смеси придают скорость, превышающую критическую, величина которой зависит от состава жидкой смеси и условий теплообмена, и перемещают ее вдоль теплообменных поверхностей по криволинейной замкнутой траектории. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.