ИСПАРИТЕЛЬ

Полезная модель относится к технике проведения тепло- и массообменных процессов, а именно испарению жидких сред (жидкостей, растворов, суспензий) в режиме кипения, и может быть использовано в химической, нефтехимической, пищевой и фармацевтической промышленности, в теплообменниках, испарителях, дистилляторах, сушилках, выпарных и массообменных аппаратах.
Известен перегонный аппарат, в котором диспергированную жидкую среду подают на множество оболочкообразных элементов, выполненных из тонкого материала и расположенных один рядом с другим. При этом элементы работают как теплообменники между испаряющейся жидкостью, текущей пленкой вдоль наружных поверхностей элемента, и конденсирующимся паром, направляемым внутрь элемента (патент РФ №2076762, МПК B01D 1/22, 10.04.1997 г.).
Недостатками данного аппарата являются сложность конструктивного исполнения как самого аппарата, так и оболочкообразных элементов, выполняемых из термопластичной пленки; невозможность формирования четких геометрических размеров проходных сечений рабочих пространств из пластичной пленки и, вследствие этого, наличие различных гидродинамических и тепло-массообменных режимов проведения процесса испарения, что уменьшает эффективность работы аппарата; малая механическая прочность пленки и ее большое термическое сопротивление, которое вместе с термическим сопротивлением образующихся отложений ограничивают производительность по выпариванию.
Известен испаритель, действующий по принципу падающей пленки, содержащий корпус и устройство, состоящее из испарительных трубок, находящееся в корпусе, при этом концентрируемая жидкость подается на наружную поверхность испарительного трубчатого устройства, и пар подается внутрь трубок испарительного трубчатого устройства (патент РФ №2122456, МПК B01D 1/06, 27.11.1998 г.).
Недостатками данного испарителя являются сложность изготовления трубного пучка с коллекторным соединением как самих теплообменных труб, так и выполненных из них испарительных элементов, громоздкость конструкции и, соответственно, большая металлоемкость.
Известен испаритель пленочного типа со стекающей жидкостной пленкой, содержащий обогреваемый вертикальный корпус, размещенную в нем соосно обогреваемую цилиндрическую камеру и устройство для распределения жидкости по греющим поверхностям (патент РФ №2184590, MПK B01D 1/22, 10.07.2002 г.).
Недостатками данного испарителя являются ограниченная площадь греющих поверхностей и, соответственно, ограниченная площадь испарения, которая определяется только конструктивными размерами обогреваемых вертикальных поверхностей корпуса и центральной камеры, по которым стекает жидкостная пленка; неравномерность толщины пленки жидкости по высоте и, соответственно, неравномерность ее прогрева и испарения, необходимость ограничения в аппаратах с пленочным течением жидкости теплового напора для того, чтобы пузырьковый режим кипения не перешел в пленочный режим кипения, при котором резко уменьшается интенсивность испарения. Эти недостатки определяют малую удельную производительность по испаренной жидкости, а для того, чтобы увеличить общую производительность аппарата, необходимо увеличивать его конструктивные размеры, что ведет к увеличению его габаритов и металлоемкости.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является испаритель, содержащий обогреваемый вертикальный корпус и устройство для распределения жидкости по греющим поверхностям, которые представляют собой наклонные плоскости с углом наклона 1040° к горизонтали, выполненные в виде зигзагов, герметично закрепленных на противоположных стенках со смещением и зазором, при этом греющие поверхности имеют температуру превышающую в 1,2-2,3 раза температуру кипения испаряемой жидкости, подаваемой в виде капель (патент РФ №107960, МПК В01D 1/22, 14.03.2011 г.).
Недостатками данного испарителя являются то, что при фиксированном неподвижном положении устройства для распределения жидкости, подаваемые на греющую поверхность капли могут сливаться друг с другом до того, как они успеют испариться, что может привести к образованию пленки жидкости и, соответственно, снижению интенсивности испарения, а также не эффективным использованием площади греющей поверхности, вызванным тем, что в связи с малым временем испарения капель, основной объем подаваемой жидкости испарится на верхней секции зигзагообразной греющей поверхности, а другая секция практически может не участвовать в процессе, хотя и требует теплоты на нагрев, что ведет к повышенным энергозатратам, увеличенным габаритам и металлоемкости аппарата.
Техническим результатом предлагаемой конструкции является увеличение эффективности процесса испарения за счет равномерного и полного использования греющей поверхности, снижение энергозатрат, уменьшение габаритов и металлоемкости аппарата.
Технический результат достигается тем, что испаритель, содержащий вертикальный корпус и устройство для распределения жидкости по греющей поверхности, представляющей собой наклонные плоскости, имеющие температуру, превышающую в 1,2-2,3 раза температуру кипения испаряемой жидкости, подаваемой в виде капель, отличается тем, что греющая поверхность имеет форму конуса, а устройство для распределения жидкости по греющей поверхности представляет собой коллектор, выполненный с возможностью вращения, в виде крестовины из взаимно перпендикулярных трубок с отверстиями, расположенными с шагом l=(2,5-5)d, где l - шаг между отверстиями, d - диаметр отверстия, причем отверстия на одной трубке относительно другой смещены на расстояние, равное половине шага между отверстиями.
Нагрев греющих поверхностей осуществляют любым известным способом: паром, жидким теплоносителем или электрическими нагревательными элементами.
На фиг.1 показана схема испарителя, обогреваемого паром, на фиг.2 разрез испарителя по А-А.
Испаритель состоит из цилиндрического корпуса 1; верхней крышки 2 со штуцерами отвода пара 3; нижней крышки 4 с дренажными штуцерами 5. На нижней крышке расположена греющая поверхность 6, представляющая собой наклонные плоскости с углом наклона 10-40° к горизонтали и имеющие температуру, превышающую в 1,2-2,3 раза температуру кипения испаряемой жидкости, подаваемой в виде капель, и имеющая форму конуса, выполненного из твердого теплопроводного материала, например стали, со штуцером 7 подвода греющего пара и штуцерами 8 отвода греющего пара. На верхней крышке расположено устройство для распределения жидкости 9, имеющее возможность вращения, которое представляет из себя коллектор (фиг.2), выполненный в виде крестовины из взаимно перпендикулярных трубок 10 с отверстиями 11, расположенными с шагом l=(2,5-5)d, где l - шаг между отверстиями, d - диаметр отверстия, причем отверстия на одной трубке относительно другой смещены на расстояние, равное половине шага между отверстиями.
Испаритель работает следующим образом. Греющий пар подается через штуцер 7 и обеспечивает необходимую температуру греющей поверхности 6. Отработанный пар удаляется через штуцеры 8. Испаряемая жидкость подается в устройство для распределения жидкости 9, имеющее возможность вращения. Затем, проходя по трубкам 10 через отверстия 11, жидкость в виде капель подается на греющую поверхность 6. За счет вращения капли жидкости будут равномерно распределяться рядами по круговым траекториям на греющей поверхности 6. Причем каждый последующий ряд смещен относительно предыдущего на расстояние, равное половине шага между отверстиями 1/2. При вращении коллектора каждая последующая капля, подаваемая из одного и того же отверстия попадает на греющую поверхность, свободную от предыдущей капли. Это обстоятельство позволяет соблюсти условие раздельных как подачи, так и испарения капель жидкости, т.е. исключает возможность их слияния в пленку жидкости, обеспечивает равномерное и полное использование всей греющей поверхности 6, что повышает эффективность процесса испарения и, соответственно, снижает энергозатраты, а также за счет рационального использования площади греющей поверхности уменьшаются габариты и металлоемкость аппарата. Капли жидкости интенсивно испаряются, полученный пар за счет естественной конвекции движется вверх и удаляется из аппарата через штуцеры 3, расположенные на верхней крышке 2. В случае неполного испарения капель жидкости упаренный раствор удаляется через дренажные штуцеры 5, находящиеся на нижней крышке 4.
Таким образом, предлагаемый испаритель позволяет увеличить эффективность процесса испарения за счет равномерного и полного использования греющей поверхности, снизить энергозатраты, уменьшить габариты и металлоемкость аппарата.