СПОСОБ ВЫПАРИВАНИЯ ПЕНЯЩИХСЯ РАСТВОРОВ
METHOD FOR EVAPORATION OF FOAMING SOLUTIONS

Изобретение относится к способам выпаривания пенящихся растворов в установках концентрирования и может быть использовано в атомной, химической, целлюлозно-бумажной, пищевой и других отраслях промышленности.
Решение о необходимости гашения пены принимается на различных стадиях создания технического объекта: до его разработки, при сооружении и даже после начала эксплуатации (при изменении технологии, состава перерабатываемых растворов и прочее). На гашение пены или предотвращение ее появления необходимо затратить энергию (тепловую, химическую, механическую), расход которой зависит от пенообразующих свойств концентрируемого раствора и устойчивости пены.
В установках для переработки (в том числе и концентрирования), пенящихся растворов применяется несколько разных способов гашения пены (Тихомиров В.К. Пены. «Теория и практика их получения и разрушения», изд. «Химия», М., 1983, с. 232).
Весьма распространенным методом является введение в перерабатываемый раствор пеногасителя. Недостатком этого метода является необходимость селективного подбора пеногасителя для каждого типа раствора. Иногда для этого требуется длительное время, в течение которого объект работает менее эффективно. На применении этого метода основаны патенты РФ №2077365, кл. B01D 19/04, A01J 11/02, 1995 и №2243816, кл. B01D 19/04, A01J 11/02, А23С 21/00, 2002.
Другим распространенным способом пеногашения является термический способ. Примерами его применения являются авторские свидетельства №1473785, кл. B01D 1/00, B01D 9/02, 1987, №1662597, кл. B01D 1/22, 1989, патент РФ №2056121, кл. B01D 1/00, 1991. Разрушение пены осуществляется за счет испарения из пены части жидкости, что приводит к уменьшению толщины стенки пузырей и уменьшению их прочности. Недостатком этих технических решений является размещение в сепараторе подогреваемых элементов - жаровых труб, что, в частности, создает дополнительное сопротивление движению вторичного пара и повышение его температуры.
Аналогичным недостатком обладает и механический метод разрушения пены (патент РФ №46943 на полезную модель, кл. В01В 1/00, 2005).
Известен аппарат для предотвращения вспенивания в ректификационной колонне, который используется для реализации способа по патенту США №3354051, кл. B01D 19/02, 1964, принятый в качестве аналога. Способ включает подачу исходного раствора и греющего пара, разделение концентрированного раствора и вторичного пара, вывод концентрированного раствора, конденсацию греющего и вторичного пара.
Недостатком приведенного способа, препятствующим применению его в выпарных аппаратах установок концентрирования пенящихся при кипении растворов, является то, что предотвращение вспенивания осуществляется путем тангенциального ввода в колонну смеси подогреваемой жидкости и пара отпарной колонны под защитное кольцо, что приводит к ухудшению качества конденсата вторичного пара. Защитное кольцо также значительно сужает сечение для прохода вторичного пара.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ выпаривания по авторскому свидетельству СССР №1490111, кл. С07С 126/02, B01D 1/10,1/06. Этот способ выпаривания принят в качестве прототипа.
Способ выпаривания по авторскому свидетельству №1490111 состоит в подаче исходного раствора и греющего пара в выпарной аппарат с сепаратором, разделении в сепараторе концентрированного раствора и вторичного пара, выводе концентрированного раствора, конденсации греющего пара и вторичного пара и вводе в сепаратор увлажненного пара со степенью сухости 0,7-0,9.
Недостатком прототипа является необходимость иметь в постоянной готовности дополнительный источник увлажненного пара с заданной степенью сухости. Кроме того, подача в сепаратор увлажненного пара, содержащего капли влаги, создает дополнительную нагрузку на жалюзийный отбойник.
Отмеченные недостатки снижают эффективность применения прототипа для выпаривания пенящихся при кипении концентрируемых растворов.
Указанные недостатки отсутствуют в предлагаемом способе выпаривания.
Заявляемый «Способ выпаривания пенящихся растворов» отличается от прототипа тем, что при появлении в сепараторе пены часть вторичного пара отбирают, нагревают, сжимают и возвращают в зону пенообразования сепаратора для разрушения пены. При нагреве и сжатии значения температуры и давления части вторичного пара, возвращаемого в зону пенообразования, превышают значения этих параметров вторичного пара в сепараторе не более чем на 5%. А также расход возвращаемого в зону пенообразования вторичного пара осуществляется в зависимости от устойчивости пены.
Разрушение пены осуществляется суммарным воздействием на нее двух методов - термического и аэродинамического.
Техническим результатом применения способа является поддержание степени очистки конденсата вторичного пара на заданном расчетном уровне без снижения интенсивности кипения концентрируемых пенящихся растворов путем гашения (разрушения) пены при вспенивании перерабатываемых растворов.
Заявляемый как изобретение «Способ выпаривания пенящихся растворов» соответствует всем критериям патентоспособности.
Заявляемый способ обладает новизной, так как совокупность его существенных признаков неизвестна из уровня техники, что показали проведенные заявителем патентные исследования и представленный выше анализ аналогичных заявляемому технических решений.
Заявляемый способ промышленно применим, так как он может быть использован в атомной, химической, целлюлозно-бумажной, микробиологической, пищевой и других отраслях промышленности. Вся совокупность существенных признаков и каждый признак в отдельности воспроизводимы и не противоречат достижению желаемого технического результата. С их помощью возможно осуществление изобретения в том виде, как оно сформулировано в формуле изобретения.
Настоящее изобретение имеет изобретательский уровень, так как для специалиста оно не следует из уровня техники явным образом, в частности, потому что не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками. Кроме того, благодаря совокупности существенных известных и отличительных признаков, а также достаточности их взаимодействия достигается технический результат, недостижимый в известных технических решениях аналогичного назначения.
Для подтверждения указанного выше представляем описание конкретного конструктивного выполнения заявляемого выпарного аппарата и его работы.
Заявленный способ выпаривания пенящихся растворов может быть реализован с помощью выпарного аппарата, изображенного на прилагаемых чертежах.
На фиг. 1 изображена схема выпарного аппарата для концентрирования пенящихся растворов; на фиг. 2 - вид А. Данное изобретение изображено на чертеже применительно к однокорпусной выпарной установке.
Выпарной аппарат для концентрирования пенящихся растворов состоит из греющей камеры 1, сепаратора вторичного пара 2 с отбойником жалюзийным 3, конденсатора вторичного пара (потребителя) 4, трубопровода 5 подачи вторичного пара конденсатору (потребителю) 4, трубопровода подачи греющего пара 6, трубопровода отвода конденсата греющего пара 7, трубопровода подачи исходного раствора 8, трубопровода вывода упаренного раствора 9, трубопровода 10 подачи охлаждающей воды 10, трубопровода вывода охлаждающей воды 11, трубопровода вывода конденсата вторичного пара 12, трубопровода выхода неконденсирующихся газов 13, дополнительного трубопровода подачи части вторичного пара 14 на вход нагревателя 15, выход которого соединен со входом устройства сжатия вторичного пара 16, трубопровода выхода 17 из устройства сжатия вторичного пара 16, присоединенного к нему коллектора 18 с патрубками 19 подачи сжатого вторичного пара в зону пенообразования сепаратора 2, в которой установлено устройство 20 контроля появления пены, соединенное каналом управления 21 с устройством сжатия 16 и нагревателем 15 части вторичного пара. Кроме того, выпарной аппарат оснащен комплектами 22 и 23 для измерения соответственно разности температур и давлений вторичного пара в сепараторе 2 и вторичного пара в коллекторе 18.
Работает установка следующим образом.
Перерабатываемый исходный раствор подается в установку по трубопроводу 8 и нагревается до температуры кипения греющим паром, поступающим в греющую камеру 1 по трубопроводу 6. Конденсат греющего пара из греющей камеры 1 выходит по трубопроводу 7. Вторичный пар, выделяющийся из раствора в сепаратор 2, после очистки от капель в сепараторе 2 и жалюзийном отбойнике 3 направляется в конденсатор 4 по трубопроводу 5. Для конденсации вторичного пара в конденсатор 4 подается по трубопроводу 10 охлаждающая вода. По трубопроводу 11 охлаждающая вода выходит из конденсатора 4.
Конденсат вторичного пара выходит из конденсатора 4 по трубопроводу 12, а неконденсирующиеся газы - по трубопроводу 13.
При вспенивании кипящего в сепараторе 2 раствора устройством 20 контроля наличия пены формируется и по каналу управления 21 передается сигнал включения нагревателя 15 и устройства сжатия 16 части вторичного пара, после чего часть вторичного пара из трубопровода 5 по трубопроводу 14 поступает в нагреватель 15 и устройство сжатия 16. На выходе устройства сжатия 16 давление вторичного пара по сравнению с давлением в сепараторе 2 повышается, благодаря чему вторичный пар по трубопроводу 17, коллектору 18 и патрубкам 19 поступает в зону пенообразования сепаратора 2, где за счет дополнительной энергии, полученной вторичным паром в нагревателе 15 и в устройстве сжатия 16, происходит разрушение образующейся пены, после чего устройством контроля наличия пены 20 формируется и по каналу 21 передается сигнал выключения нагревательного устройства 15 и устройства сжатия 16.
Для ограничения повышения температуры и давления вторичного пара, возвращаемого в зону пенообразования, предусмотрены комплекты измерения разности температур 22 и давлений 23 вторичного пара в сепараторе 2 и в коллекторе 18.
В зависимости от устойчивости пены, то есть от состава концентрируемого раствора, возвращение вторичного пара в зону пенообразования осуществляется с разным расходом, что обеспечивается применением устройства сжатия 16 соответствующей производительности.
При использовании заявляемого способа выпаривания для концентрирования пенящихся растворов в производстве возникают следующие технические преимущества:
- устойчивость работы аппарата с момента появления и до полного разрушения пены;
- получение более чистого конденсата вторичного пара и расширение сферы его применения за счет разрушения пены и применения жалюзийного отбойника, который задерживает капли концентрированного раствора, уносимого с вторичным паром;
- поддержание производительности и заданной степени очистки конденсата вторичного пара путем гашения (разрушения) пены при вспенивании перерабатываемых растворов.