Испаритель

Полезная модель относится к технике проведения тепло- и массообменных процессов, а именно испарению жидких сред (жидкостей, суспензий, растворов) в режиме кипения, и может быть использована в химической, нефтехимической, пищевой и фармацевтической промышленности, в теплообменниках, испарителях, дистилляторах, сушилках, выпарных и массообменных аппаратах.
Известен испаритель, действующий по принципу падающей плёнки, содержащий корпус и устройство, состоящее из испарительных трубок, находящееся в корпусе, при этом концентрируемая жидкость подаётся на наружную поверхность испарительного трубчатого устройства, и пар подаётся внутрь трубок испарительного трубчатого устройства (патент РФ № 2122456, МПК B 01 D 1/06, 27.11.1998 г.).
Недостатками данного испарителя является неэффективное использование теплообменной поверхности в виду сложного технического исполнения трубного пучка с коллекторным соединением, которое может способствовать образованию локальных перегревов, что может привести к кристаллизации испаряемой жидкости а, следовательно, снижению коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи.
Известен испаритель, содержащий обогреваемый вертикальный корпус и устройство для распределения жидкости по греющим поверхностям, которые представляют собой наклонные плоскости с углом наклона (10÷40)° к горизонтали, выполненные в виде зигзагов, герметично закреплённых 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 B 01 D 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 плёнки жидкости и, соответственно, снижению интенсивности испарения.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является 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, причём 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, причём отверстия на одной трубке относительно другой смещены на расстояние, равное половине шага между отверстиями (патент РФ № 114864, МПК B 01 D 1/22, 20.04.2012 г.).
Недостатком данного испарителя является то, что для тонкодисперсных суспензий и растворов образующиеся при полном испарении частицы твёрдой фазы под действием силы тяжести не могут скатиться с наклонной поверхности конуса и будут образовывать отложения, которые необходимо удалять для поддержания рабочих коэффициентов теплопередачи.
Техническим результатом предлагаемой конструкции является увеличение интенсивности процесса испарения.
Технический результат достигается тем, что испаритель, содержащий вертикальный корпус и устройство для распределения жидкости, представляющее собой вращающийся коллектор, выполненный 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, распределяющей в виде капель испаряемую жидкость по греющей поверхности, имеющей форму конуса температурой, превышающей в 1,2÷2,3 раза температуру кипения испаряемой жидкости, причём крестовина снабжена вертикальным валом, опирающимся на вершину конуса, концы трубок которой жёстко зафиксированы кольцом, в нижней части вала расположены по образующей конуса плоские эластичные скребки, которые шарнирно закреплены на валу со смещением относительно трубок под углом (30÷40)° по ходу вращения крестовины, а свободные концы скребков прижимают к греющей поверхности конуса вертикально расположенные упругие стойки, в верхней части соединённые с кольцом.
Установка плоских эластичных скребков в нижней части вала по образующей конуса, шарнирно закрепленного на валу со смещением относительно трубок под углом (30÷40)°, позволяет убирать твердые отложения, образованные в процессе испарения капель с греющей поверхности, выпущенных с предшествующей трубки, незамедлительно, что позволяет поддерживать коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи в необходимых пределах, а следовательно интенсифицировать теплообмен.
При смещении меньше 30° капля не успеет долететь до теплообменной поверхности в области перед скребком, а попадет либо на скребок, либо на поверхность за скребком, что негативно скажется на теплообмене.
При смещении более 40° возможно образование крупных отложений на поверхности конуса, что может привести к выходу из строя скребкового механизма.
Закрепление вала, упирающегося на вершину конуса, необходимо для осесимметричного вращения конструкции и исключения возможности возникновения торцевого биения во время взаимодействия эластичных скребков с частицами затвердевшего материала, что позволит интенсифицировать теплообмен.
Конструкция, состоящая из кольца, жестко фиксирующего трубки, и вертикально расположенных упругих стоек, соединенных с кольцом в верхней своей части, позволяет прижимать скребки к очищаемой поверхности, позволяет убирать твердые отложения, образованные в процессе испарения капель с греющей поверхности, выпущенных с предшествующей трубки, незамедлительно, что позволит эффективно выполнять свою функцию скребкам, а следовательно интенсифицировать теплообмен.
На фиг. 1 показана схема испарителя, обогреваемого паром, на фиг. 2 –разрез по А-А.
Испаритель состоит из вертикального корпуса 1, верхней крышки 2 со штуцерами отвода полученного пара 3, нижней части 4 корпуса, в которую поступает высушенный материал 5. Внутри корпуса расположена греющая поверхность 6, представляющая собой наклонные плоскости, имеющие температуру, превышающую в 1,2÷2,3 раза температуру кипения испаряемой жидкости, подаваемой в виде капель, и имеющая форму конуса, выполненного из твёрдого теплопроводного материала, например стали, со штуцером 7 подвода греющего пара и штуцерами 8 его отвода. Через верхнюю крышку подведено устройство для распределения жидкости 9, имеющее возможность вращения, которое представляет из себя коллектор, выполненный в виде крестовины из взаимно перпендикулярных трубок 10 с отверстиями, расположенными с шагом l = (2,5÷5) d, где l – шаг между отверстиями, d – диаметр отверстия, причём отверстия на одной трубке относительно другой смещены на расстояние, равное половине шага между отверстиями.
Концы трубок жёстко зафиксированы кольцом 11. Крестовина снабжена вертикальным валом 12, опирающимся на вершину конуса. В нижней части вала расположены по образующей конуса плоские эластичные скребки 13, которые шарнирно закреплены на валу со смещением относительно трубок под углом (30÷40)° по ходу вращения крестовины, а свободные концы скребков прижимают к греющей поверхности конуса вертикально расположенные упругие стойки 14, в верхней части соединённые с кольцом 11.
Испаритель работает следующим образом. Греющий пар подаётся через штуцер 7 и обеспечивает необходимую температуру греющей поверхности 6. Отработанный пар удаляется через штуцеры 8. Испаряемая жидкость подаётся в устройство для распределения жидкости 9, имеющее возможность вращения. Затем, проходя по трубкам 10 через отверстия, жидкость в виде капель подаётся на греющую поверхность 6. За счёт вращения капли жидкости будут равномерно распределяться по греющей поверхности 6. Капли жидкости интенсивно испаряются, полученный пар за счёт естественной конвекции движется вверх и удаляется из аппарата через штуцеры 3, расположенные на верхней крышке 2. Высушенный материал 5, образующий твёрдые отложения на греющей поверхности 6, удаляется плоскими эластичными скребками 13, прижимаемыми к поверхности обогреваемого конуса упругими стойками 14.
Расположение скребков со смещением относительно трубок под углом (30÷40)° по ходу вращения крестовины, вызывает возникновение сдвигового усилия, перемещающего высушенный материал 5 к основанию конуса и его удаление в нижнюю часть 4 корпуса испарителя.
Таким образом, предлагаемая конструкция испарителя обеспечивает удаление образующихся твёрдых отложений высушенного материала, очищая при этом греющую поверхность, что позволяет сохранять высокие коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи, и увеличивать интенсивность процесса испарения.