Роторно-пленочный испаритель
ROTARY FILM EVAPORATOR

Техническое решение относится к области обработки материала с целью отделения от него жидкости путем выпаривания, в частности к роторно-пленочным испарителям (РПИ), используемым для концентрирования (упаривания) растворов, массообмена между газом и жидкостью, для проведения химических превращений в системах газ-жидкость.
Роторно-пленочные испарители (РПИ) вышеописанных типов находят широкое применение в современной пищевой и химической промышленности и других отраслях экономики. Так они пригодны для отделения жидкой фазы от, например, органического шлама в сточных водах, технологии производства пищевых продуктов, канализационных сточных водах и жидких отходах свиноводческих ферм, шлама, получаемого в результате разложения вышеупомянутого органического шлама, содержащего микроорганизмы. Для эффективной работы РПИ стекающий по внутренней поверхности корпуса продукт должен находиться в нем определенное время, что достигается различными способами: длиной корпуса, формой корпуса, формой ротора. РПИ определенной конструкции рассчитаны на переработку продуктов с определенными свойствами.
Роторно-пленочные испарители (РПИ) практически незаменимы при переработке вязких, кристаллизующихся и термолабильных сред (разлагающихся при повышенных температурах). У РПИ процесс протекает в пленке, создаваемой на внутренней поверхности неподвижного обогреваемого корпуса, при помощи вращающегося ротора, что позволяет осуществлять в них различные технологические процессы: выпаривание, глубокое концентрирование растворов, дистилляцию, ректификацию, дезодорацию и др. Важной особенностью роторных пленочных испарителей является интенсификация процесса за счет проведения его в тонкой интенсивно перемешиваемой пленке, а также удобство выгрузки конечных продуктов из аппарата.
Из уровня техники известно множество технических решений, относящихся к роторно-пленочным испарителям, в которых за счет вращения расположенного на валу ротора создается пленка, стекающая по внутренней поверхности обогреваемого корпуса. При этом от толщины и скорости стекания пленки обрабатываемого продукта зависит качество его обработки. Среди известных технических решений существуют устройства РПИ с различными конструкциями роторов: жесткие, с шарнирно закрепленными лопастями, с подвижными скребками и др.
Так, в документе RU 2050166 С1 раскрыт ротор испарителя, собранный из наборов усеченных конусов, размещенных на вертикальном валу. В документе RU 120369 U1 раскрыт испаритель, лопасти ротора которого имеют шарнирное крепление и параболическую форму. В документе SU 1740025 А1 ротор испарителя собран из дисковых элементов, размещенных в кожухах. Из документа CN 105032320 А известен ротор, в котором лопасти имеют сборную конструкцию, с возможностью крепления к ним удлиняющих участков.
Среди указанных документов можно отметить документ US 4361462 А, опубликованный 30.11.1982, в котором раскрыт испаритель, который можно выбрать в качестве прототипа предложенного решения, поскольку ротор указанного испарителя подразумевает возможность изменения его формы за счет использования различных лопастей ротора. Данный технический прием позволяет настраивать испаритель для переработки различных полимеров. Однако испаритель, раскрытый в документе US 4361462 А, не позволяет осуществлять гибкую настройку ротора в широком интервале для различных продуктов.
Задачей предложенного решения является создание РПИ с возможностью точного регулирования времени нахождения продукта в корпусе, т.е. с возможностью настраивать РПИ для переработки различных продуктов.
Технический результат, полученный в результате решения поставленной задачи, заключается в повышении гибкости настройки роторно-пленочного испарителя без произведения замены его составных частей.
Под повышением гибкости настройки РПИ следует понимать производимый без изменения конструкции точный выбор времени нахождения продукта в испарителе. В результате РПИ может быть оптимальным образом настроен для переработки продуктов с различными параметрами.
Предложенное техническое решение реализовано в роторно-пленочном испарителе (РПИ), который включает в себя корпус с внутренней цилиндрической греющей поверхностью, размещенный внутри корпуса ротор, вал которого соединен с механизмом его привода, и систему подачи-вывода обрабатываемого продукта. Греющая поверхность может быть образована размещенной в корпусе рубашкой обогрева, через которую циркулирует рабочее тело. Греющая поверхность также может быть образована размещенными в корпусе электротехническими, например, резистивными средствами обогрева. Система подачи-вывода обрабатываемого продукта образована по меньшей мере, одним патрубком подачи исходного продукта, а также, по меньшей мере, одним патрубком вывода обработанного концентрированного продукта.
С целью обеспечения настройки РПИ для переработки различных продуктов, для размещенного внутри корпуса ротора предусмотрена возможность изменения геометрии.
При этом для повышения гибкости настройки РПИ без изменения состава его конструктивных элементов, ротор с изменяемой геометрией выполнен из набора пластинчатых элементов, насаженных на приводной вал перпендикулярно оси его вращения. Также для достижения упомянутой цели ротор снабжен устройством фиксации, которое в разомкнутом положении обеспечивает возможность взаимного поворота пластинчатых элементов набора для настройки его геометрии, а в рабочем положении обеспечивает ротору неизменность геометрической формы, предотвращая поворот пластинчатых элементов набора относительно вала ротора.
Ротор РПИ может состоять из набора одинаковых пластинчатый элементов. Или же отдельные пластинчатые элементы набора ротора могут иметь различную конфигурацию.
Предложенное техническое решение поясняется графическим материалами, на которых изображено:
На фиг. 1 - пример выполнения осесимметричного крестообразного пластинчатого элемента;
На фиг. 2 - ротор, собранный на приводном валу из набора пластинчатых элементов, изображенных на фиг. 1
На фиг. 3 проиллюстрирован окружной сдвиг отдельных пластинчатых элементов ротора относительно друг друга.
Ротор, изображенный на фиг. 2, предназначен для размещения внутри корпуса РПИ. Механизм привода обеспечивает вращение ротора, который в свою очередь образует на цилиндрической греющей поверхности корпуса пленку из обрабатываемого продукта. В результате подогрева из продукта активно испаряется жидкая фаза, а концентрированный продукт стекает к патрубку вывода обработанного продукта.
Подвод тепла к греющей поверхности может быть решен различными конструктивными методами, например, применением рубашки обогрева с циркулирующим рабочим телом, либо с помощью электротехнических средств обогрева.
Предложенное техническое решение позволяет изменять геометрию ротора путем взаимного смещения пластин (см. фиг. 3). При этом изменение геометрии ротора проходит без необходимости замены его составных частей. Также такое изменение геометрии ротора позволяет регулировать площадь поверхности соприкосновения ротора с пленкой обрабатываемого продукта. Кроме того, предложенная конструкция позволяет принимать ротору винтовую конфигурацию по типу шнека или архимедова винта, вращением которых можно ускорить, либо замедлить перемещение пленки продукта по цилиндрической греющей поверхности внутри корпуса.
Ротор с изменяемой геометрией выполнен из набора пластинчатых элементов, насаженных на приводной вал перпендикулярно оси его вращения. При этом ротор снабжен устройством фиксации пластинчатых элементов набора относительно друг друга и приводного вала. Устройство фиксации набора пластинчатых элементов схематично изображено на фиг. 2 и фиг. 3 в виде стяжных гаек, накрученных на концы приводного вала. Ротор РПИ может состоять из набора одинаковых пластинчатый элементов. Или же отдельные пластинчатые элементы набора ротора могут иметь различную конфигурацию.
Возможность изменения геометрии ротора в широком интервале, позволяет точно изменять время нахождения продукта в испарителе, т.е. гибко настраивать РПИ для переработки различных продуктов. При этом для такой настройки не требуется замена ротора или его составных частей.