Выпарные аппараты пленочного типа

Главными особенностями выпарных аппаратов пленочного типа являются практическое отсутствие перепада давления по высоте аппарата и малый объем жидкости в аппарате. Первый фактор способствует отсутствию в аппаратах этого типа гидростатической депрессии, а второй – малому времени пребывания жидкости в аппарате по сравнению со временем пребывания продукта в выпарных аппаратах объемного заполнения. Эти факторы обусловливают область их применения: выпаривание или дистилляция под вакуумом термически нестойких продуктов, теряющих свои потребительские свойства в результате длительного пребывания под воздействием высоких температур.

Наиболее распространенными аппаратами пленочного типа являются пленочные аппараты со свободно стекающей пленкой. Конструкция аппарата этого типа представлена на рис. 4.16. Здесь изображен кожухотрубчатый пленочный аппарат с нижним расположением сепаратора (с прямоточным течением пленки жидкости и вторичных паров в греющей камере) и оборудованный внешним контуром циркуляции выпариваемого продукта. Это наиболее распространенный вариант конструкции пленочного аппарата со свободно стекающей пленкой, площадь поверхности теплообмена от 100 до 900 м².

Рис. 4.16 Выпарной пленочный аппарат со свободно стекающей пленкой

Из пленочных выпарных аппаратов с механическими перемешивающими устройствами наибольшее распространение получили роторно–пленочные испарители (РПИ).

Конструкция аппарата этого типа представлена на рис. 4.17. Греющая камера РПИ представляет из себя теплообменник «труба в трубе», причем межтрубное пространство, как правило, разделено перемычками на несколько секций для улучшения коэффициента теплоотдачи при обогреве паром и для возможности подавать в разные секции теплоноситель с различными температурами. Вал расположен по оси аппарата и приводится во вращение от расположенного в верхней части аппарата электродвигателя через клиноременную передачу или специальный понижающий редуктор.

Продукт подается в верхнюю часть обогреваемой зоны РПИ и распределяется по внутренней поверхности теплообменной трубы устройством, надетым на вал. Далее продукт под действием гравитации стекает вниз, при этом равномерность его распределения по теплообменной поверхности, а также его интенсивное перемешивание и турбулизацию обеспечивают лопатки, приводимые в движение валом. Вторичные пары движутся в противотоке пленки жидкости, поступают в расположенный над греющей камерой сепаратор и далее отводятся из аппарата. Вал оснащен двумя подшипниковыми узлами. Верхний узел – вынесенный. Нижний узел может быть как вынесенным, так и внутренним (подавляющее большинство импортных конструкций). В первом случае аппарат оснащен двумя торцевыми уплотнениями вала: верхним и нижним, во втором – только верхним.

Рис. 4.17 Роторно–пленочный испаритель (РПИ)

Помимо общих достоинств, характерных для пленочных аппаратов, РПИ имеют дополнительные преимущества. Интенсивное перемешивание и равномерное распределение жидкости позволяет при малых линейных плотностях орошения обеспечивать высокие коэффициенты теплопередачи (коэффициент теплопередачи для РПИ может в несколько раз превышать коэффициент теплопередачи для пленочных испарителей со свободно стекающей пленкой при работе на одном и том же продукте) и тем самым за один проход через аппарат добиваться концентрирования раствора в несколько раз при минимальном времени пребывания продукта в аппарате (оно составляет секунды или десятки секунд, и лишь для высоковязких продуктов более минуты). Кроме того, механическое перемешивание и связанный с этим эффект самоочистки теплообменной поверхности обеспечивает РПИ возможность работы с такими продуктами, с которыми ни один другой выпарной аппарат непрерывного действия работать не может. Это высоковязкие продукты (РПИ с жестко закрепленными лопатками или со стирателями определенных форм) способны работать с продуктами с вязкостью до 1000 Па*с, эмульсиями, суспензиями, пастами, жидкостями со стойкой пеной, растворами с интенсивным выпадением осадка (в РПИ с шарнирно закрепленными и маятниковыми лопатками при применении узла выгрузки специальной конструкции возможно получение на выходе кристаллического порошка).

К основным недостаткам РПИ можно отнести значительно более высокую стоимость изготовления, большую сложность в управлении и техническом обслуживании по сравнению с выпарными аппаратами других конструкций. Кроме того, сложность конструкции ограничивает площадь поверхности теплообмена РПИ: практически 20 м2 для них является предельной величиной, при этом высота такого аппарата больше 12 м, а масса 14 т, что намного больше, чем у выпарных аппаратов прочих конструкций. Поэтому РПИ применяются в основном там, где использование выпарных аппаратов других конструкций либо в принципе технически невозможно, либо возможно, но при крайне низкой эффективности теплообмена или недопустимо большом времени пребывания продукта под действием высоких температур.

Библиографический список

1.Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии: Учеб. для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Химия, 1987. – 496 с.

2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии: Учеб. для вузов. - М.:ООО ТИД «Альянс»,2005. – 753 с.

3. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии: Учеб. для вузов. –2-е изд., в 2 кн – М.:Химия, 1995.

4. Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Недра,1981.

5. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии: Учеб.: в 2-х кн. /В.Г. Айнштейн, М.К. Захаров, Г.А. Носов и др.; под ред. В.Г. Айнштейна.- М.:Логос; Высш. шк., – 2002. – 1757 с.

6. Процессы и аппараты химической технологии. Явления переноса, макрокинетика, подобие, моделирование, проектирование:в 5 т. Т.1: Основы теории процессов химической технологии /Д.А. Баранов, А.В. Вязьмин, А.А. Гухман и др.; под ред. А.М. Кутепова. – М.: Логос, 2000. – 480 с.

7. Процессы и аппараты химической технологии. Явления переноса, макрокинетика, подобие, моделирование, проектирование:в 5 т. Т.2: Механические и гидромеханические процессы /Д.А. Баранов, В.Н. Блиничев,А.В. Вязьмин и др.; под ред. А.М. Кутепова. – М.: Логос, 2002. – 600 с.

8. Скобло А.И., Трегубова И.А. Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. – М.: Химия, 1962. – 625 с.

9.Кафаров В.В. Основы массопередачи. – М.: Высш. шк., 1972. – 494 с.

10. Калекин В.С., Плотников В.А. Машины и аппараты химических производств: Учеб. пособие. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2004. – 343 с.

11.Тимонин А.С. Инженерно-экологический справочник: в 3 т. – Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2003. –Т.1: 827 с., Т.2: 884 с., Т.3: 1024 с.