Labn.ru

Одним из наиболее эффективных методов интенсификации процессов тепло- и массообмена является проведение их в тонких слоях (пленках). Под пленочным течением обычно подразумевается движение тонкого слоя жидкости вдоль твердой стенки. При обработке в тонком слое температура кипения жидкости постоянна, так как отсутствуют перепады давления по высоте слоя, а следовательно, и температурные потери на гидростатическое сжатие, что особенно важно при обработке в выпарных установках термочувствительных растворов.
В технологических производствах обработка сырья в тонких пленках текущих жидкостей занимает особое место. В химической и пищевой промышленности приходится часто иметь дело с веществами, которые можно обрабатывать только в тонких слоях: производство некоторых видов пластмасс и кремнийор-ганических продуктов, упаривание пищевых продуктов, чувствительных к высоким температурам, нагревание и концентрирование веществ, которые могут пригорать и полимеризоваться при длительном контакте с поверхностью нагрева. Эффективность
пленочных аппаратов тем выше, чем меньше разница между температурой кипения и температурой теплоносителя. Однако пои неравномерном орошении поперхпостн теплообмена жидкостью наблюдается резкое снижение эффективности пленочных
Процесс образования пленки значительно упрощается в роторных аппаратах, в которых распределение жидкости по поверхности теплообмена обеспечивается специальными устройствами. В таких аппаратах можно обрабатывать даже недостаточно чистые жидкости и проводить упаривание досуха. Пленочные аппараты имеют относительно небольшое гидравлическое сопротивление, и они рассчитаны на небольшие объемы жидкостей, что позволяет быстро менять обрабатываемые продукты. Эти аппараты особенно хорошо зарекомендовали себя при обработке пенящихся продуктов. Пленочные испарители сравнительно просты в обслуживании и позволяют автоматизировать процесс. Благодаря своей высокой эффективности и экономичности пленочные аппараты применяют для упаривания маловязких жидкостей (растворов неорганических солей, органических растворителей, фенолов, растительных экстрактов, витаминов, гормонов, антибиотиков и др.), растворов NaOH и вязких жидкостей, жидкостей, чувствительных к высокой температуре, для опреснения морской воды. Эти испарители позволяют получать однородные продукты высокого качества без дополнительного гомогенизирования, что неизбежно в обычных выпарных аппаратах. Широко применяют пленочное выпаривание в пищевой промышленности, где особенно опасно пригорание продукта (фруктовые соки, молоко, томатопродукты и др.).
В роторных аппаратах процессы тепло- и массообмена можно осуществлять при температурах поверхности нагрева до +400 °С и в интервале давлений 66,7—19,6-Ю5 Н/м2.
Роторные испарители позволяют свести к минимуму время пребывания продукта на стенке, обрабатывать жидкости за один проход, а также обрабатывать продукты, содержащие твердую фазу. Благодаря этому повышается коэффициент теплопередачи от греющей стенки к слою жидкости, а следовательно, и скорость испарения с единицы поверхности нагрева.
Тип ротора определяет возможности технологического использования пленочных аппаратов. Существует несколько типов роторов, в том числе: с жесткими лопатками, с шарнирными лопатками, с центробежными лопатками, с лопатками, фиксированными пружинами, с распределительными элементами на упругих осях (пружины и т. п.). Ротор с жесткими лопатками широко используют в металлических роторных установках. В роторных установках из стекла применяют роторы с подвижными лопатками.
Центробежные лопатки обеспечивают хорошую самоцентровку ротора и создают равномерную тонкую пленку на рабочей
поверхности корпуса испарителя, однако они неудобны при работе с вязкими жидкостями.
Рабочий тракт роторных установок выполнен из стекла, что обеспечивает высокую химическую чистоту получаемых продуктов; как правило, контакт продукта с металлом исключается. В связи с этим применение ротора с фиксированными пружинами лопатками п ротора с распределительными элементами на упругих осях ограничено. 8 роторе с шарнирными лопатками эти недочеты в значительной мере устранены, но он имеет недостаточную степень самоцентровки; в отечественных установках предусмотрена конструкция ротора с шарнирными лопатками, имеющими сдвинутый центр тяжести.
Пленочные роторные испарители применяют для проведения в лабораторных условиях, а также в полупромышленном и промышленном масштабах различных химико-технологических процессов: дистилляции, концентрирования, упаривания,отгонки легких фракций, различных химических реакций, дезодорирования, дегазирования и др.
В испарителях использован метод отгонки из «падающей пленки», сущность которого заключается в испарении жидкости, непрерывно подаваемой на внутреннюю поверхность испарителя и механически распределяемой на ней в виде тонкой равномерной пленки.
Преимущества роторных испарителей: возможность работать с термолабильными и агрессивными веществами, визуальное наблюдение за ходом процесса, сохранение высокой химической чистоты продуктов, распределение продукта на рабочей поверхности испарителя в виде тонкой равномерной пленки, постоянное обновление поверхности испарения продукта и высокая турбулентность жидкостной пленки, что исключает возможность местного перегрева; кратковременное пребывание продукта в зоне нагревания (несколько секунд); высокая кратность концентрирования за один проход раствора через испаритель; равномерная плотность орошения нагреваемой поверхности; возможность работать в непрерывном рабочем режиме под вакуумом и при атмосферном давлении.
Установка пленочная роторная УПРТ предназначена для проведения в лабораторных условиях различных химико-технологических процессов, а также для промышленного использования в малотоннажном производстве, например в производстве особо чистых веществ. Установка имеет следующие технические данные:
Исполнение ........Антикоррозионное
Тип ротора......... С шарнирными лопатками
Производительность   по   выпаренной
влаге, кг/ч..........1,5
Внутренний   диаметр   корпуса   испарителя, мм.

Порядок работы на УПРТ следующий. Исходный продукт из дозатора // или 8, куда он из емкости для исходного продукта / подается сильфонным фторопластовым дозирующим насосом 26, попадает на внутреннюю поверхность корпуса испарителя 14. Здесь продукт захватывается вращающимся ротором 20 и в виде тонкой равномерной пленки распределяется на внутренней поверхности испарителя, которая термостатиру-ется при заданной температуре. Стекая вниз, продукт испаряется. Образующиеся пары проходят через корпус испарителя 14 наверх и конденсируются в выносном конденсаторе 19. Остаток и дистиллят собираются соответственно в колбах 22 и 23. Рабочий продукт подается по фторопластовым трубкам, концы которых развернуты под муфты конуса КШ 10/19. Трубки подсоединены к стеклянным кернам конуса без смазки. В дозаторах 8 и 11 и ресивере 21 установлены вентильные взаимозаменяемые устройства 27, рабочая часть которых выполнена из стекла и фторопласта и не требует смазки. Вентильные устройства 27 обеспечивают точную регулировку подачи рабочей жидкости и быстрое перекрывание вакуумированных объемов.
Стеклянная часть установки содержит корпус испарителя 14, конденсатор 19, колбу приемную для остатка 22, колбу приемную для дистиллята 23, две сливные колбы 25, охлаждаемую ловушку с вакуумной рубашкой 24, охлаждаемую ловушку с термостатируемой рубашкой 7, сосуд 21, ловушку масляную 16, дозатор одновентильный 8, дозатор двухвентильный 11, емкость для исходного раствора 1 и капельницу 5. Элементы соединены взаимозаменяемыми конусами и сферическими шлифами. Исключение составляет соединение через плоский шлиф с промежуточным упругим элементом, состоящим из полого фторопластового и резинового колец, нижнего конца испарителя 14 с приемной колбой для остатка 22.
Корпус испарителя 14 — сложное цельнопаяное изделие с термостатируемой рубашкой. Муфта конуса КШ 60/45 предназначена для соединения с вакуумным вводом 18, чашка шлифа S51—с конденсатором, плоский шлиф — с приемной колбой 22 для остатка, боковая чашка шлифа S 29 — с дозатором // или 8. Задняя чашка шлифа S 29 имеет вспомогательное назначение (например, для промывания корпуса испарителя.
установки дополнительного дозирующего устройства для проведения химических реакций и др.)- Штуцеры на термостатирую-щей рубашке служат для полвода и отвода теплоносителя через промежуточные сливы jj и для vciaiiObKn контрольных термометров.
Конденсатор 19 — цельыопаяиая деталь, представляющая собой холодильник спиральный с внутренним и наружным охлаждением (двустенный с двумя внутренними спиралями). Шар шлифа S 51 предназначен для соединения с корпусом испарителя 14, керн конуса КШ 29/32 — для соединения с приемной колбой 23 для дистиллята. Штуцеры с чашками шлифа служат для подвода и отвода хладоагента через промежуточные сливы 13.
Приемная колба для остатка 22, приемная колба для дистиллята 23 и две сливные колбы 25 имеют систему вакуумных кранов, позволяющих отбирать остаток и дистиллят, не прекращая работы и не нарушая рабочего режима. Приемная колба для остатка 22 соединяется через вакуумный кран с вакуумметром 4, а приемная колба для дистиллята — с охлаждаемыми ловушками 7 или 24.
Охлаждаемые ловушки выполнены неразборными. Охлаждаемые поверхности расположены таким образом, что обратная диффузия пара из ловушки сведена к минимуму. Ловушки имеют вакуумные краны для слива конденсата. Ловушка 7 предназначена для работы с проточным хладоагентом.
Основными рабочими элементами одновентильного дозатора 8 являются цельнопаянный корпус с термостатированной рубашкой и вентильное устройство 27 с конической запорной частью. Теплоноситель подводится через промежуточные сливы 13 и штуцеры на термостатируемой рубашке. Три муфты корпуса предназначены для хлоркальциевой трубки, контрольного термометра и нагнетательной трубки; фторопластовая нагнетательная трубка соединяется с штуцером сильфонного фторопластового дозатора. Переливной штуцер корпуса соединяется фторопластовой трубкой с капельницей 5, установленной на емкости для исходного продукта. Подача рабочего продукта в испаритель регулируется вентильным устройством 27. Проходное сечение фиксируется расстоянием между торцами деталей 9 и 10.
Дозатор двухвентильный И обеспечивает более плавное регулирование подачи рабочего продукта и уменьшает влияние на нее колебаний вакуума в рабочем объеме. Дозатор состоит из приемной емкости, колбы и двух вентильных устройств.
Ввод вакуумный 18 предназначен для передачи вращательного движения в вакуумированный объем. Для герметизации вращающего вала применяют резиновые армированные манжеты с пружиной, в качестве уплотняющей жидкости — масло марки ВМ-1. Уровень масла контролируется по контроль ной метке на стеклянной трубке маслоуказателя. Фторопластовый конус, изготовленный под керн конуса, вставляется в муфту КШ 60/46 корпуса испарителя 14. Выходной вал соединяется с ротором 20 штифтом. Вращение осуществляется от электродвигателя ПЛ-072 (N = 1800 Вт, Л =1400 об/мин) с параллельной обмоткой возбуждения. Бесступенчатое регулирование числа оборотов осуществляется регулятором напряжения РНО — 250 — 0,5. Внешние части и лопатки ротора 20 изготовлены из фторопласта. Выбранное число ярусов лопаток должно обеспечивать равномерное распределение продукта по всей рабочей длине испарителя. На каждом ярусе может быть установлено 4 или 2 лопатки. Конструкция ротора при установке в ярусе 4 лопаток дает возможность работать без нижней опоры во всем интервале рабочих чисел оборотов. При установке в ярусе 2 лопаток, особенно при большом числе оборотов, следует пользоваться нижней опорой 17, которая устанавливается между корпусом 14 и приемной колбой для остатка 22 вместо промежуточной прокладки.
Дозирующий фторопластовый насос сильфонный 26 предназначен для перекачивания и дозирования по объему наиболее агрессивных и особо чистых жидких веществ. Проточная часть дозатора 26 изготавливается из фторопласта-4. Бесступенчатое регулирование подачи жидкости осуществляется изменением хода сильфона с помощью особого механизма. Высокая точность регулирования, полная герметичность и высокая химическая стойкость дозатора такого типа позволяют эффективно применять его для различных химико-технологических процессов.
Стол 3 и каркас 12 — разборные, изготовлены из четырехугольных рам.
Блок управления 15 подсоединяется к сети через разъем-колодку и переходник, входящий в комплект установки. Розетки для подключения вакуумного насоса 2, ультратермостата 6, вакуумного ввода 18 и дозатора 26 установлены с правой стороны. На лицевой стороне блока расположены контрольная лампа, предохранители, тумблеры и пакетный выключатель.
Установка пленочная роторная УР предназначена для проведения различных химико-технологических процессов, а также для использования в промышленном малотоннажном производстве. Установка имеет следующие технические данные:
Исполнение .......Антикоррозионное
Тип  ротора......... С  шарнирными  лопатками Производительность   по   выпаренной
влаге, кг/ч.......... 3—8
Внутренний диаметр испарителя, мм 80
Поверхность   нагрева,   м2    0,17

Установка может работать как при атмосферном давлении, так и под вакуумом. При атмосферном давлении исходный раствор из емкости 2  подается  сильфонным фторопластовым дозирующим насосом 1 в промежуточную приемную емкость 3, откуда через вентиль точной регулировки 4 и подводящий патрубок 9 направляется в испаритель 10. Фторопластовые лопатки ротора 21, шарнирно закрепленные на валу 22 и отбрасываемые во время его вращения центробежной силой к стенкам испарителя, подхватывают раствор и равномерно распределяют его по поверхности испарителя в виде тонкой пленки, стекающей вниз по спирали. Готовый продукт сбрасывается нижними лопатками ротора через промежуточную колбу 6 в приемную колбу 18. Пары, пройдя через сепаратор с вращающимся каплеотбойнн-ком 23, через патрубок 24 поступают в конденсатор 11, а оттуда в виде дистиллята через промежуточную колбу 12 — в приемную колбу 15. Склянки 17 служат приемными емкостями. Промежуточные и приемные колбы для готового продукта 6 чпвают непрерывный отбор под вакуумом готового продукта и дистиллята при непрерывной работе установки. Поддержание заданного вакуума в установке и вакуумирование колб 6, 18, 12 и 15 при отборе продукта и дистиллята обеспечивается насосами 20 и маностатом 5, контроль вакуума — вакуумметром 14 и ртутным вакуумметром 7, измерение расхода исходного продукта — ротаметром 8. Испаритель, имеющий рубашку 25, обогревается ультратермостатом 16. Температура контролируется термометрами, размещенными в различных точках установки. Для обеспечения автоматического отбора готового продукта и дистиллята установка снабжена прибором КЭП-12УЭ 13, рабочий цикл которого составляет 86 с. Исполнительными механизмами 19 являются восемь электродвигателей Д-224 (напряжение 220 В, 300 об/мин), поворачивающих соответствующие краны. При отключении КЭП-12УЭ отбор готового продукта и дистиллята можно проводить вручную.
Испаритель пленочный роторный ИПР (рис. 174) служит для непрерывного проведения в лабораторных условиях различных химико-технологических процессов. Испаритель имеет следующие технические данные:
Тип    испарителя............        Лабораторный
Исполнение      ..............        Антикоррозионное
Тип    ротора..............        С   шарнирными  лопатками
Внутренний    диаметр   корпуса    испарителя,   мм                         30 Рабочая  длина   корпуса  испарителя,   мм    .    .    .                         300 Средняя  производительность при  испарении  воды,    кг/ч...............                          0,450
Поверхность  нагрева,   м2.........                          0,028
Поверхность   конденсации,   м2......   .                          0,085
Предельный   вакуум   при   вращающемся   роторе
(с сухим испарителем), Па   (мм рт. ст.)    .   .   .                    133,322 (1)
Термостойкость  корпуса   испарителя,  °С    .    .   .                       150
Частота   вращения   ротора,   об/мин.....                     1000
Регулирование числа оборотов   .......       Бесступенчатое
Вместимость приемных колб, мл......                     1000
Материал и исполнение стеклянных узлов и деталей       ................        Стекло   типа   ппрекс   на
взаимозаменяемых конусах, сферических и плоских шлифах
Габариты,    мм.............             1080 X 416 X Н70
Масса,  кг...............                        75
Установки УПРТ, УР и ИПР работают по одному принципу и отличаются производительностью и рядом конструктивных элементов. В установке УР предусмотрен автоматический отбор продукта и дистиллята. Установки выпускаются заводами Мин-прибора.
Роторные испарители универсальны, просты в обслуживании и надежны в эксплуатации, они позволяют интенсифицировать химико-технологический процесс, могут быть использованы в автоматизированных линиях. Для проведения различных препаративных работ с небольшим количеством исходного продукта целесообразно применять испарители с диаметром ^30 мм. Для промышленного производства необходимы испарители большой производительности, т. е. с развитой поверхностью нагрева (d =g; 80 мм), однако изготовление крупногабаритных роторных пленочных испарителей сопряжено с технологическими трудностями.
Основные параметры роторных испарителей, выпускаемых в СССР и за рубежом, приведены в табл. 184.

Таблица  184   Основные параметры роторных испарителей
СССР        ФРГ, фирма и модель
Richard.        1        Car!
Параметры            L- -•-. 1. .       г.* Г'    S з m b я у     i    S йш •> ~А\    '      г" .-. п .? i л. г
тип   УР    тип УПРТ    Ы   ,  IP IK  '     i         МОДе.'!Ь        мидель    |     мппель
LD-3J    !>   VI VA    -Ь V L \ A    LC-50
Производитель-    3,0-8,0    1,5    1,5    1,250    0,44    0,2
ность по выпарен-
ной влаге, кг/ч
Внутренний    диа-    80    50    50    50    20    50
метр  корпуса ис-
парителя, мм
Рабочая       длина    675    595    600    415    250    200
корпуса    испари-
теля, мм
Поверхность     на-    017    0,0935    0,1    0,065    0,016    0,035
грева, м2
Поверхность кон-    о,:    0,32    0,25    0,3    0,2    0,016
денсации, м2
Рабочее давление,    6-10~'-100    4-10~'-100    6-10-1-100    30-10     -    30-10      -    100-
кПа (мм рт. ст.)    (5-760)    (3-760)    (5-760)    100 (25 - 760)    100 (25-760)    133,322- Ю~3 (760- 10~3)
Частота вращения    100-600    400-800    800    40- 1000    70-2000    —
ротора, об/мин
Примечания.   1. Герметичность вакуумных кранов со смазкой — не менее 133,33'2-10     Па.
2.  Линейный   коэффициент   термического   расширения   стекла при 20 — 300 °С — 33-10
3.  Тип конденсатора —выносной; у модели Carl Caizlcr — вмонтированный.