выпарной аппарат с восходящей и нисходящей пленками

Формула изобретения

Выпарной аппарат с восходящей и нисходящей пленками, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с патрубками ввода и вывода раствора, греющего пара и конденсата, закрепленные в трубных решетках теплообменные трубки, отличающийся тем, что он имеет две теплообменные трубки с восходящей и две трубки с нисходящей пленками, внутри которых расположен тяговый трос, на который надеты шаровые элементы, фиксируемые между собой эластичными трубками, концы которых выполнены в виде полусфер, радиусы которых совпадают с радиусами шаровых элементов, причем шаровые элементы в теплообменных трубках равноудалены от ее внутренней поверхности на расстояние, равное толщине образуемой пленки, в верхней части теплообменной трубки для восходящего движения пленки смонтировано устройство вывода сиропа, выполненное из цилиндра, к нижней части которого прикреплен усеченный конус, меньшее основание которого неподвижно зафиксировано на верхней торцевой части теплообменной трубки, а в верхней части цилиндра закреплена эластичная мембрана с отверстием, диаметр которой меньше диаметра шарового элемента, предназначенная для его очистки от сиропа, в верхней части теплообменных труб для нисходящего движения пленки смонтировано устройство ввода исходного раствора, выполненное в виде усеченного конуса, обращенного меньшим основанием к торцевой части теплообменной трубки, причем меньшее основание и высота усеченного конуса выбираются такими, чтобы образующийся угол конусности обеспечивал свободное стекание исходного раствора вниз, а цилиндр прикреплен к верхнему основанию конуса так, чтобы образуемый зазор между нижней частью цилиндра и боковой поверхностью конуса обеспечивал равномерное стекание раствора с расходом, позволяющим осуществлять его сгущение до требуемого содержания сухих веществ, в нижней части теплообменной трубки для нисходящего движения пленки установлено устройство вывода сиропа, выполненное в виде цилиндра, в нижней части которого закреплена эластичная мембрана с коаксиально расположенным отверстием, причем его диаметр меньше диаметра шарового элемента, мембрану удерживают пружины, верхние концы которых закреплены в нижней части теплообменной трубки, а нижние - в кольце, которое обеспечивает соосное расположение пружин и отверстия мембраны.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к трубчатым пленочным выпарным аппаратам и может быть использовано в химической, пищевой, микробиологической и других отраслях промышленности.

Известен выпарной аппарат с восходящим и нисходящим потоками выпариваемого раствора, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с патрубками ввода и вывода раствора, греющего и вторичного паров, конденсата греющего пара, греющие трубки, закрепленные в трубных решетках, каплеотборник, выполненный в виде вращающейся турбины с лопастями разной длины, установленными под определенными углами к горизонтальной плоскости, напорную и сборную растворные камеры [Авт. св. СССР 1701334, кл. В 01 D 1/22, 1982].

Недостатком известного аппарата является высокая продолжительность и низкая эффективность процесса выпаривания в результате неравномерного распределения пленки выпариваемого раствора по высоте теплообменной трубки и нестабильная работа каплеотборника.

Технической задачей изобретения является увеличение эффективности процесса выпаривания за счет обеспечения равномерной толщины пленки по высоте теплообменных труб и сокращение продолжительности процесса выпаривания.

Техническая задача достигается тем, что в выпарном аппарате с восходящей и нисходящей пленками, включающем вертикальный корпус с патрубками ввода и вывода раствора, греющего пара и конденсата, закрепленные в трубных решетках теплообменные трубки, новым является то, что он имеет две теплообменные трубки с восходящей и две трубки с нисходящей пленками, внутри которых расположен тяговый трос, на который надеты шаровые элементы, фиксируемые между собой эластичными трубками, концы которых выполнены в виде полусфер, радиусы которых совпадают с радиусами шаровых элементов, причем шаровые элементы в теплообменных трубках равноудалены от ее внутренней поверхности на расстояние, равное толщине образуемой пленки, в верхней части теплообменной трубки для восходящего движения пленки смонтировано устройство вывода сиропа, выполненное из цилиндра, к нижней части которого прикреплен усеченный конус, меньшее основание которого неподвижно зафиксировано на верхней торцевой части теплообменной трубки, а в верхней части цилиндра закреплена эластичная мембрана с отверстием, диаметр которой меньше диаметра шарового элемента, предназначенная для его очистки от сиропа, в верхней части теплообменных труб для нисходящего движения пленки смонтировано устройство ввода исходного раствора, выполненное в виде усеченного конуса, обращенного меньшим основанием к торцевой части теплообменной трубки, причем меньшее основание и высота усеченного конуса выбираются такими, чтобы образующийся угол конусности обеспечивал свободное стекание исходного раствора вниз, а цилиндр прикреплен к верхнему основанию конуса так, чтобы образуемый зазор между нижней частью цилиндра и боковой поверхностью конуса обеспечивал равномерное стекание раствора с расходом, позволяющим осуществлять его сгущение до требуемого содержания сухих веществ, в нижней части теплообменной трубки для нисходящего движения пленки установлено устройство вывода сиропа, выполненное в виде цилиндра, в нижней части которого закреплена эластичная мембрана с коаксиально расположенным отверстием, причем его диаметр меньше диаметра шарового элемента, мембрану удерживают пружины, верхние концы которых закреплены в нижней части теплообменной трубки, а нижние - в кольце, которое обеспечивает соосное расположение пружин и отверстия мембраны.

Технический результат заключается в снижении загрязнения поверхности теплообменных труб и металлоемкости, а также увеличении производительности аппарата.

На фиг. 1 - общий вид выпарного аппарата; фиг.2 - разрез А-А фиг.1; на фиг. 3 - устройство тягового троса; на фиг.3а - вид сверху на узел В фиг.3; на фиг.4 - устройство вывода сиропа из теплообменной трубки для восходящего движения пленки; на фиг. 5 - устройство ввода в теплообменные трубки для нисходящего движения пленки, на фиг.5а, 5б - устройство вывода из теплообменных трубок для нисходящего движения пленки с нижним и верхним положением мембраны соответственно.

Выпарной аппарат (фиг.1) состоит из вертикального цилиндрического корпуса 1, сферических крышек 2 и 3, входных патрубков для ввода сиропа 4, греющего пара 5, выходных патрубков для вывода сиропа 6, вторичного пара 7, конденсата 8, датчика уровня 9, трубных решеток 10 и 11, теплообменных трубок для восходящего 12 и нисходящего 13 движения пленки, тягового троса 14 с набором фторопластовых шаровых элементов 15, ведущей 16 и ведомой 17 звездочек, устройств для подвода исходного раствора 18 и отвода сиропа из теплообменных трубок для восходящего 19 и нисходящего 20 движений пленки, отбойника 21 и сепаратора 22.

Теплообменные трубки 12, предназначенные для восходящего движения пленки, установлены таким образом, чтобы нижние ее концы совпадали с нижней частью устройств для отвода сиропа 20, установленных в нижней части теплообменных трубок 13 для восходящего движения пленки.

Теплообменные трубки для восходящего 12 и нисходящего 13 движений пленки закреплены в трубных решетках 10 и 11, которые опираются на кольцевые профили 23 с прокладками 24 и герметично фиксируются с ними. Пространство, образованное между верхней 11 и нижней 10 трубными решетками, является греющим. Для обеспечения более полной стабильности величины давления пространство под нижней решеткой 10 связано с пространством над верхней решеткой 11 при помощи трубы 25, позволяющей выравнивать давление в этих пространствах.

Тяговый трос (фиг. 3, 3а) 14 с набором шаровых элементов 15 из фторопласта предназначен для обеспечения восходящих и нисходящих движений пленки в соответствующих теплообменных трубках. На тяговый трос 14 надеты шаровые элементы 15, находящиеся на одинаковом расстоянии друг от друга. Его обеспечивают эластичные трубки 26, концы которых выполнены в виде полусфер, радиусы которых совпадают с радиусами шаровых элементов. Концы тягового троса 14 соединены между собой при помощи двух пластин 27 и 28, стягиваемых болтами 29. Во избежание деформации шаровых элементов 15 пластинами 27 и 28 предусмотрены эластичные трубки 30, надетые на тяговый трос 14 и расположенные по обе длинные стороны пластин 27 и 28 между двумя шаровыми элементами. Поверхности трубок, соприкасаемые с шаровыми элементами, выполнены в виде полусфер, радиусы которых совпадают с радиусами шаровых элементов. Причем суммарное расстояние, образованное пластинами 27 и 28 и двумя трубками 30, совпадает с расстоянием эластичной трубки 26, помещенной на остальных участках тягового троса 14.

Для отвода сиропа из трубки 12 восходящего движения пленки предназначено устройство отвода 19 (фиг. 4), состоящее из цилиндра 31, в нижней части которого приварен усеченный конус 32 с отводящим патрубком 6. Причем внутренний диаметр его меньшего основания совпадает с внешним диаметром теплообменной трубки 12. В верхней части цилиндра 31 закреплена при помощи фланца 33 и кольца 34 эластичная мембрана 35 с отверстием, диаметр которой меньше диаметра шарового элемента 15, предназначенная для его очистки от частиц сиропа.

Для подачи исходного раствора в теплообменные трубки 13 для нисходящего движения пленки предназначено устройство 18 (фиг. 5), состоящее из усеченного конуса 41, обращенного меньшим основанием к торцевой части теплообменной трубки 13. Причем внутренние диаметры меньшего основания и трубки совпадают. Верхнее основание конуса и его высота выбираются такими, чтобы образующийся угол конусности обеспечивал свободное стекание исходного раствора вниз. Для равномерного стекания исходного раствора предназначен цилиндр 42 с фланцем 43, привариваемый к верхнему основанию конуса 41. Причем внутренние диаметры цилиндра 42, теплообменной трубки 13 и отверстия во фланце 43 совпадают, а высота цилиндра 42 выбирается такой, чтобы образуемый зазор между торцевой цилиндрической частью и боковой поверхностью конуса обеспечивал равномерное стекание исходного раствора с расходом, позволяющим осуществить его сгущение до требуемого содержания сухих веществ.

Устройство 20 для отвода сиропа из теплообменной трубки 13 нисходящего движения пленки (фиг. 5а, 5б) состоит из цилиндра 36 с отводящим патрубком 6, расположенным в нижней его части, колец 37 и 38, эластичной мембраны 35 с коаксиально расположенным отверстием, диаметр которого меньше диаметра шарового элемента 15, пружин 39, верхние концы которых закреплены в нижней части теплообменной трубки 13, а нижние - в кольце 37. Для соосного расположения комплекта пружин 39 кольцо 37 фиксируется вместе с мембраной 35 прижимным кольцом 38 посредством винтов 40.

Выпарной аппарат снабжен четырьмя теплообменными трубками (фиг. 2), каждая из которых является самостоятельной ступенью сгущения. Для привода тяговых тросов 14 с набором шаровых элементов 15 предназначено приводное устройство 44, позволяющее изменять частоту вращения, расположенное в верхней части аппарата. Для уменьшения тепловых потерь предусмотрена изоляция корпуса.

Аппарат работает следующим образом.

В межтрубное пространство аппарата через патрубок 5 подается греющий пар. Для предотвращения эрозионных явлений и местного пригорания исходного раствора, поднимающегося по трубкам 12 в виде пленки, предусмотрен отбойный щиток 45, фиксируемый на нижней трубной решетке 10.

После прогрева внутренних частей аппарата под нижнюю трубную решетку 10 через патрубок 4 подается предварительно подогретый исходный раствор до уровня, контролируемого датчиком 9.

К поверхности шаровых элементов 15, находящихся в исходном растворе, в результате сил поверхностного натяжения прилипает его некоторая часть и транспортируется внутрь теплообменной трубки 12 для восходящего движения пленки. При входе шарового элемента в пространство теплообменной трубки 12 температура раствора повышается, в результате чего происходит уменьшение вязкости исходного раствора и его стекание с поверхности шарового элемента к периферии трубки. На стенках трубки образуется пленка, толщина которой определяется зазором между внутренним ее диаметром и диаметром шарового элемента 15. Восходящее движение пленки обеспечивают нижерасположенные шаровые элементы, которые, поднимаясь вверх, размазывают пленку по поверхности теплообменной трубки 12. По мере продвижения исходного раствора вверх происходит его сгущение до требуемого содержания сухих веществ. На выходе теплообменной трубки 12 сироп попадает в отводящее устройство 19, скапливается в нижней его конической части и удаляется через патрубок 6. Поднимающиеся вверх шаровые элементы 15 наталкиваются на эластичную мембрану 35 с отверстием, растягивают ее и выходят из отводящего устройства 19. В момент движения шаровых элементов через мембрану происходит удаление частиц сиропа с их поверхности, тем самым обеспечивается более стабильная толщина и равномерность распределения пленки в теплообменной трубке 13 для нисходящего ее движения.

Одновременно с работой секции сгущения восходящей пленки через патрубок 4 происходит подача исходного раствора в устройство 18, обеспечивающего работу секции сгущения нисходящей пленки. Исходный раствор через зазор, образованный цилиндрической и конической частями устройства ввода 18, равномерно стекает к периферии теплообменной трубки 13 и затем по ее внутренней поверхности. Шаровые элементы 15, движущиеся вниз, обеспечивают стабильную толщину падающей пленки и равномерное ее распределение. По мере продвижения исходного раствора вниз происходит его сгущение до требуемого содержания сухих веществ. На выходе из теплообменной трубки 13 сироп попадает в отводящее устройство 20, скапливается в его нижней части и удаляется из аппарата посредством патрубка 6. Удерживание сиропа в устройстве вывода 20 осуществляется за счет эластичной мембраны 35 с отверстием и комплекта пружин 39, соединяющих ее с теплообменной трубкой 13. В момент прохождения шаровых элементов 15 через отверстие эластичной мембраны 35 происходит ее растяжение, одновременно с которым осуществляется и растяжение пружин 39. Образовавшаяся замкнутая полость между поверхностями шарового элемента 15, мембраной 35 и цилиндра 36 позволяет обеспечить накопление сиропа в устройстве 20. При прохождении максимального размера шарового элемента 15 через мембрану 35 пружины 39 сжимаются и поднимают мембрану вверх. При этом происходит удержание объема сиропа, заключенного между мембраной 35 и цилиндром 36. Одновременно с этим при помощи патрубка 6 происходит удаление некоторой части сиропа из аппарата.

Образующийся в процессе выпаривания конденсат удаляется из греющей камеры аппарата посредством патрубка 8. Поднимающийся вверх соковый пар освобождается от капель сиропа посредством отбойника 21 и сепаратора 22 и подается на конденсацию при помощи патрубка 7.

Предложенный выпарной аппарат с восходящей и нисходящей пленками позволяет обеспечить:

- увеличение эффективности процесса выпаривания за счет обеспечения равномерной толщины пленки по высоте теплообменных труб;

- сокращение продолжительности процесса выпаривания в результате двойного отбора сиропа за один оборот тягового троса;

- существенное уменьшение загрязнения внутренних и движущихся частей аппарата от частиц сиропа благодаря эластичной мембране с отверстием.