CS261866B2 - Filmová odparka pro zahušťování látok tvořících usazeniny prováděné v tenké vrstvě - Google Patents

Abstract

Filmová odparka sestává z vertikálně umístěného válce, který je obklopen teplovýměnným pláštěm a opatřen trubkovými přírubami pro přívod zpracovávané kapaliny a teplovýměnného média a pro odvod zahuštěné kapaliny a teplovýměnného média a pro odvod par, přičemž uvnitř je umístěno klečové míchadlo s natáčecími lopatkami. Tyto natáčecí lopatky míchaidla jsou připevněné stavitelným způsobem, přičemž jejich pracovní okraje, stírající vnitřní teplovýměnný povrch, jsou skloněné v ostrém úhlu ke směru pohybu míchadila. Zařízení je vhodné pro zpracovávání kapalin obsahujících látky citlivé na teplo a tvořících usazeniny.

Description

Vynález se týká filmové odparky mechanického typu pro kontinuální zahušťování roztoků, které tvoří usazeniny, prováděné v tenké vrstvě.

Při zahušťování roztoků, které vytvářejí usazeniny, zahříváním těchto roztoků za účelem odpaření použitého rozpouštědla, které bylo použito pro přípravu těchto roztoků, je nezbytné neustálé čištění teplovýměnných povrchů, na kterých se během provádění těchto postupů tvoří usazeniny vznikající vysrážením pevných látek z těchto .roztoků. Jestliže vzniknou tyto usazeniny dojde na teplovýměnných plochách ke zhoršení podmínek pro výměnu tepla a tím i k nižší účinnosti celého postupu a v případě, kdy jsou tyto vznikající usazené vrstvy citlivé na teplo, vytvořené působením použitého teplovýměnného média, potom další nebezpečí spočívá v možných změnách uvedeného usazeného materiálu, což vede ke zničení nebo poškození tohoto materiálu.

Za účelem zabránění tohoto jevu se roztoky, které vytvářejí usazeniny, při zahřívání, resp. při provádění teplovýměnného procesu, obvykle intenzívně míchají, v. důsledku čehož zůstávají pevný částečky v kapalině v suspendované formě a nemohou tak přilnout k teplovýměnné ploše.

Uskutečnění promíchávání těchto roztoků je jednoduché v případech, kdy je objem kapaliny obsažený v prostoru podporujícímu vytváření turbulentního pohybu dostatečně velký.

V případě, kdy je zahušťování roztoku prováděno v jednotce principem odpařování kapaliny ve formě tenkého filmu, potom musí být celý teplovýměnný povrch mechanicky stírán.

Jedním ze zařízení podle dosavadního stavu techniky, které splňuje tyto výše uvedené požadavky, je například typ Sambay filmového teplovýměnného zařízení na odpařování kapalin ve formě tenkého filmu, který je znám například z Chemical Engineering, čtvrtletně publikovaný Polish Academy of Sciences, vydání vol. VIII, 1978, str. 195 a následující. Teplovýměnné odpařovací zařízení na principu tenkého filmu uvedené ve shora uvedené publikaci je opatřeno lopatkovým míchadlem, jehož lopatky jsou otáčivě upevněné v čepech paralelně uspořádaných ke hřídeli. Tyto lopatky jsou během rotačního pohybu míchadla tlačeny odstředivou silou na vnitřní válcový teplovýměnný povrch, přičemž tento povrch otírají a takto jej zcela očišťují. Požadovanou tenkou vrstvu kapaliny na stěnách tohoto odpařovacího zařízení je možno udržet pouze v tom případě, kdy obvodová rychlost lopatek míchadla je přibližně stejná jako rychlost proudění kapaliny po vertikální ploše. Při dosažení tohoto požadavku se tok kapaliny přerušuje a kapalina se za pomoci lopatek odstraňuje a cirkuluje podél uzavřeného obvodu vytvořenému teplovýměnnou plochou a vzhledem k tomuto účinku je časový interval kontaktu této kapaliny s horkým povrchem delší.

V případech, kdy je zpracovávaný roztok, který je určen k zahušťování, citlivý na delší působení těchto zvýšených teplot, potom může docházet k nežádoucím změnám v tomto roztoku nebo k vytváření usazených vrstev, což vylučuje možnost použití této metody odpařování na principu tenkého filmu na výše uvedené typy médií.

Z autorského osvědčení SSSR č. 814 374 je rovněž známa filmová mechanická odparka pro zpracování .látek v. tenké vrstvě, u které je míchací zařízení připevněno radiálně pevně na hřídeli za pomoci ramen. Na pracovním .povrchu lopatek tohoto míchadla je připevněn člen, který je nejčastěji zhotoven z drátu, přičemž tento drát je navinut do tvaru šroubovice a vytváří šnekovitou spirálu. Cílem tohoto opatření je mechanické urychlení stékání tohoto roztoku, který je zahušťován v odpařováku, a zvětšení intenzity teplovýměnného procesu.

Lopatky tohoto míchacího zařízení, které jsou pevně připevněny na hřídeli míchadla, a rovněž tak i šneková spirála vytvořená z drátu a připevněná na těchto lopatkách, musí být odděleny od teplovýměnného povrchu, přičemž mezi těmito lopatkami a šnekovými spirálami vznikne mezera, jejíž velikost závisí na přesnosti výroby této jednotky a na materiálech použitých pro výrobu tohoto zařízení. Z výše uvedeného je patrné, že tato filmová odparka pracuje za podmínek, kdy zpracovávaná kapalina stéká dolů po teplovýměnném povrchu, čemuž napomáhá působení šnekové spirály, a za současného dodržení konstantní přesně předem stanovené mezery mezi lopatkami a šnekovou spirálou a teplovýměnným povrchem.

Technické prostředky použité v tomto zařízení ovšem neumožňují odstraňovat usazeniny z vnitřních stěn odpařovacího zařízení, takže toto zařízení je možno použít pouze ke zpracovávání roztoků obsahujících látky, které nejsou citlivé na teplotu, kterou vyvine teplovýměnné médium.

Cílem uvedeného vynálezu je eliminovat nežádoucí jevy, které mohou nastat při zahušťování roztoků obsahujících látky citlivé na delší působení zvýšených teplot. Odstranění výše uvedených technických problémů bylo podle vynálezu dosaženo zkonstruováním zařízení s míchadlem, které zajišťuje očišťování teplovýměnných ploch se současným urychlováním toku vrstvy roztoku takovým způsobem, aby nedocházelo k přehřívání tohoto roztoku.

Podle uvedeného vynálezu sestává filmová odparka pro zahušťování látek tvořících usazeniny, prováděnému v tenké vrstvě, z vertikálně umístěného válce, který je uvnitř opatřen klečovým míchadlem s natáčecími lopatkami, přičemž uvedená válcová nádoba je obklopena teplovýměnným pláštěm a celé zařízení je opatřeno trubkovými příruba261866 mí pro přívod kapaliny určené k zahušťování a pro přívod teplovýměnného média, a dále pro odvod zahuštěné kapaliny a pro odvod teplovýměnného média a rovněž tak pro odvod par. Podstata tohoto zařízení podle uvedeného vynálezu spočívá v tom, že natáčecí lopatky míchadla, připevněné samostavitelným způsobem, mají pracovní okraje stírající vnitřní teplovýměnný povrch skloněné v ostrém úhlu vzhledem ke směru pohybu míchadla.

Výhody filmového odpařovacího zařízení podle uvedeného vynálezu spočívají v tom, že je možno v tomto zařízení zpracovávat kapaliny, které mají tendenci vytvářet na teplovýměnných plochách usazeniny, což je umožněno^ stíracím působením míchadla. Současné intenzívní urychlovací působení na stékání kapaliny gravitačním účinkem umožňuje zkrácení časového intervalu, po který se kapalina vyskytuje v zóně zvýšené teploty, což je zejména důležité v případech zpracovávání tepelně nestálých kapalin, které obsahují látky citlivé na delší působení zvýšených teplot. Zvýšení rychlosti stékání kapaliny značně zvyšuje koeficienty sdílení tepila a tím se zvyšuje i výkon zařízení.

Na přiloženém obrázku je zobrazeno zjednodušené schéma příkladného provedení zařízení podle uvedeného vynálezu, přičemž na obr. 1 je vertikální pohled na řez zařízením, opatřeným klečovým míchadlem, přičemž obr. 2 představuje horizontální řez zařízením podél roviny označené písmeny A— A na obr. 1.

Z uvedeného vyobrazení je patrné, že filmové odpařovací zařízení, ve kterém se provádí zahušťování v tenké vrstvě, je tvořeno vertikálním válcem 1, přičemž spodní část tohoto válce, představující asi polovinu výšky tohoto válce, je opatřena teplovýměnným pláštěm 2, který tuto část obklopuje. Podél vertikální osy tohoto zařízení je umístěna hřídel 3, na které je upevněno klečové míchadlo s natáčecími lopatkami 4, které jsou odkloněné od vertikálního směru ve směru otáčení míchadla. Pracovní povrchy těchto natáčecích lopatek 4 jsou paralelní po celé své délce k vnitřnímu povrchu válce 1, přičemž tímto vnitřním povrchem je teplovýměnná plocha.

Uvedený vertikální válec 1 je opatřen ve své horní části odváděcím přírubovým potrubím 7 pro páru, přičemž nad vnějším teplovýměnným pláštěm 2 je zařízení opatřeno trubkovou přírubou 5 pro přivádění zpracovávaného roztoku. Zařízení je v dolní části zakončeno kuželovitým dnem s trubkovou přírubou 6 pro odvádění zahuštěného roztoku a usazenin ze stěn. Teplovýměnný plášť je ve své horní části opatřen trubkovou přírubou 8 pro přivádění teplovýměnného mé8 dia a v oblasti spodního prostoru zařízení je opatřen trubkovou přírubou 9 pro odvádění teplovýměnného média, které již předalo své teplo, ze zařízení. S pomocí tohoto obrázku je možno snadno popsat a vysvětlit operace prováděné v tomto zařízení, podle vynálezu. Zpracovávaný roztok, který má být zahušťován, je přiváděn trubkovou přírubou 5, přičemž vstupuje do oblasti působení míchadla, které má natáčecí lopatky 4, odkloněné od vertikální roviny. Na pracovní povrchy uvedených lopatek působí odstředivá síla během provádění rotačního pohybu míchadila, přičemž tyto pracovní povrchy lopatek jsou tlačeny na teplovýměnný povrch, dostávají se do kontaktu s roztokem stékajícím po tomto teplovýměnném povrchu, a rozprostírají a stírají tento film a současně jej tlačí směrem dolů.

Skloněním lopatek ve směru otáčení míchadla se vytvoří silové složky působící směrem dolů, přičemž tyto složky se sčítají s gravitačními silami a přispívají k urychlování pohybu roztoku ve směru toku tohoto roztoku.

Použitelnost zařízení podle uvedeného vynálezu pro zahušťování roztoků obsahujících látky, které jsou citlivé na působení zvýšených teplot, byla vyzkoušena v praktickém měřítku provedením provozních testů, přičemž při provádění těchto testů mělo odpařovací zařízení teplovýměnnou plochu 0,5 metru čtverečního, která byla přídavně opatřena kondenzátorem známého provedení. Tento kondenzátor není zobrazen na přiložených obrázcích, přičemž teplovýměnná plocha u tohoto kondenzátorů byla 1,5 m², což umožňovalo provedení postupu za sníženého tlaku a zahřívání za pomocí vodní páry o tlaku asi 0,2 MPa. Při provádění tohoto postupu bylla zahušťována matečná kapalina po krystalizací kyseliny askorbové.

Zpracovávaný roztok měl koncentraci 16,6 procenta, přičemž byl zaváděn do, odparky rychlostí 0,000015 m³/s, tento roztok prošel odparkou a za tlaku sníženého asi na 0,02 MPa byl získán podíl pevné látky odpovídající 56 %.

Při provádění jiného testu měl zpracovávaný roztok koncentraci 25 %, přičemž byl tento roztok zaváděn do odparky v množství 0,00025 m³/h, tento roztok prošel odparkou a za tlaku sníženého na asi 0,01 MPa byl získán podíl pevné látky odpovídající 90 % hmot.

Z provedených a výše popsaných testů je jednoznačně patrné, že je možno odparku podle uvedeného vynálezu použít pro zahušťování roztoků za kontinuální tvorby usazenin, které jsou odstraňovány působením míchadla z teplovýměnného povrchu.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT

   Filmová odparka pro zahušťování látek tvořících usazeniny, prováděné v tenké vrstvě, sestávající z vertikálně umístěného válce, který je uvnitř opatřen klečovým míchadlem s natáčecími lopatkami, přičemž uvedená válcová nádoba je obklopena teplovýměnným pláštěm a celé zařízení je opatřeno trubkovými přírubami pro přívod kapaliny určené k zahušťování a pro přívod

   VYNALEZU teplovýměnného média, a dále pro odvod zahuštěné kapaliny a pro odvod teplovýměnného média a rovněž pro. odvod par, vyznačující se tím, že natáčecí lopatky (4), míchadla, připevněné stavitelným způsobem, mají pracovní okraje stírající vnitřní teplovýměnný povrch skloněné v ostrém úhlu ke směru pohybu míchadla.