CS261866B2

CS261866B2 - Film evaporator for concentrating of substances formating sediments carried out in a thin layer

Info

Publication number: CS261866B2
Application number: CS841884A
Authority: CS
Inventors: Antoni Cichocki; Kazimierz Trybalski
Original assignee: Os Bad Rozwojowy Prz
Priority date: 1983-04-07
Filing date: 1984-03-15
Publication date: 1989-02-10
Also published as: PL241377A1; PL139167B1; HUT35188A; CS188484A2

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.The film evaporator consists of a vertically positioned cylinder, which is surrounded by heat exchange provided with a tubular flange for supplying the liquid to be treated; heat exchange medium and condensate drain fluid and heat exchange medium and for vapor drain, where the cork is placed inside stirrer with swivel blades. These agitator swivel blades are attached in an adjustable way, while theirs working edges wiping internal heat exchange surface, they are inclined at an acute angle to the direction of motion. The device is suitable for processing liquids containing heat-sensitive substances and deposits.

Description

Vynález se týká filmové odparky mechanického typu pro kontinuální zahušťování roztoků, které tvoří usazeniny, prováděné v tenké vrstvě.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a mechanical type film evaporator for the continuous thickening of thin film deposited solutions.

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.By concentrating the sediment-forming solutions by heating the solutions to evaporate the solvent used to prepare the solutions, it is necessary to continuously clean the heat-exchange surfaces on which deposits are formed during the process by precipitating solids from these solutions. If these deposits occur on the heat exchange surfaces, the heat exchange conditions will deteriorate and thus the efficiency of the whole process will be less effective and if the resulting deposited layers are heat-sensitive created by the heat exchange medium used, material, resulting in destruction or damage to the material.

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.In order to prevent this from occurring, the solutions which form sediments are heated during heating or cooling. In carrying out the heat exchange process, they are usually vigorously stirred, as a result of which the solid particles remain in the liquid in suspended form and thus cannot adhere to the heat exchange surface.

Uskutečnění promíchávání těchto roztoků je jednoduché v případech, kdy je objem kapaliny obsažený v prostoru podporujícímu vytváření turbulentního pohybu dostatečně velký.Stirring these solutions is simple in cases where the volume of liquid contained in the space supporting turbulent movement is sufficiently large.

V případě, kdy je zahušťování roztoku prováděno v jednotce principem odpařování kapaliny ve formě tenkého filmu, potom musí být celý teplovýměnný povrch mechanicky stírán.If the solution is concentrated in the unit by the thin-film evaporation principle, then the entire heat-exchange surface must be mechanically wiped off.

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.One of the prior art devices which meets these requirements is, for example, the type of Sambay thin-film heat exchanger liquid heat exchanger known from Chemical Engineering, quarterly published by the Polish Academy of Sciences, Vol. VIII, 1978, p. 195 et seq. The thin-film heat exchange evaporation apparatus disclosed in the above publication is provided with a paddle stirrer whose blades are rotatably mounted in pins parallel to the shaft. These vanes are pressed by centrifugal force on the inner cylindrical heat exchange surface during the rotational movement of the agitator, wiping the surface and thus completely cleaning it. The desired thin film of liquid on the walls of the vaporizer can only be maintained if the peripheral speed of the impeller blades is approximately equal to the flow rate of the liquid across the vertical surface. Upon reaching this requirement, the flow of liquid is interrupted and the liquid is removed and circulated by the blades along a closed circuit formed by the heat exchange surface, and due to this effect the time interval of contact of the liquid with the hot surface is longer.

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.In cases where the treated solution to be concentrated is susceptible to prolonged exposure to these elevated temperatures, undesirable changes in the solution or formation of deposited layers may occur, eliminating the possibility of using this thin film evaporation method above. listed media types.

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.U.S. Pat. No. 814,374 also discloses a thin film film mechanical evaporator for the treatment of thin film layers in which the agitator is mounted radially firmly on the shaft by means of arms. On the working surface of the blades of the stirrer is attached a member, which is most often made of wire, the wire being wound in the form of a helix and forming a worm-like spiral. The aim of this measure is to mechanically accelerate the flow of this solution, which is concentrated in an evaporator, and to increase the intensity of the heat exchange process.

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.The blades of this agitator, which are firmly attached to the agitator shaft, as well as the screw helix formed from the wire and attached to the blades, must be separated from the heat exchange surface, leaving a gap between the blades and the screw helix. the production of this unit and the materials used to manufacture the unit. It can be seen from the above that this film evaporator operates under conditions where the liquid to be processed flows down the heat exchange surface, assisting the action of the screw coil, while maintaining a constant, precisely predetermined gap between the blades and the screw coil and the heat exchange surface.

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.However, the technical means used in this apparatus do not allow the removal of deposits from the internal walls of the evaporator, so that the apparatus can only be used to process solutions containing substances which are not sensitive to the temperature that the heat exchange medium develops.

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.It is an object of the present invention to eliminate the undesirable effects that may occur when thickened solutions containing substances susceptible to prolonged exposure to elevated temperatures. The solution to the above technical problems has been achieved according to the invention by designing a stirrer device which cleans the heat exchange surfaces while accelerating the flow of the solution layer in such a way as not to overheat the solution.

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.According to the present invention, the thin film film evaporator consists of a vertically positioned cylinder, which is provided with a cage stirrer with swivel blades inside, said cylindrical vessel being surrounded by a heat exchanger jacket and the whole apparatus being equipped with a tubular flange 26,866 m liquids intended for thickening and for supply of heat exchange medium, as well as for removal of thickened liquid and for removal of heat exchange medium, as well as for vapor removal. The principle of the device according to the invention consists in that the agitator swivel vanes, mounted in a self-adjusting manner, have working edges wiping the inner heat exchange surface inclined at an acute angle with respect to the direction of the agitator.

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.The advantages of the film evaporator according to the invention are that it is possible to treat liquids which tend to form deposits on the heat exchange surfaces, which is made possible by the wiping action of the stirrer. At the same time, the intense acceleration of the fluid flow by gravity makes it possible to shorten the time the liquid is present in the elevated temperature zone, which is particularly important in the case of treating thermally unstable liquids containing substances susceptible to prolonged elevated temperatures. Increasing the flow rate of the liquid greatly increases the heat transfer coefficients and thus increases the performance of the device.

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.In the accompanying drawing, a simplified diagram of an exemplary embodiment of the apparatus of the present invention is shown, and FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a cage stirrer apparatus; and FIG.

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.It can be seen from the figure that the film evaporator, in which the thin film thickening is carried out, consists of a vertical cylinder 1, the lower part of the cylinder representing about half the height of the cylinder being provided with a heat exchange jacket 2 surrounding it. Along the vertical axis of this device is located a shaft 3 on which is mounted a cage stirrer with swivel blades 4, which are inclined from the vertical direction in the direction of rotation of the stirrer. The working surfaces of these swivel vanes 4 are parallel to the inner surface of the roller 1, the inner surface being the heat exchange surface.

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.Said vertical cylinder 1 is provided in its upper part with a discharge flange duct 7 for steam, and above the outer heat exchange housing 2 the device is provided with a tubular flange 5 for supplying the solution to be treated. The device is terminated at the bottom by a conical bottom with a tubular flange 6 for draining the concentrated solution and deposits from the walls. The heat exchanger housing is provided in its upper part with a tubular flange 8 for supplying the heat exchange medium, and in the region of the lower space of the device it is provided with a tubular flange 9 for discharging the heat exchange medium which has already transferred its heat. With the help of this figure, the operations carried out in this apparatus according to the invention can be easily described and explained. The solution to be thickened is fed through the pipe flange 5 and enters the area of application of the agitator having the swivel vanes 4 diverted from the vertical plane. The operating surfaces of the vanes are agitated by a centrifugal force during the rotational movement of the vanes, the working surfaces of the vanes being pushed onto the heat exchange surface, contacting the solution running on the heat exchange surface, and spreading and wiping the film while pushing it down.

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.By tilting the blades in the direction of rotation of the agitator, the downward force components are added, which are added to the gravitational forces and contribute to accelerating the movement of the solution downstream.

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.The applicability of the device according to the invention for the thickening of solutions containing substances which are sensitive to elevated temperatures has been tested on a practical scale by carrying out operational tests, in which the evaporator has a heat exchange surface of 0.5 square meters, additionally provided with a known capacitor design. This capacitor is not shown in the accompanying figures, the heat exchange surface of the capacitors being 1.5 m ² , which allowed the process to be carried out under reduced pressure and heated with water vapor at a pressure of about 0.2 MPa. The mother liquor was concentrated after crystallization of ascorbic acid.

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 %.The treated solution had a concentration of 16.6 percent while being fed to the evaporator at a rate of 0.000015 m ³ / s, passed through the evaporator and a solids content corresponding to 56% was obtained under a pressure of about 0.02 MPa.

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.In another test, the solution to be treated had a concentration of 25%, which was introduced into the evaporator at 0.00025 m ³ / h, passed through the evaporator, and a solids content corresponding to 90% was obtained under a pressure of about 0.01 MPa. wt.

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.From the tests carried out and described above, it is clearly apparent that the evaporator of the present invention can be used to concentrate solutions to continuously form deposits which are removed by the agitator from the heat exchange surface.

Claims

SUBJECT

A thin film thin film evaporator consisting of a vertically positioned cylinder, equipped with a cage stirrer with swivel blades, said cylindrical vessel being surrounded by a heat exchanger jacket and the entire apparatus being provided with tubular flanges for supplying the liquid to be thickened. and for supply

BACKGROUND OF THE INVENTION to the heat transfer medium, and further to the condensation liquid removal and to the heat exchange medium as well as to the heat transfer medium. vapor outlet, characterized in that the swivel blades (4) of the agitator, fixed in an adjustable manner, have working edges wiping the inner heat exchange surface inclined at an acute angle to the direction of movement of the agitator.