NO841076L - Fremgangsmaate for separering og roterende fordamper for samme - Google Patents

Description

Denne oppfinnelsen angår roterende evaporatorer og er en forbedret evaporator av den roterende typen.

Ordet "evaporator" brukes vanligvis for å betegne destil-lasjonsapparater hvori en komponent av en oppløsning eller blanding skilles ut ved hjelp av omdanning til damp og derefter enten den gjenværende delen samles opp eller den utviklede dampen kondenseres som det ønskede produktet. I noen tilfeller betraktes både den gjenværende delen og den kondenserte dampen som produkter.

Som eksempel kan en svak vandig oppløsning av kaustiksoda, f.eks. den som stiger opp av en såkalt membrancelle som brukes ved produksjon av klor, konsentreres i en evaporator og den gjenværende sterkere oppløsningen er det ønskede produktet.

Som kontrasterende eksempel er det i et destillasjonsapparat konstruert for rensing av saltvann den utviklede dampen som etter kondensering primært er det ønskede produktet.

Det er foreslått, f.eks. av K.D.C. Hickman et al i "Advances in Chemistry Series" nr 27, sidene 128-46 (1960) at en evaporator for destillasjon av brakkvann eller saltvann kan være i roterende utgave hvor matevannet fordampes fra en roterende plate som er oppvarmet ved hjelp av damp. I våre forsøk på å utvikle en kontaktroterende evaporator, har begrensningen vært unødvendigheten av å fjerne store volumer av utviklet damp fra rotoraksens nærhet. Således har problemet, selv om vi har funnet ut at masseoverføringshastigheten i fordampnings-trinnet i vesentlig grad kan bedres ved å utføre fordampningen på en hurtigroterende plate eller serier av plater, av slike forbedringer vært å fremheve problemet med å fjerne dampen.

Det er funnet nå at dette problemet kan løses ved øye-blikkelig å kondensere den utviklede dampen på en tilstøtende roterende plate og å trekke ut kondensatet som væske fra platens ytre kant.

Den foreliggende oppfinnelse gir således en fremgangsmåte for å separere ut en komponent fra en oppløsning eller en væskeblanding ved hjelp av fordampning hvor denne fremgangsmåten omfatter de skritt å mate nevnte oppløsning eller blanding til en oppvarmet roterende plate for å omdanne en del av nevnte opp-løsning eller blanding til damp og kondensere minst en del av nevnte utviklede damp på en tilstøtende relativt kjølig roteren-

de plate.

Den foreliggende oppfinnelse gir videre en roterende evaporator som omfatter minst ett par plater, montert for å rotere om en felles akse, midler for å mate en oppvarmingsvæske til den første platens ytterside, midler for å mate en kjølevæske til den andre platens ytterside, midler for å mate en oppløs-ning eller væskeblanding til den første platens innside, midler for å trekke ut en første flytende del av nevnte oppløsning eller blanding fra nevnte første plates innside og midler for å trekke ut en videre væskeformet del derav fra den andre platens innside. Ved "utside" menes de ikke-tilstøtende sider og med "innside" menes de tilstøtende sider og begge deler refererer seg til platepar.

I en spesiell utførelse av den foreliggende oppfinnelse omfatter den roterende evaporatoren en serie med minst to platepar som nevnt foran og alle er montert om den samme aksen og hvor tilstøtende platepar er innrettet motsatt hverandre med hensyn på aksen. Sagt på en annen måte så er tannfordelingen av de fire platene i to tilstøtende platepar være kjølig plate, varm plate, varm plate, kjølig plate. Således kan de av platene begrensede kanalene i aksiell rekkefølge være

(a) en kanal for kjølevæske; (b) en kanal hvori fordampning/kondensering finner sted; (c) en kanal for oppvarmingsvæske; (d) en kanal hvori fordampning/kondensering finner sted; og så videre.

I en videre viktig utførelse av den foreliggende oppfinnelse er evaporatoren en evaporator med multipelvirkning, hvori damp som utvikles i et trinn (altså mellom en første og andre plate) kondenseres ved hjelp av varmeoverføring til det material som mates inn til et andre trinn (altså mellom den andre og tredje platen) hvor dette innmatede materiale i sin tur fordampes ved hjelp av den samme varmeovergangen og hvor den utviklede dampen i sin tur kondenseres på den tredje platen - og så videre. Det vil forstås at det innmatede materialet til til-støtende trinn kan være det samme eller forskjellige. Der hvor de nevnte innmatede materialene er de samme eller de nevnte dampene er de samme, anordnes trykkene i disse trinnene slik at den forønskede fordampning kan skje.

En annen viktig anvendelse for den foreliggende oppfinnelse er beskrevet i spesifikasjonen til en separat patentsøknad med samme dato som har tittelen "rotasjonsvarmepumpe". I den patentspesifikasjonen opplyses der om en roterende varmepumpe av absorpsjonstypen, hvori evaporatoren og absorbatoren kan kombineres i en enkelt roterende enhet, hvor dampen som utvikles ved en roterende plate absorberes til væske som flyter over en kjøligere overflate til en nært tilstøtende roterende plate.

Masseoverføringshastigheten som oppnås ved fremgangsmåten og utstyret ifølge den foreliggende oppfinnelse kan bedres ved å rotere platene ved slike rotasjonshastigheter at væsken derpå utsettes for en aksellerasjon som er større enn, f.eks. et an-tall ganger større enn, tyngdens aksellerasjon ("g"). Passende hastigheter er således de som gir opphav til aksellerasjoner på 5 g til 1000 g, spesielt fra 50 g til 750 g og enda mer spesielt fra 100g til 600g.

Platene som brukes i den roterende evaporatoren ifølge

den foreliggende oppfinnelse, har typisk form av skiver eller ringer.

Evaporatorens virkning kan alternativt feller videre for-bedres ved å sørge for at en side av en eller flere av de platene hvorpå en kondenserbar damp kondenseres, f.eks. den hvorpå den førnevnte utviklede dampen kondenseres eller den over hvil-ken et kondenserbart varmefluid strømmer, har en overflate som konstrueres for å motvirke dannelsen av en kontinuerlig væskefilm derpå. Fortrinnsvis behandles platenes sider slik at (a) kondensering av den kondenserbare dampen derpå skjer som dråper og (b) dens fuktbarhet reduseres slik at dannelse av en kontinuerlig stabil væskefilm motvirkes. Slike behandlinger omfatter det å fremskaffe et belegg av blant- annet et passende silikon-stoff eller polytetrafluoretylen på overflaten.

De platesidene over hvilke det innmatede materiale, altså det hvis væskedel skal fordampes, flyter kan med fordel behandles slik at bibeholdelse av en kontinuerlig væskefilm fremelskes. Slik behandling som kan være kjemisk, f.eks. etsing eller fysisk, f .eks. sandblåsing, vil generelt ha det siktemål å gi hele overflaten en jevn, fin ruhet.

Tykkelsen av platene som brukes i den roterende evaporatoren ifølge den foreliggende oppfinnelse, er vanligvis mellom 0,1 mm og 5 mm, avhengig av konstruksjonsmaterialet, den spe-sielle fordampningen som skal utføres og de valgte overflatesærtrekk. Mens tykkelsen av platene kan variere, og selvfølge-lig vil variere med noen former for overflatesærtrekk, så re-fereres der vanligvis til platetykkelsen slik som den ville være uten disse særtrekk når platetykkelse omtales. Platetykkelsen vil være stor nok til å gi den nødvendige stivhet under driftsforholdene, men tynn nok til å tillate høy termisk flux fra en side til den andre. Platetykkelsen er typisk mellom 0,25 mm og 1,25 mm.

Den ytre diameteren til de platene som brukes i den roterende evaporatoren ifølge den foreliggende oppfinnelse, er typisk i området 10 cm til 5 meter og fortrinnsvis mellom 50 cm og 100 cm og der hvor platene har form av ringer er deres indre diametere typisk i området 5 cm til 1 meter.

I den roterende evaporatoren ifølge den foreliggende oppfinnelse er avstanden mellom tilstøtende plater fortrinnsvis mellom 0,5 og 10 mm og foretrekkes enda mer å være mellom 2 og 3 mm.

Platene lages av et passende termisk ledende materiale som er istand til å motstå det miljøet det vil utsettes for ved drift av evaporatoren. Som eksempler på passende materialer kan blant andre nevnes bløtt stål, rustfritt stål, kobber og aluminium.

Varmefluidet er fortrinnsvis en kondenserbar damp som kondenseres for å danne en væske på den ytre overflaten til en første plate i den roterende evaporatoren ifølge den foreliggende oppfinnelse og enda mer fortrinnsvis er denne damp.

Kjølefluidet som strømmer over den ytre overflaten til

en andre plate i den roterende evaporatoren i henhold til den foreliggende oppfinnelsen, er fortrinnsvis en væske og kan passende være vann.

Typisk drivinnretning for evaporatoren ifølge den foreliggende oppfinnelsen er en rem som drives ved hjelp av en elektrisk motor. Men andre drivmidler som er kjent fra teknik-ken med roterende innretninger, f.eks. direkte drift fra en elektrisk motor, kan brukes.

Generelt vil, når en plate med væske på sin overflate roteres, sentrifugalvirkningen ha en tendens til å bevege denne væsken i en retning generelt vekk fra rotasjonsaksen. Den væsken som skal fordampes i den roterende evaporatoren ifølge den foreliggende oppfinnelse mates således mest passende til platene ved et punkt nær deres rotasjonsakse, f.eks. til senter av platene der hvor disse er ringformede. Enhver væske som forblir ufordampet, altså i sterkere konsentrert oppløsning enn den som mates til evaporatoren og enhver væske som dannes ved kondensering av dampen kan trekkes separat ut fra et punkt eller punk-ter nær platenes ytre kant.

Oppfinnelsen skal nå beskrives videre med henvisning til de medfølgende tegningene, hvori

fig. 1 viser, i forenklet snittriss, den foreliggende oppfinnelsens operasjonsmåte og

fig. 2 er et mere detaljert snittriss av en del av rotoren til en evaporator ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Det vises først til fig. 1 hvor fem skiveformede plater

1, 2, 3, 4 og 5 og en ringformet separator 6 er montert, paral-lelt med hverandre, for å rotere sammen med hverandre om en akse 7. Platene som par begrenser parallelle fluidpassasjer 8, 9, 10 og 11. Et kjølefluid, f.eks. vann, strømmer i passasje 8 1 en retning generelt vekk fra rotasjonsaksen. Et varmemedium, f.eks. damp, innføres nær ytterdiameteren til passasjen 11 og strømmer generelt mot aksen.

Væsken som skal fordampes, f.eks. en vandig oppløsning

av kaustiksoda som det er ønskelig å fordampe, føres inn i passasje 10 nær aksen og ved å strømme gjennom åpning 12 og over dammen 13 danner den et tynt lag på overflaten 3a til platen 3. Ved varmeutveksling med fluidet i passasje 11 via tykkelsen til platen 3 forårsakes oppløsningen å utvikle damp som strømmer i retningen til de prikkede pilene over den smale bredden til passasje 9 og kondenseres i sin tur på overflaten 2a til platen 2 og trekkes ut som kondensat ved 9a. Samtidig trekkes konsentrert oppløsning ut ved 9b.

Det vises nå til fig. 2 hvor rotorsammenstillingen hvorav bare en del er vist, er montert slik at den roterer om en akse som ligger i papirets, plan, en kort avstand til høyre for figuren. De mange parallelle platene, som her kan dannes som et press-stykke fra en flat, tynn plate, her nummerert fra 22 til 25 hvor tilsvarende plater har samme nummer.

Ved drift av evaporatoren kommer oppløsningen som skal fordampes inn fra høyre i figuren via kanalene 26 og strømmer som vist ved hjelp av pilene gjennom åpninger i platene 24, strømmer videre over overflatene 24a og fordampes delvis ved hjelp av varmen som overføres fra oppvarmingsfluidet, f.eks. damp, som strømmer radielt innover i tilstøtende kanaler 27. Separasjonsdeler 28 i kanalene 27 og 29 og separasjonsdeler 23 i kanalene 32 gir støtte til totalkonstruksjonen og forbed-rer også varmeovergangen. Separatorplåtene 23 har tett i tett med hull for å tillate passasje av damp og den kanten av hvert hull som er nærmest evaporatorens akse er utstyrt med en leppe, noe i likhet med en ostehøvel, for å holde platene fra hverandre med et minimum av kontaktflate mot platene 2 2 og 24 for å unngå unødig varmeovergang mellom platene 22 og 24 og unødig forstyrrelse av væskefilmen som strømmer på overflatene 22a og 24a. Separatorplatene 2 8 er utstyrt med åpninger (ikke vist) slik at passasjen av damp ikke hindres unødig.

Damp som utvikles ved overflatene 24a vandrer tvers over rommet til tilstøtende plateoverflater 22a hvor den kondenseres ved varmeovergang til kjølefluidet som strømmer i kanalene 29. Den kondenserte væsken strømmer radielt utover over overflatene 22a og sendes ut av rotoren gjennom åpninger (ikke vist) nær den ytre periferien til platene 22. Samtidig trekkes konsentrert oppløsning som blir igjen på overflatene 24a etter ut-vikling av dampen ut fra rotoren via åpningene 30, 30 og via produktkanal 31.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for å separere ut en komponent av en opp-løsning eller fra en væskeblanding ved hjelp av fordampning, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter skrittene å mate nevnte oppløsning eller blanding til en oppvarmet roterende plate for å omdanne en del av nevnte oppløsning eller blanding til damp og kondensere minst en del av nevnte utviklede damp på en tilstøtende ,forholdsvis kjølig roterende plate.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at platene roterer ved slike hastigheter at væske som måtte befinne seg derpå utsettes for en aksellerasjon mellom 5 og 1000 ganger tyngdens aksellerasjon.

3. Roterende evaporator, karakterisert ved at den omfatter minst et par plater montert for å rotere om en felles akse, midler for å mate et oppvarmingsfluid til den første platens utside, midler for å mate et kjølefluid til den andre platens utside, midler for å mate en opplø sning eller væskeblanding til den første platens innside, midler for å trekke ut en første flytende del av nevnte oppløsning eller blanding fra nevnte første plates innside og midler for å trekke ut en videre flytende del derav fra den andre platens innside.

4. Roterende evaporator ifølge krav 3, karakterisert ved at den omfatter en serie på minst to platepar, alle montert om den samme aksen hvor til-støtende platepar er motsatt innrettet med hensyn til aksen.

5. Roterende evaporator, karakterisert ved at den omfatter minst tre plater montert for å rotere om en felles akse, midler for å mate et oppvarmingsfluid til den første platens ytterside, midler for å mate en første oppløs-ning eller væskeblanding til den første platens innside hvorfra en første damp utvikles som kondenseres ved varmeovergang på dens tilstøtende side av en andre plate, midler for å mate en andre oppløsning eller væskeblanding til den andre platens andre side, hvorfra en andre damp utvikles ved hjelp av den nevnte varmeovergangen og som kondenseres ved varmeovergang på den tilstøtende siden av en tredje plate.

6. Roterende evaporator ifølge krav 3 eller 5, karakterisert ved at avstanden mellom til-støtende plater er mellom 0,5 og 10 mm.