RU2183978C1

RU2183978C1 - Method of evaporation of liquid mixtures and device for realization of this method

Info

Publication number: RU2183978C1
Application number: RU2001111147A
Authority: RU
Inventors: Р.М. Малышев; А.Н. Золотников; В.Е. Бомштейн
Original assignee: Малышев Роман Михайлович; Золотников Александр Николаевич; Бомштейн Виктор Евгеньевич
Priority date: 2001-04-25
Filing date: 2001-04-25
Publication date: 2002-06-27

Abstract

FIELD: evaporation and thickening of solutions; method of evaporation and evaporation apparatus; chemical, petrochemical, oil, pharmaceutical, food-processing and other industries. SUBSTANCE: proposed method consists in evaporation of liquids in tubular evaporator by conducting the process in pulse mode at varying reduced pressure delivered to system in such way that its magnityde in at least two tubes interconnected by means of communicating vessels should be different. Evaporator includes evaporation apparatus with vertical tubular heating chamber provided with inlet pipe union and outlet pipe union for escape of heat-transfer agent to inter-tube space; evaporator is provided with unit for delivery of solution to be evaporated which ensure communication of liquid in tubes; evaporator is also provided with separating unit; apparatus for building-up negative pressure in system which is connected with outlet of evaporator apparatus and separating unit. Said apparatus, for example vacuum pump is connected with outlet of tubes of heating chamber through distributing unit located in separating unit; it is so designed that different negative pressure is built up in at least two different tubes of evaporator. Proposed vacuum evaporator makes it possible to concentrate thermolabile foaming products at low temperatures and to avoid their decomposition. Proposed has capacity of 150 kg/h by evaporated moisture at temperature of carrier of 90 C and its flow rate of 8.0 cu.m/h; temperature of solution being evaporated is 45 C. EFFECT: enhanced efficiency. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к технике выпаривания и сгущения растворов, а именно к способам выпаривания и выпарным аппаратам для его осуществления, и может быть использовано в химической, нефтехимической, нефтяной, фармацевтической, пищевой и других областях промышленности. The invention relates to techniques for evaporation and thickening of solutions, in particular to methods of evaporation and evaporation apparatus for its implementation, and can be used in chemical, petrochemical, petroleum, pharmaceutical, food and other industries.

В настоящее время известно большое количество типов выпарных устройств (авт. св. 1227236, 1986, кл. B 01 D 1/00; авт. св. СССР 712098, 1980, кл. B 01 D 1/00; авт. св. СССР 1797933, 1993, кл. B 01 D 1/00). Выбор конкретного типа установки и способа выпаривания определяется особенностями выпариваемой смеси и технико-экономическими показателями. Currently, a large number of types of evaporation devices are known (ed. St. 1227236, 1986, class B 01 D 1/00; ed. St. USSR 712098, 1980, class B 01 D 1/00; ed. St. USSR 1797933, 1993, CL B 01 D 1/00). The choice of a specific type of installation and method of evaporation is determined by the characteristics of the evaporated mixture and technical and economic indicators.

Наибольшее распространение в настоящее время получили трубчатые аппараты, содержащие корпус со штуцерами для подвода теплоносителя, внутри которого помещены трубки с выпариваемым раствором (авт. св. СССР 712098, 1980, кл. B 01 D 1/00; авт. св. СССР 1797933, 1993, кл. B 01 D 1/00; авт. св. СССР 1490111, 1989, кл. B01 D 1/00). Tubular apparatuses are currently the most widely used, containing a housing with fittings for supplying coolant, inside which tubes with an evaporated solution are placed (ed. St. USSR 712098, 1980, class B 01 D 1/00; ed. St. USSR 1797933, 1993, CL B 01 D 1/00; ed. St. USSR 1490111, 1989, CL B01 D 1/00).

Для повышения эффективности выпаривания предлагается вводить в систему пузырьки газов, что обеспечивает повышенное парообразование. Для реализации способов устройство может быть оборудовано системой подвода воздуха или получения его непосредственно в установке, в частности путем электролиза. To increase the efficiency of evaporation, it is proposed to introduce gas bubbles into the system, which provides increased vaporization. To implement the methods, the device can be equipped with a system for supplying air or receiving it directly in the installation, in particular by electrolysis.

Недостатками указанных способов являются большие энергозатраты, частые случаи перегрева стенок трубок, относительно невысокая производительность, ограничения по составу выпариваемой жидкости. The disadvantages of these methods are high energy consumption, frequent cases of overheating of the walls of the tubes, relatively low productivity, restrictions on the composition of the evaporated liquid.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ, используемый для выпаривания водных растворов мочевины (авт. св. СССР 1490111, 1989, кл. В 01 D 1/00). Способ заключается в том, что исходное сырье и греющий пар подаются в испарительную камеру, а разделение парожидкостной смеси на отдельные потоки упаренного раствора и перегретого пара осуществляется в сепарирующем устройстве с последующей подачей в него перегретого пара для предотвращения высаживания компонентов раствора. Closest to the technical nature of the claimed method is the method used for evaporation of aqueous solutions of urea (ed. St. USSR 1490111, 1989, class 01 D 1/00). The method consists in the fact that the feedstock and heating steam are fed into the evaporation chamber, and the separation of the vapor-liquid mixture into separate streams of one stripped off solution and superheated steam is carried out in a separating device with subsequent supply of superheated steam to it to prevent precipitation of the solution components.

Недостатками данной технологии также являются большие энергозатраты, частые случаи перегрева стенок трубок, относительно невысокая производительность. The disadvantages of this technology are also large energy costs, frequent cases of overheating of the tube walls, and relatively low productivity.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство для выпаривания (пат. США 5273623, кл. В 01 D 1/00, 1993), который содержит выпарной аппарат с вертикальной трубчатой греющей камерой, снабженной штуцерами для входа и выхода теплоносителя в межтрубное пространство корпуса камеры, средство подачи выпариваемого раствора в нижнюю часть греющей камеры, обеспечивающее ввод раствора во все трубки по принципу сообщающихся сосудов, сепарирующее устройство и средство для создания отрицательного давления в системе. The closest in technical essence to the claimed device is a device for evaporation (US Pat. US 5273623, CL 01 D 1/00, 1993), which contains an evaporator with a vertical tubular heating chamber equipped with fittings for entering and leaving the coolant into the annulus the housing of the chamber, the means for supplying the evaporated solution to the lower part of the heating chamber, which ensures the solution is introduced into all tubes according to the principle of communicating vessels, a separation device and means for creating negative pressure in the system.

Недостатком устройства является невозможность с его помощью создать различное давление в разных трубках, что не позволяет добиться высокой производительности. The disadvantage of this device is the inability to use it to create a different pressure in different tubes, which does not allow to achieve high performance.

Задачей, стоявшей перед авторами, являлось создание более эффективного способа, позволяющего, в частности, увеличить производительность по испаренной влаге с единицы теплообменной поверхности и создание выпарного устройства, позволяющего увеличить конечную концентрацию упаренного раствора с улучшением качества продукта путем предотвращения его локального перегрева и снижения накипеобразования на теплообменных поверхностях. The task facing the authors was to create a more efficient method, in particular, to increase the productivity of evaporated moisture from a unit of the heat exchange surface and to create an evaporation device, which would increase the final concentration of one stripped off solution while improving the quality of the product by preventing its local overheating and reducing scale formation by heat exchange surfaces.

Указанная задача решалась новой технологией, в соответствии с которой предлагается проводить процесс выпаривания в зоне отрицательного давления, вводимого в систему таким образом, что оно в различных частях выпариваемой жидкости, связанных между собой сообщающимися сосудами, устанавливается различным, причем в ходе процесса оно меняется в пульсирующем режиме, подбираемым под особенности конкретной выпариваемой смеси. This problem was solved by a new technology, according to which it is proposed to carry out the evaporation process in the zone of negative pressure introduced into the system so that it is set different in different parts of the evaporated liquid connected by interconnected vessels, and during the process it changes in pulsating mode, selected according to the characteristics of a particular evaporated mixture.

Для осуществление способа разработано выпарное устройство, в котором в состав сепарирующего устройства включено распределительное устройство, сконструированное таким образом, чтобы оно обеспечивало, по крайней мере, в двух разных трубках выпарного устройства различное отрицательное давление в переменном пульсирующем режиме. For the implementation of the method, an evaporation device has been developed in which a distributing device is included in the composition of the separating device so as to provide at least two different tubes of the evaporation device with different negative pressure in an alternating pulsating mode.

Общая схема заявляемого выпарного устройства приведена на чертеже. The General scheme of the inventive evaporation device is shown in the drawing.

Устройство состоит из вертикальной трубчатой греющей камеры 1 со штуцерами 2 и 3 для подвода и отвода теплоносителя, расположенного над ним аппарата для создания на выходе отрицательного давления в системе (ВА) 4, соединенного через распределительное устройство 5 с отдельными трубками или группами трубок 6 и 7. Камера снабжена штуцером 8, соединенным с блоком подачи раствора (БПР) 9, обеспечивающим взаимодействие жидкостей между трубками по принципу сообщающихся сосудов. В качестве устройства для создания отрицательного давления в системе может использоваться установка для создания пониженного давления (ВА) 4, соединенная с сепарационным устройством 10, обеспечивающим разделение образующейся парожидкостной смеси на отдельные потоки упаренного раствора и перегретого вторичного пара. Устройство может дополнительно содержать конденсаторы, сборники конденсата, сборник упаренного раствора, запорно-регулирующую аппаратуру. The device consists of a vertical tubular heating chamber 1 with fittings 2 and 3 for supplying and discharging a heat carrier, an apparatus located above it to create a negative pressure in the system (VA) 4 at the outlet, connected through a distributor 5 to individual tubes or groups of tubes 6 and 7 The chamber is equipped with a fitting 8 connected to a solution supply unit (BPR) 9, which ensures the interaction of liquids between the tubes according to the principle of communicating vessels. As a device for creating a negative pressure in the system, a device for creating a reduced pressure (VA) 4 can be used, connected to a separation device 10, which ensures the separation of the resulting vapor-liquid mixture into separate streams of one stripped off solution and superheated secondary steam. The device may further comprise capacitors, condensate collectors, an evaporated solution collector, and shut-off and control equipment.

Принцип действия заявляемого устройства следующий. The principle of operation of the claimed device is as follows.

Через штуцер 3 в межтрубное пространство камеры 1 подают теплоагент, например горячую воду. Исходный раствор, подлежащий выпариванию, поступает через БПР 9 в трубки испарителя 1 через штуцер 8 и, поднимаясь снизу вверх, нагревается. Теплоноситель, отдав свое тепло раствору, выводится из аппарата через штуцер 2. Through the nozzle 3 in the annular space of the chamber 1 serves a heat agent, for example hot water. The initial solution to be evaporated enters through the BPR 9 into the tubes of the evaporator 1 through the nozzle 8 and, rising from the bottom up, heats up. The heat carrier, having given its heat to the solution, is removed from the apparatus through the nozzle 2.

Под действием переменного отрицательного давления, создаваемого ВА 4 и подаваемого на соединенные в виде сообщающихся сосудов трубки 6 и 7, возникает пульсация жидкости, оптимальный режим которой подбирается под конкретную разделяемую смесь. Пульсация приводит к высокой скорости движения испаряемой жидкости и образованию пленки вслед уходящей жидкости, что позволяет достигать высоких коэффициентов теплопередачи и, следовательно, уменьшению требуемой поверхности теплообмена для испарения единицы объема жидкости. Одновременно наличие отрицательного давления также интенсифицирует процессы пароотделения и удаления паров из выпарного устройства, сдвигая существующее динамическое равновесие системы в заданном направлении. Получаемый пар с каплями выпаренной жидкости поступают в сепарирующее устройство 10 и разделяются на отдельные потоки. Under the action of alternating negative pressure created by VA 4 and supplied to tubes 6 and 7 connected in the form of interconnected vessels, a pulsation of liquid occurs, the optimal mode of which is selected for a particular shared mixture. Ripple leads to a high speed of movement of the evaporated liquid and the formation of a film after the leaving liquid, which allows to achieve high heat transfer coefficients and, consequently, to reduce the required heat transfer surface for evaporation of a unit volume of liquid. At the same time, the presence of negative pressure also intensifies the processes of steam separation and vapor removal from the evaporation device, shifting the existing dynamic equilibrium of the system in a given direction. The resulting steam with drops of evaporated liquid enters the separating device 10 and is divided into separate streams.

Изменяющиеся направления движения жидкости в пульсационном (импульсном) режиме концентрирования по отношению к движению теплоносителя позволяют получить дополнительные преимущества, позволяющие улучшить качество упариваемого продукта. В частности, предотвращение его локального перегрева и снижение накипеобразования на теплообменных поверхностях. Что особенно существенно при упаривании вязких растворов. Changing the direction of fluid movement in a pulsed (pulsed) concentration mode with respect to the movement of the coolant allows you to get additional benefits that can improve the quality of the evaporated product. In particular, the prevention of its local overheating and the reduction of scale formation on heat exchange surfaces. Which is especially important when evaporating viscous solutions.

Разработанное пульсационное вакуум-выпарное устройство позволяет концентрировать термолабильные вспенивающиеся продукты при низких температурах и исключить их разложение. Созданная установка обеспечивает производительность по испаренной влаге 150 кг/ч при температуре теплоносителя 90^oС и его расходе 8,0 м³/ч, температура упариваемого раствора 45^oС.The developed pulsating vacuum-evaporation device makes it possible to concentrate thermolabile foaming products at low temperatures and to eliminate their decomposition. The created installation provides a capacity for evaporated moisture of 150 kg / h at a coolant temperature of 90 ^o C and its flow rate of 8.0 m ³ / h, the temperature of the evaporated solution 45 ^o C.

Промышленная применимость способа иллюстрируется следующими примерами. Industrial applicability of the method is illustrated by the following examples.

На выпарную установку по производству концентрата экстракта корня солодки, мощностью 300 кг/ч по испаренной влаге, поступает экстракт (в трубки испарителя 1) с концентрацией 2% экстрактивных веществ. Одновременно в межтрубное пространство испарителя 1 подают теплоноситель (горячая вода) с температурой 90^oС. Под действием отрицательного давления от - 0,87 кг/см² до - 0,90 кг/см², создаваемого попеременно в различных трубках испарителя 1 выпарного аппарата с частотой 1 Гц, экстракт корня солодки, находящийся в трубках испарителя 1, приходит в возвратно-поступательное движение по трубкам, при этом вскипает. Полученная парожидкостная смесь поступает попеременно в сепарационные зоны 10, где разделяются на вторичный пар и упаренный раствор. Вторичный пар конденсируется в конденсаторах и собирается в сборниках конденсата. Упаренный до 72% экстрактивных веществ густой экстракт корня солодки выводится из аппарата.At a evaporation plant for the production of a concentrate of licorice root extract, with a capacity of 300 kg / h by evaporated moisture, the extract (in the evaporator tubes 1) with a concentration of 2% of extractives is supplied. At the same time, a coolant (hot water) with a temperature of 90 ^o C. is supplied to the annulus 1 of the evaporator 1. Under the influence of negative pressure from - 0.87 kg / cm ² to - 0.90 kg / cm ² , which is created alternately in different tubes of the evaporator 1 of the evaporator with a frequency of 1 Hz, licorice root extract located in the tubes of the evaporator 1, comes into reciprocating motion through the tubes, while boiling. The resulting vapor-liquid mixture flows alternately into the separation zones 10, where they are separated into secondary vapor and one stripped off solution. Secondary steam is condensed in condensers and collected in condensate collectors. Evaporated to 72% of extractives, a thick extract of licorice root is removed from the apparatus.

Сравнение предлагаемого способа и аппарата с известными техническими решениями (при равных характеристиках теплоносителя и вакуума) показывает, что использование пульсации вакуума с определенной частотой и амплитудой позволяет увеличить производительность выпарного аппарата по испаренной влаге с единицы теплообменной поверхности в 2-2,5 раза, достичь высокой концентрации упаренного термолабильного раствора и исключить термодеструкцию продукта на теплообменных поверхностях. Comparison of the proposed method and apparatus with known technical solutions (with equal characteristics of the coolant and vacuum) shows that the use of vacuum pulsation with a certain frequency and amplitude allows to increase the evaporation apparatus productivity by evaporated moisture from a heat-exchange surface unit by 2-2.5 times, to achieve high the concentration of one stripped off heat-sensitive solution and to exclude thermal degradation of the product on heat-exchange surfaces.

Claims

1. The method of evaporation of liquid mixtures, including feeding the solution and coolant into a tubular evaporation reactor with a separator, evaporating the solution in tubes and separating the vapor-liquid mixture after concentration, characterized in that the evaporation is carried out under reduced pressure in a pulsating mode, and the reduced pressure in the system is set so so that its value in at least two tubes connected by a system of communicating vessels is different.

2. A device for evaporation, consisting of an evaporator with a vertical tubular heating chamber, equipped with fittings for entering and leaving the coolant in the annular space of the chamber body; a unit for supplying an evaporated solution, which provides a connection between the liquid in the tubes according to the principle of communicating vessels, and a separation device, an apparatus for creating negative pressure in the system, for example, a vacuum pump connected to the outlet of the evaporator and a separation device, characterized in that it is additionally equipped located in the separation device, a switchgear designed in such a way that it provides at least two different tubes of the evaporator Great negative pressure.

3. The device according to p. 1, characterized in that the apparatus for creating negative pressure in the system is equipped with a device that ensures the creation of negative pressure in the tubes in an alternating pulsating mode.