RU2668920C1

RU2668920C1 - Rotary film evaporator

Info

Publication number: RU2668920C1
Application number: RU2018111491A
Authority: RU
Inventors: Константин Викторович Кукоба; Анна Викторовна Коптелова
Original assignee: Зубов Михаил Геннадьевич; Константин Викторович Кукоба; Анна Викторовна Коптелова
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2018-10-04

Abstract

FIELD: technological processes.SUBSTANCE: invention relates to the field of material processing for the purpose of separating liquid from it by evaporation. Rotary-film evaporator, which includes a housing with an internal cylindrical heating surface, a rotor housed inside the housing, the shaft of which is connected to a drive mechanism thereof, and a feed-in / out system of the processed product formed by at least one feed nozzle, and also at least one outlet port of the processed concentrated product, while for the rotor there is a possibility of changing the geometry, characterized in that the rotor with variable geometry is made of a set of plate elements, mounted on the drive shaft perpendicular to the axis of its rotation, wherein the rotor is provided with a locking device which, in an open position, enables the lamellar elements of the set to mutually rotate to adjust its geometry, and in the working position it ensures the rotor the invariance of the geometric shape, preventing the rotation of the plate-like elements of the set relative to each other and the rotor shaft.EFFECT: increase the flexibility of adjusting the rotary-film evaporator without replacing its constituent parts.3 cl, 3 dwg

Description

Техническое решение относится к области обработки материала с целью отделения от него жидкости путем выпаривания, в частности к роторно-пленочным испарителям (РПИ), используемым для концентрирования (упаривания) растворов, массообмена между газом и жидкостью, для проведения химических превращений в системах газ-жидкость.The technical solution relates to the field of material processing with the aim of separating liquid from it by evaporation, in particular to rotary film evaporators (EPIs) used for concentration (evaporation) of solutions, mass transfer between gas and liquid, for chemical transformations in gas-liquid systems .

Роторно-пленочные испарители (РПИ) вышеописанных типов находят широкое применение в современной пищевой и химической промышленности и других отраслях экономики. Так они пригодны для отделения жидкой фазы от, например, органического шлама в сточных водах, технологии производства пищевых продуктов, канализационных сточных водах и жидких отходах свиноводческих ферм, шлама, получаемого в результате разложения вышеупомянутого органического шлама, содержащего микроорганизмы. Для эффективной работы РПИ стекающий по внутренней поверхности корпуса продукт должен находиться в нем определенное время, что достигается различными способами: длиной корпуса, формой корпуса, формой ротора. РПИ определенной конструкции рассчитаны на переработку продуктов с определенными свойствами.Rotary film evaporators (EPI) of the above types are widely used in modern food and chemical industries and other sectors of the economy. So they are suitable for separating the liquid phase from, for example, organic sludge in wastewater, food production technology, sewage and sewage liquid waste from pig farms, sludge resulting from the decomposition of the aforementioned organic sludge containing microorganisms. For the EPI to work effectively, the product flowing down the inner surface of the housing must be in it for a certain time, which is achieved in various ways: the length of the housing, the shape of the housing, the shape of the rotor. FIRs of a particular design are designed to process products with certain properties.

Роторно-пленочные испарители (РПИ) практически незаменимы при переработке вязких, кристаллизующихся и термолабильных сред (разлагающихся при повышенных температурах). У РПИ процесс протекает в пленке, создаваемой на внутренней поверхности неподвижного обогреваемого корпуса, при помощи вращающегося ротора, что позволяет осуществлять в них различные технологические процессы: выпаривание, глубокое концентрирование растворов, дистилляцию, ректификацию, дезодорацию и др. Важной особенностью роторных пленочных испарителей является интенсификация процесса за счет проведения его в тонкой интенсивно перемешиваемой пленке, а также удобство выгрузки конечных продуктов из аппарата.Rotary film evaporators (EPIs) are practically indispensable in the processing of viscous, crystallizing and thermolabile media (decomposing at elevated temperatures). In FIR, the process takes place in a film created on the inner surface of a fixed heated body using a rotating rotor, which allows various technological processes to be carried out in them: evaporation, deep concentration of solutions, distillation, rectification, deodorization, etc. An important feature of rotary film evaporators is intensification the process by conducting it in a thin intensely mixed film, as well as the convenience of unloading the final products from the apparatus.

Из уровня техники известно множество технических решений, относящихся к роторно-пленочным испарителям, в которых за счет вращения расположенного на валу ротора создается пленка, стекающая по внутренней поверхности обогреваемого корпуса. При этом от толщины и скорости стекания пленки обрабатываемого продукта зависит качество его обработки. Среди известных технических решений существуют устройства РПИ с различными конструкциями роторов: жесткие, с шарнирно закрепленными лопастями, с подвижными скребками и др.The prior art knows many technical solutions related to rotary-film evaporators, in which due to the rotation of the rotor located on the shaft, a film is created, flowing down the inner surface of the heated case. Moreover, the quality of its processing depends on the thickness and speed of runoff of the film of the processed product. Among the well-known technical solutions, there are RPI devices with various rotor designs: rigid, with articulated blades, with movable scrapers, etc.

Так, в документе RU 2050166 С1 раскрыт ротор испарителя, собранный из наборов усеченных конусов, размещенных на вертикальном валу. В документе RU 120369 U1 раскрыт испаритель, лопасти ротора которого имеют шарнирное крепление и параболическую форму. В документе SU 1740025 А1 ротор испарителя собран из дисковых элементов, размещенных в кожухах. Из документа CN 105032320 А известен ротор, в котором лопасти имеют сборную конструкцию, с возможностью крепления к ним удлиняющих участков.So, in document RU 2050166 C1, an evaporator rotor is assembled from sets of truncated cones placed on a vertical shaft. RU 120369 U1 discloses an evaporator whose rotor blades are hinged and parabolic in shape. In document SU 1740025 A1, the evaporator rotor is assembled from disk elements housed in housings. A rotor is known from document CN 105032320 A, in which the blades have a prefabricated structure, with the possibility of attaching extension sections to them.

Среди указанных документов можно отметить документ US 4361462 А, опубликованный 30.11.1982, в котором раскрыт испаритель, который можно выбрать в качестве прототипа предложенного решения, поскольку ротор указанного испарителя подразумевает возможность изменения его формы за счет использования различных лопастей ротора. Данный технический прием позволяет настраивать испаритель для переработки различных полимеров. Однако испаритель, раскрытый в документе US 4361462 А, не позволяет осуществлять гибкую настройку ротора в широком интервале для различных продуктов.Among these documents, document US 4361462 A published on 11/30/1982 discloses an evaporator that can be selected as a prototype of the proposed solution, since the rotor of this evaporator implies the possibility of changing its shape through the use of various rotor blades. This technique allows you to configure the evaporator for processing various polymers. However, the evaporator disclosed in US Pat. No. 4,361,462 A does not allow flexible rotor tuning over a wide range for various products.

Задачей предложенного решения является создание РПИ с возможностью точного регулирования времени нахождения продукта в корпусе, т.е. с возможностью настраивать РПИ для переработки различных продуктов.The objective of the proposed solution is to create a FIR with the ability to precisely control the time spent in the product, i.e. with the ability to configure EPI for processing various products.

Технический результат, полученный в результате решения поставленной задачи, заключается в повышении гибкости настройки роторно-пленочного испарителя без произведения замены его составных частей.The technical result obtained by solving the task is to increase the flexibility of tuning the rotary-film evaporator without replacing its components.

Под повышением гибкости настройки РПИ следует понимать производимый без изменения конструкции точный выбор времени нахождения продукта в испарителе. В результате РПИ может быть оптимальным образом настроен для переработки продуктов с различными параметрами.By increasing the flexibility of adjusting the RPI, it is understood that the exact choice of the residence time of the product in the evaporator is made without changing the design. As a result, FIR can be optimally configured for processing products with various parameters.

Предложенное техническое решение реализовано в роторно-пленочном испарителе (РПИ), который включает в себя корпус с внутренней цилиндрической греющей поверхностью, размещенный внутри корпуса ротор, вал которого соединен с механизмом его привода, и систему подачи-вывода обрабатываемого продукта. Греющая поверхность может быть образована размещенной в корпусе рубашкой обогрева, через которую циркулирует рабочее тело. Греющая поверхность также может быть образована размещенными в корпусе электротехническими, например, резистивными средствами обогрева. Система подачи-вывода обрабатываемого продукта образована по меньшей мере, одним патрубком подачи исходного продукта, а также, по меньшей мере, одним патрубком вывода обработанного концентрированного продукта.The proposed technical solution is implemented in a rotary film evaporator (RPI), which includes a housing with an internal cylindrical heating surface, a rotor located inside the housing, the shaft of which is connected to its drive mechanism, and a feed-output system of the processed product. The heating surface can be formed by a heating jacket placed in the housing, through which the working fluid circulates. The heating surface can also be formed by electrical, for example, resistive heating means placed in the housing. The feed-output system of the processed product is formed by at least one supply pipe of the initial product, as well as at least one output pipe of the processed concentrated product.

С целью обеспечения настройки РПИ для переработки различных продуктов, для размещенного внутри корпуса ротора предусмотрена возможность изменения геометрии.In order to ensure the adjustment of EPI for processing various products, the possibility of changing the geometry is provided for the rotor located inside the rotor housing.

При этом для повышения гибкости настройки РПИ без изменения состава его конструктивных элементов, ротор с изменяемой геометрией выполнен из набора пластинчатых элементов, насаженных на приводной вал перпендикулярно оси его вращения. Также для достижения упомянутой цели ротор снабжен устройством фиксации, которое в разомкнутом положении обеспечивает возможность взаимного поворота пластинчатых элементов набора для настройки его геометрии, а в рабочем положении обеспечивает ротору неизменность геометрической формы, предотвращая поворот пластинчатых элементов набора относительно вала ротора.At the same time, to increase the flexibility of tuning RPI without changing the composition of its structural elements, the rotor with variable geometry is made of a set of plate elements mounted on the drive shaft perpendicular to the axis of rotation. Also, to achieve the said goal, the rotor is equipped with a locking device, which in the open position provides the possibility of mutual rotation of the plate elements of the set to adjust its geometry, and in the working position provides the rotor with a constant geometric shape, preventing the rotation of the plate elements of the set relative to the rotor shaft.

Ротор РПИ может состоять из набора одинаковых пластинчатый элементов. Или же отдельные пластинчатые элементы набора ротора могут иметь различную конфигурацию.The RPI rotor may consist of a set of identical plate elements. Or, the individual plate-like elements of the rotor kit may have a different configuration.

Предложенное техническое решение поясняется графическим материалами, на которых изображено:The proposed technical solution is illustrated by graphic materials, which depict:

На фиг. 1 - пример выполнения осесимметричного крестообразного пластинчатого элемента;In FIG. 1 is an example of the execution of an axisymmetric cross-shaped plate element;

На фиг. 2 - ротор, собранный на приводном валу из набора пластинчатых элементов, изображенных на фиг. 1In FIG. 2 - a rotor assembled on a drive shaft from a set of plate elements shown in FIG. one

На фиг. 3 проиллюстрирован окружной сдвиг отдельных пластинчатых элементов ротора относительно друг друга.In FIG. 3 illustrates the circumferential shift of individual plate-like rotor elements relative to each other.

Ротор, изображенный на фиг. 2, предназначен для размещения внутри корпуса РПИ. Механизм привода обеспечивает вращение ротора, который в свою очередь образует на цилиндрической греющей поверхности корпуса пленку из обрабатываемого продукта. В результате подогрева из продукта активно испаряется жидкая фаза, а концентрированный продукт стекает к патрубку вывода обработанного продукта.The rotor shown in FIG. 2, is intended for placement inside the RPI case. The drive mechanism provides rotation of the rotor, which in turn forms a film from the processed product on the cylindrical heating surface of the housing. As a result of heating, the liquid phase actively evaporates from the product, and the concentrated product flows to the outlet pipe of the processed product.

Подвод тепла к греющей поверхности может быть решен различными конструктивными методами, например, применением рубашки обогрева с циркулирующим рабочим телом, либо с помощью электротехнических средств обогрева.The heat supply to the heating surface can be solved by various constructive methods, for example, using a heating jacket with a circulating working fluid, or using electrical heating means.

Предложенное техническое решение позволяет изменять геометрию ротора путем взаимного смещения пластин (см. фиг. 3). При этом изменение геометрии ротора проходит без необходимости замены его составных частей. Также такое изменение геометрии ротора позволяет регулировать площадь поверхности соприкосновения ротора с пленкой обрабатываемого продукта. Кроме того, предложенная конструкция позволяет принимать ротору винтовую конфигурацию по типу шнека или архимедова винта, вращением которых можно ускорить, либо замедлить перемещение пленки продукта по цилиндрической греющей поверхности внутри корпуса.The proposed technical solution allows you to change the geometry of the rotor by mutual displacement of the plates (see Fig. 3). In this case, the geometry of the rotor changes without the need to replace its components. Also, such a change in the geometry of the rotor allows you to adjust the surface area of contact of the rotor with the film of the processed product. In addition, the proposed design allows the rotor to be configured as a screw or an Archimedean screw, the rotation of which can accelerate or slow down the movement of the product film on a cylindrical heating surface inside the housing.

Ротор с изменяемой геометрией выполнен из набора пластинчатых элементов, насаженных на приводной вал перпендикулярно оси его вращения. При этом ротор снабжен устройством фиксации пластинчатых элементов набора относительно друг друга и приводного вала. Устройство фиксации набора пластинчатых элементов схематично изображено на фиг. 2 и фиг. 3 в виде стяжных гаек, накрученных на концы приводного вала. Ротор РПИ может состоять из набора одинаковых пластинчатый элементов. Или же отдельные пластинчатые элементы набора ротора могут иметь различную конфигурацию.The rotor with variable geometry is made of a set of plate elements mounted on the drive shaft perpendicular to the axis of rotation. In this case, the rotor is equipped with a device for fixing the plate elements of the set relative to each other and the drive shaft. A locking device for a set of plate elements is shown schematically in FIG. 2 and FIG. 3 in the form of coupling nuts screwed onto the ends of the drive shaft. The RPI rotor may consist of a set of identical plate elements. Or, the individual plate-like elements of the rotor kit may have a different configuration.

Возможность изменения геометрии ротора в широком интервале, позволяет точно изменять время нахождения продукта в испарителе, т.е. гибко настраивать РПИ для переработки различных продуктов. При этом для такой настройки не требуется замена ротора или его составных частей.The possibility of changing the rotor geometry in a wide range allows you to accurately change the residence time of the product in the evaporator, i.e. flexibly configure EPI for processing various products. At the same time, such a setting does not require replacement of the rotor or its components.

Claims

1. A rotary-film evaporator comprising a housing with an internal cylindrical heating surface, a rotor located inside the housing, the shaft of which is connected to its drive mechanism, and a feed-output system of the processed product formed by at least one supply pipe of the initial product, and at least one outlet pipe of the processed concentrated product, while the rotor is provided with the possibility of changing the geometry, characterized in that the rotor with a variable geometry is made of a set lamellar elements mounted on the drive shaft perpendicular to the axis of rotation, while the rotor is equipped with a locking device, which in the open position provides the possibility of mutual rotation of the lamellar elements of the set to adjust its geometry, and in the working position provides the rotor with a constant geometric shape, preventing rotation of the lamellar elements of the set relative to each other and the rotor shaft.

2. The rotary film evaporator according to claim 1, characterized in that the rotor consists of a set of identical plate elements.

3. The rotary film evaporator according to claim 1, characterized in that the individual plate elements of the rotor set may have a different configuration.