RU89409U1

RU89409U1 - CENTRIFUGAL TYPE EVAPORATION DEVICE

Info

Publication number: RU89409U1
Application number: RU2009129034/22U
Authority: RU
Inventors: Александр Борисович Голованчиков; Леонид Саввич Рева; Александр Викторович Ляпков; Сергей Леонидович Рева; Николай Сергеевич Ковалев; Галина Ивановна Первакова
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2009-12-10

Abstract

Устройство выпарное центробежного типа, содержащее корпус, вал с установленным на нем греющим элементом теплообменного аппарата, с внешней стороны которого размещены спиралевидные лопасти, днище, системы циркуляции теплового агента, материального раствора и вторичного пара с патрубками, отличающееся тем, что на внутренней стороне греющего элемента равномерно и перпендикулярно его поверхности закреплены с возможностью колебаний металлические иглы, выполненные из упругой проволоки.A centrifugal evaporation device containing a housing, a shaft with a heating element of a heat exchanger installed on it, on the outside of which spiral-shaped blades, a bottom, circulation systems of a heat agent, material solution and secondary steam with nozzles are located, characterized in that on the inside of the heating element evenly and perpendicular to its surface, metal needles made of elastic wire are fixed with the possibility of oscillation.

Description

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для упаривания жидкостей, эмульсий и суспензий в центробежном поле вращающегося нагреваемого элемента и может найти применение в химической, нефтехимической, пищевой, фармацевтической, медицинской, экологической и других отраслях промышленности.The proposed solution relates to devices for evaporating liquids, emulsions and suspensions in a centrifugal field of a rotating heated element and can be used in chemical, petrochemical, food, pharmaceutical, medical, environmental and other industries.

Известна конструкция дискового распылителя, содержащего приводной вертикальный вал с закрепленным на нем рабочим диском, узел питания и установленным над рабочим диском пульсатор в виде неподвижного стакана или тарельчатого питателя обеспечивающий пульсирующую подачу жидкости (Авт. св. СССР №531549, В05В 3/14, 1976 г).A known design of a disk atomizer containing a vertical drive shaft with a working disk mounted on it, a power unit and a pulsator mounted above the working disk in the form of a fixed cup or plate feeder providing a pulsating fluid supply (Ed. St. USSR No. 531549, B05B 3/14, 1976 d).

К причинам препятствующим достижению заданного технического результата, относится небольшая производительность по испарению жидкости из-за малого времени контакта с поверхностью нагреваемого диска.The reasons that impede the achievement of a given technical result include a small liquid evaporation rate due to the short contact time with the surface of the heated disk.

Известна конструкция дискового распылителя, содержащего приводной вал с закрепленными на нем диском и узел питания, при этом рабочая поверхность диска, на которую подается жидкость имеет искусственную шероховатость в виде кольцевых проточек, круглых лунок или спиральных проточек (Д.Г.Пажи, B.C.Галустов. Основы техники распыления жидкостей. - М.: Химия, 1984 г., с.147-149).A known design of a disk atomizer containing a drive shaft with a disk mounted on it and a power unit, while the working surface of the disk to which the liquid is supplied has an artificial roughness in the form of circular grooves, round holes or spiral grooves (D.G. Pazhi, BCGalustov. Fundamentals of the technique of spraying liquids. - M .: Chemistry, 1984, p.147-149).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится недостаточная производительность по испарению жидкости из-за малого времени ее контакта с поверхностью нагреваемого диска.The reasons that impede the achievement of a given technical result include insufficient productivity for evaporation of the liquid due to the short time of its contact with the surface of the heated disk.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту и принятому за прототип является устройство выпарное центробежного типа, содержащее корпус, вал с установленным на нем греющим элементом теплообменного аппарата, днище, системы циркуляции теплового агента, материального раствора и вторичного пара, с патрубками, при этом греющий элемент выполнен по форме, имеющей параболический профиль, с внешней стороны которого размещены спиралевидные лопасти, и имеет систему осевой загрузки раствором, а патрубки подачи и отвода теплового агента расположены на корпусе теплообменного аппарата диаметрально противоположно (патент РФ №2185868, ВО1Д 1/22, 2002 г).The closest technical solution to the claimed object and adopted as a prototype is a centrifugal evaporator type device containing a housing, a shaft with a heating element of a heat exchanger installed on it, a bottom, a circulation system of a heat agent, material solution and secondary steam, with nozzles, while the heating element made in the form having a parabolic profile, on the external side of which spiral-shaped blades are placed, and has an axial loading system with a solution, and heat supply and exhaust pipes Enta located on the body of the heat exchanger is diametrically opposed (RF patent №2185868, VO1D 1/22, 2002).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата является недостаточная производительность по выпариванию из-за малого времени пребывания материального раствора на внутренней поверхности греющего элемента и достаточной величины поверхности теплопередачи греющего элемента.The reasons that impede the achievement of a given technical result is the insufficient evaporation rate due to the short residence time of the material solution on the inner surface of the heating element and the sufficient heat transfer surface of the heating element.

Техническим результатом предлагаемой конструкции является увеличение производительности по выпариванию за счет увеличения времени пребывания материального раствора на внутренней поверхности греющего элемента и увеличения размеров поверхности теплопереноса греющего элемента.The technical result of the proposed design is to increase the evaporation rate by increasing the residence time of the material solution on the inner surface of the heating element and increasing the size of the heat transfer surface of the heating element.

Технический результат достигается тем, что в устройстве выпарном центробежного типа, содержащем корпус, вал с установленным на нем греющим элементом, с внешней стороны которого размещены спиралевидные лопасти теплообменного аппарата, днище, системы циркуляции теплового агента, материального раствора и вторичного пара, с патрубками, при этом на внутренней стороне греющего элемента равномерно и перпендикулярно его поверхности закреплены с возможностью колебании металлические иглы, выполненные из упругой проволоки.The technical result is achieved by the fact that in a centrifugal evaporator type device containing a housing, a shaft with a heating element mounted on it, on the outside of which there are spiral-shaped blades of a heat exchanger, a bottom, a circulation system of a heat agent, material solution and secondary steam, with nozzles, with this on the inner side of the heating element uniformly and perpendicular to its surface are fixed with the possibility of oscillation of metal needles made of elastic wire.

Равномерно иглы перпендикулярно закреплены на внутренней стороне греющего элемента по всей его поверхности металлических игл позволяет затормозить поток материального раствора, обтекающего эти иглы, увеличить время нахождения раствора на внутренней поверхности греющего элемента, а значит производительность по упариванию. Кроме того, поверхность металлических игл увеличивает общую поверхность теплопереноса, а значит тоже способствует увеличению производительности по упариванию материального раствора.Evenly, the needles are perpendicularly fixed on the inner side of the heating element over its entire surface of metal needles, which allows to slow down the flow of the material solution flowing around these needles, to increase the residence time of the solution on the inner surface of the heating element, which means evaporation performance. In addition, the surface of metal needles increases the overall heat transfer surface, and therefore also contributes to an increase in the evaporation rate of the material solution.

Выполнение металлических игл из упругой проволоки с возможностью колебаний обеспечивает их вибрацию при обтекании металлических игл материальным потоком, что увеличивает скорость теплопереноса, а значит производительность по упариванию материального потока.The execution of metal needles from an elastic wire with the possibility of oscillations ensures their vibration during the flow around the metal needles of the material flow, which increases the rate of heat transfer, and hence the productivity of evaporation of the material flow.

Кроме того, малое сечение игл и их горячая поверхность является центрами парообразования с интенсивным выделением пузырьков пара по сравнению с гладкой поверхностью внутренней стороны греющего элемента, а колебания игл, выполненных из упругой проволоки, способствует отрыву образующихся пузырьков пара от поверхности игл, что также способствует увеличению производительности.In addition, the small cross section of the needles and their hot surface are centers of vaporization with intense release of vapor bubbles in comparison with the smooth surface of the inner side of the heating element, and the oscillations of the needles made of elastic wire helps to separate the formed vapor bubbles from the surface of the needles, which also contributes to an increase performance.

Таким образом, все вышесказанное увеличивает время пребывания материального потока на внутренней поверхности греющего элемента, приводит к увеличению числа паровых пузырьков, их поверхности и скорости теплопереноса, а значит в целом способствует увеличению производительности по выпариванию материального потока.Thus, all of the above increases the residence time of the material flow on the inner surface of the heating element, leads to an increase in the number of steam bubbles, their surface and heat transfer rate, and therefore generally contributes to an increase in the evaporation rate of the material flow.

На фигуре изображено устройство выпарное центробежного типа в разрезе.The figure shows a sectional centrifugal type evaporator.

Устройство содержит корпус 1 с ложным днищем 2, являющимся остовом теплообменного аппарата 3, оснащенного расположенными в диаметрально противоположном направлении патрубками: 4 - для подачи исходного и 5 - для отвода отработанного теплового агента, обеспечивающего передачу тепловой энергии внутренней стороне поверхности греющего элемента 6, имеющего параболический поперечный профиль, соответствующий форме свободной поверхности жидкости, находящейся во вращаемся сосуде. На внешней стороне греющего элемента 6 (со стороны теплообменного аппарата) закреплены спиралевидные лопасти 7, обеспечивающие интенсивный процесс передачи теплоты греющему элементу от теплового агента за счет турбулизации его потоков путем создания дополнительных аэродинамических сопротивлений, а также увеличением пути прохода теплоагента в теплообменном аппарате. Греющий элемент 6 установлен на вертикальном валу 8 с возможностью вращения в направлении вектора угловой скорости ω, который противоположен направлению вектора v скорости потока теплового агента, при взаимодействии с ротационным приводом 9. В нижней центральной части греющего элемента 6 расположена система осевого питания, состоящая из патрубка 10, обеспечивающего его осевую загрузку за счет подачи исходного раствора 11 из питающей емкости 12, и патрубка 13, обеспечивающего подачу выпариваемого раствора. Нижняя часть корпуса 1 представляет собой горообразную накопительную емкость 14, в которую осуществляется разгрузка концентрированного раствора с периферии греющего элемента 6 с возможностью отвода упаренного раствора из корпуса 1, через патрубок 15.The device comprises a housing 1 with a false bottom 2, which is the skeleton of a heat exchanger 3, equipped with nozzles located in the diametrically opposite direction: 4 - for supplying the source and 5 - for removing the spent heat agent, which transfers thermal energy to the inner side of the surface of the heating element 6 having a parabolic a transverse profile corresponding to the shape of the free surface of a liquid located in a rotating vessel. On the outside of the heating element 6 (from the side of the heat exchanger) spiral-shaped blades 7 are fixed, providing an intensive process of transferring heat to the heating element from the heat agent due to the turbulence of its flows by creating additional aerodynamic drags, as well as by increasing the path of the heat agent in the heat exchanger. The heating element 6 is mounted on a vertical shaft 8 with the possibility of rotation in the direction of the angular velocity vector ω, which is opposite to the direction of the thermal agent flow velocity vector v when interacting with the rotary drive 9. In the lower central part of the heating element 6, an axial power system consisting of a nozzle is located 10, ensuring its axial loading due to the supply of the initial solution 11 from the supply tank 12, and the pipe 13, providing the supply of the evaporated solution. The lower part of the housing 1 is a mountainous storage tank 14, into which the concentrated solution is unloaded from the periphery of the heating element 6 with the possibility of removing one stripped off solution from the housing 1, through the pipe 15.

Верхняя часть корпуса отделена от нижней перфорированной диафрагмой 16 с лопастями 17, установленными на вертикальном валу 8 с возможностью вращательного движения, обеспечивающего подвижность паровой среды с целью интенсификации процесса фазового перехода раствора и удаления водяного пара из устройства через патрубок 18.The upper part of the housing is separated from the lower perforated diaphragm 16 with blades 17 mounted on a vertical shaft 8 with the possibility of rotational movement, providing mobility of the vapor medium in order to intensify the process of phase transition of the solution and remove water vapor from the device through the pipe 18.

Герметичность объемов устройства с различными фазовыми состояниями сред обеспечивается уплотнениями: 19 - между корпусом 1 и перфорированной диафрагмой 16; 20 - между ложным днищем 2 и греющим элементом 6; 21 - между патрубком 10 греющего элемента и ложным днищем 2. На внутренней стороне греющего элемента 6 равномерно по всей его поверхности и перпендикулярно этой поверхности закреплены с возможностью колебаний, установлены металлические иглы 21, выполненные из упругой проволоки.The tightness of the volumes of the device with different phase states of the media is ensured by the seals: 19 - between the housing 1 and the perforated diaphragm 16; 20 - between the false bottom 2 and the heating element 6; 21 - between the pipe 10 of the heating element and the false bottom 2. On the inner side of the heating element 6 evenly over its entire surface and perpendicular to this surface are fixed with the possibility of vibrations, metal needles 21 made of elastic wire are installed.

Устройство работает следующим образом. Исходный раствор 11 поступает в питающую емкость 12 под избыточным гидростатическим давлением, где подогревается до заданной температуры за счет передачи теплота от теплообменного аппарата 3, использующего тепловую энергию теплоагента, поступающего через патрубок 4 в теплообменный аппарат 3, в котором его потоки турбулизируются благодаря воздействию спиралевидных лопастей 7, расположенных на внешней поверхности греющего элемента 6, установленного на вертикальном валу 8, вращающегося от ротационного привода 9, например электрического. Причем направление вектора угловой скорости ω рабочей части лопастей 7 противоположно направлению вектора v скорости потока теплового агента, что обеспечивает дополнительное аэродинамическое сопротивление в теплообменном аппарате. Тем самым достигается увеличение термического КПД теплообменного аппарата 3, чему также способствует диаметрально противоположное относительно подводящего патрубка 4 расположение патрубка 5, через который отводится отработанный тепловой агент, увеличивающее путь частиц в потоке теплового агента.The device operates as follows. The initial solution 11 enters the supply tank 12 under excessive hydrostatic pressure, where it is heated to a predetermined temperature by transferring heat from the heat exchanger 3, which uses the heat energy of the heat agent entering through the pipe 4 to the heat exchanger 3, in which its flows are turbulized due to the action of spiral blades 7 located on the outer surface of the heating element 6 mounted on a vertical shaft 8, rotating from a rotary drive 9, for example an electric one. Moreover, the direction of the angular velocity vector ω of the working part of the blades 7 is opposite to the direction of the heat agent flow velocity vector v, which provides additional aerodynamic drag in the heat exchanger. Thereby, an increase in the thermal efficiency of the heat exchanger 3 is achieved, which also contributes to the diametrically opposite relative to the supply pipe 4 the location of the pipe 5, through which the spent heat agent is removed, which increases the particle path in the heat agent stream.

Загрузка греющего элемента 6 выпариваемым раствором осуществляется под действием внутренних сил, обусловленных процессом теплового расширения раствора, совместно с силами гидростатического давления, под действием которых материальный раствор через систему осевого питания, состоящую из патрубка 10, поступает на внутреннюю поверхность вращающегося греющего элемента 6, имеющего параболический поперечный профиль, соответствующий форме свободной поверхности жидкости, находящееся во вращающемся сосуде, выражаемой уравнением с параметрами, задаваемыми применительно к условиям эксплуатации устройства, и его геометриейThe loading of the heating element 6 with the evaporated solution is carried out under the action of internal forces due to the process of thermal expansion of the solution, together with the forces of hydrostatic pressure, under the influence of which the material solution through the axial feed system, consisting of pipe 10, enters the inner surface of the rotating heating element 6, having a parabolic the transverse profile corresponding to the shape of the free surface of the liquid located in a rotating vessel, expressed by the equation with the parameter and definable in relation to the operating conditions of the device and its geometry

где ω, r - угловая скорость вращения и текущий радиус внутренней поверхности греющего элемента 6 соответственно.where ω, r is the angular velocity of rotation and the current radius of the inner surface of the heating element 6, respectively.

Температурное объемное расширение раствора, избыточное гидростатическое давление внутри него, параболическая форма греющего элемента и действующие центробежные силы создают условия, обеспечивающие растекание выпариваемого раствора по поверхности греющего элемента 6 в виде пленки, толщина которой определяется, с одной стороны, скоростью испарения воды из раствора, а с другой - от угловой скорости ω вращения греющего элемента 6, текущего радиуса r положения частиц раствора на его поверхности и величины гидростатического давления в системе питания устройства выпариваемым раствором, препятствующих образованию осадка - твердой фазы раствора. Так как иглы 21 создают гидравлическое сопротивление при обтекании их выпариваемым раствором, то длина траектории, по которым движется раствор, увеличивается, возрастает время контакта раствора с внутренней стороной греющего элемента 6, возрастает поверхность теплопереноса за счет боковой поверхности металлических игл 21, а значит скорость выпаривания и производительность.The temperature volume expansion of the solution, the excess hydrostatic pressure inside it, the parabolic shape of the heating element and the acting centrifugal forces create conditions that allow the evaporated solution to spread over the surface of the heating element 6 in the form of a film, the thickness of which is determined, on the one hand, by the rate of evaporation of water from the solution, and on the other hand, from the angular velocity ω of rotation of the heating element 6, the current radius r of the position of the solution particles on its surface and the magnitude of the hydrostatic pressure in the system when the device is fed with an evaporated solution, which prevents the formation of a precipitate, the solid phase of the solution. Since the needles 21 create hydraulic resistance when they flow around the evaporated solution, the length of the trajectory along which the solution moves increases, the contact time of the solution with the inside of the heating element 6 increases, the heat transfer surface increases due to the lateral surface of the metal needles 21, and therefore the evaporation rate and performance.

Кроме того, сама горячая поверхность игл 21 малого сечения является центрами парообразования с интенсивным выделением пузырьков пара, а колебания игл способствует отрыву паровых пузырьков от боковой поверхности игл, что также способствует увеличению производительности.In addition, the very hot surface of the small cross-section needles 21 is the centers of vaporization with intense release of vapor bubbles, and the oscillation of the needles helps to separate the steam bubbles from the side surface of the needles, which also contributes to an increase in productivity.

Разгрузка греющего элемента 6 осуществляется с его периферии в горообразную накопительную емкость 14 и последующий отвод концентрированного раствора через патрубок 15.The unloading of the heating element 6 is carried out from its periphery into the mountainous storage tank 14 and the subsequent removal of the concentrated solution through the pipe 15.

Удаление испаренной из материального раствора влаги осуществляется через верхнюю часть корпуса, отделенную от нижней части перфорированной диафрагмой 16 с вертикальными лопастями 17, установленными на вертикальном валу 8, приводимом во вращение приводом 9. Тем самым обеспечивается подвижность паровой среды с целью интенсификации процесса фазового перехода раствора и удаления водяного пара из верхней части корпуса 1 устройства через патрубок 18. Также снижается возможность ремиссии испаренной влаги в выпариваемый раствор как на поверхность греющего элемента 6, так и в накопительную емкость 14.The moisture evaporated from the material solution is carried out through the upper part of the casing, separated from the lower part by a perforated diaphragm 16 with vertical blades 17 mounted on a vertical shaft 8, driven by rotation of the drive 9. This ensures the mobility of the vapor medium in order to intensify the process of phase transition of the solution and removal of water vapor from the upper part of the device housing 1 through the pipe 18. The possibility of remission of the evaporated moisture in the evaporated solution as on the surface is also reduced be heating element 6 and the collecting tank 14.

Таким образом, производительность повышается за счет передачи тепла от поверхности металлических игл 21 и их колебаний под действием потока выпариваемого раствора и увеличения числа паровых пузырьков и времени передачи тепла от внутренней стороны греющего элемента 6, по которой движется пленка упариваемого раствора, а также за счет того, что сечения игл 21 малого размера и их горячая поверхность являются центрами парообразования с интенсивным выделением пузырьков пара по сравнению с гладкой поверхностью внутренней стороны греющего элемента 6.Thus, the productivity is increased due to heat transfer from the surface of the metal needles 21 and their vibrations under the action of the flow of the evaporated solution and the increase in the number of steam bubbles and the time of heat transfer from the inside of the heating element 6, along which the film of the evaporated solution moves, and also due to that the cross sections of small needles 21 and their hot surface are centers of vaporization with intense release of vapor bubbles in comparison with the smooth surface of the inner side of the heating element Enta 6.

Claims

A centrifugal evaporation device containing a housing, a shaft with a heating element of a heat exchanger installed on it, on the outside of which spiral-shaped blades, a bottom, circulation systems of a heat agent, material solution and secondary steam with nozzles are located, characterized in that on the inside of the heating element evenly and perpendicular to its surface, metal needles made of elastic wire are fixed with the possibility of oscillation.