SU759104A1 - Роторный пленочный тепломассообменный аппарат - Google Patents

Description

(54) РОТОРНЫЙ ПЛЕНОЧНЫЙ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ

АППАРАТ

1

Изобретение относитс  к тепломассообменным аппаратам роторного пленочного типа и может быть использовано дл  проведени  быстро протекающих жидкофазных экзотермических химических реакций, а также процессов дистилл ции, концентрировани , испарени  термически нестойких веществ под вакуумом и выпарки в токе воздуха или инертного газа при атмосферном давлении.

Создание пленочных тепло- и массообменных аппаратов роторного типа объ сн етс  тем, что в этих аппаратах обеспечиваютс  м гкие услови  проведени  теплообмена , сопровождающего химические реакции , а также процессов дистилл ции, выпар-. ки, концентрировани  и испарени , дающие возможность избежать разложени  и полимеризации обрабатываемых продуктов, особенно термически нестойких. В таких аппаратах процессы протекают в пленке, при этом обеспечиваетс  хорошее перемешивание жидкости, практически отсутствует гидростатическое давление столба жидкости, что позвол ет проводить обработку продуктов под вакуумом, т.е. снизить температуру

ни  продукта в этих аппаратах, по сравнению с другими типами аппаратов, небольшое (исчисл етс  секундами), что также позвол ет свести тепловое воздействие к минимуму.

Характерной особенностью роторных пленочных аппаратов  вл етсг то, что в них сочетаютс  высокоинтенсивный тепло- и массообмен с малым временем пребывани  продуктов .

Известен роторный пленочный испаритель , в котором жидкостные пленки на поверхности теплообмена аппарата создаютс  лопаст ми ротора, жестко закрепленными на приводном валу и имеющими зазор между корпусом и лопаст ми в 1-2 мм 1.

Этот аппарат имеет ограниченную поверхность теплообмена ввиду сложности его конструкции, технологии изготовлени , сборки и эксплуатации из-за небольшого зазора между стенками корпуса и лопаст ми ротора и необходимости динамической балансировки ротора с учетом термических деформаций ротора и корпуса аппарата. Аппарат чувствителен к тепловым нагрузкам В созданном в дальнейшем роторном пленочном испарителе, в котором жидкостна  пленка на поверхности теплообмена аппарата создаетс  лопаст ми ротора, шарнирно закрепленными на приводном валу и скольз щими по поверхности корпуса аппарата проблема увеличени  поверхности теплообмена также не решена 2. Кроме того, непосредственный контакт лопастей ротора с теплообменной поверхностью аппарата , помимо нежелательного износа лопастей и корпуса, приводит к загр зненною продукта. Наличие лопастей, трущихс  о корпус, вызывает необходимость тщательной обработки поверхности корпуса аппарата , создани  полированной поверхности. При этом лопасти ротора должны изготавливатьс  из износоустойчивых материалов, обладающих высокими антифрикционными свойствами. Проблема увеличени  поверхности теплообмена частично разрешена в конструкции роторного пленочного аппарата, содержащего вертикальный цилиндрический корпус с рубашками, вал с закрепленными на нем распределител ми жидкости в виде полых барабанов с гофрированными стенками, имеющими отверсти  дл  выхода жидкости 3. В этом роторном аппарате создание жидкостной пленки на теплообменной поверхности осуществл етс  без применени  перемешивающих устройств: жидкость под действием центробежной силы дистанционно распредел етс  через отверсти  гофрированных барабанов по теплообменной поверхности корпуса аппарата. Основными недостатками этого аппарата остаетс  ограниченна  поверхность теплообмена и фиксированное врем  пребывани  реагентов в аппарате и недостаточна  эффективность тепло- и масс(5обмена. Целью изобретени   вл етс  интенсификаци  тепло- и массообмена в аппарате. Цель достигаетс  тем, что корпус аппарата выполнен из разнонаправленных сопр женных усеченных конусов, имеющих закругленные основани . Закругленные основани  смежных конусов образуют в осевом сечении полуокружность . Между корпусом и рубашкой установлены горизонтальные перегородки с отверстием в каждой из них и вертикальной стенкой перед каждым отверстием, причем отверсти  в соседних перегородках последовательно смещены друг относительно друга. На фиг. 1 изображен аппарат, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. Аппарат имеет корпус 1, выполненный из разнонаправленных конусов, имеющих закругленные основани ; несколько цилиндрических рубашек 2, в полость которых подают хладагент или теплоноситель, штуцеры 3 и 4 дл  подачи компонентов реакции ( или исходного продукта), штуцер 5 дл  вывода готового продукта (или кубового остатка), штуцер б дл  подачи воздуха и штуцер 7 дл  отвода сокового пара или парогазовой смеси. Корпус аппарата представл ет собой набор разнонаправленных усеченных конусов 8, имеющих закругленные основани . В частном случае основани  конусов могут быть отогнуты таким образом , что в осевом сечении образуют полуокружность 9. Между корпусом и рубашкой установлены горизонтальные перегородки 10. Кажда  из горизонтальных перегородок 10 имеет отверстие11. Отверсти  11 смежных перегородок смещены друг относительно друга на некоторый угол, например на 72°, как на фиг. 2. Кажда  полость образована впадиной корпуса, рубащкой и двум  .горизонтальными перегородками 12, примыкающими к отверстию 11. Вертикальные перегородки смежных полостей смещены друг относительно друга на тот же угол, что и отверсти  11. Благодар  системе горизонтальных перегородок 10 с отверсти ми И и вертикальными перегородками 12 обеспечиваетс  спиралевидный ход хладагента (теплоносител ) в рубащке аппарата. Внутри корпуса последовательно размещены закрепленные на валу 13 питатель и распределитель жидкости. Последний выполнен в виде цилиндрического полого барабана 14, стенки которого гофрированы и имеют отверсти  дл  выхода жидкости, расположенные на наружных выступах гофр 15. На верхнем конце барабана закреплен питатель , выполненный в виде концентрических стаканов 16 и 17, сопр женных в верхней части соответственно с кольцами 18 и 19, снабженными бортиками 20 и 21 с вертикальными прорез ми 22 и 23, расположенными друг под другом в шахматном пор дке . Внутренний диаметр колец 18 и 19 меньше диаметра стаканов 16 и 17 соответственно . Сквозь дно верхнего стакана 16 вставлен усеченный конус 24, служащий внутренним бортом, нижн   часть усеченного конуса опущена в полость нижнего .стакана. Между секци ми аппарата дл  отвода жидкости с поверхности вышележащей секции предусмотрены кольцевые сборники 25. Под сборниками 25 расположены желоба 26 дл  перетока жидкости на нижерасположейный барабан. Против впадин корпуса по высоте распределительного барабана установлены кольца 27, обеспечивающие обтекание потоком газовой фазы всей теплообменной поверхности и сепарацию парогазовой смеси (при использовании аппарата дл  выпаривани  в токе воздуха или инертного газа). При проведении химической реакции аппарат работает следующим образом. Исходные реагенты ввод т в аппарат через штуцеры 3 и 4 и подают раздельно в стаканы 16 и 17. Под действием центробежной силы жидкость поднимаетс  по внутренней стенке стаканов, образу  вертикальный кольцевой слой под кольцами 18 к 19. Из этого сло  жидкость перетекает через внутренНИИ край колец 18 и 19, равномерно распредел  сь в виде пленки по всей поверхности этих колец. Через прорези 22 и 23 реагенты раздельно поступают на внутреннюю поверхность барабана 14, распредел  сь по выступам гофр в виде отдельных потоков, и через отверсти  в выступах гофр выбрасываютс  на охлаждаемую поверхность кор,пуса , где они смешиваютс  и стекают вниз в виде пленки. Стекающа  из верхней секции аппарата жидкость собираетс  в кольцевом сборнике 25 и по желобам 26 перетекает в нижележащую секцию и т. д. Готовый продукт вывод т из аппарата через щтуцер 5.

Благодар  выполнению корпуса аппарата из сопр женных разнонаправленных кону сов поверхность теплообмена в аппарате увеличиваетс  в 3 раза без увеличени  диаметра и высоты аппарата. Создава  корпус из конусов с разным углом наклона, можно получать аппараты с разным временем пребывани  в них продуктов, измен ющимс  в довольно значительных пределах. Установка горизонтальных перегородок с отверсти ми и вертикальными перегородками в полости между корпусом и рубашкой обеспечивает хорошую циркул цию хладагента (теплоносител ) и повышение коэффициента теплопередачи. Благодар  установке колец на внешней поверхности барабанов, напротив впадин корпуса (в случае использовани  аппарата дл  испарени  в токе воздуха или инертного газа), поток газа при противотоке делает поворот на 270°, равномерно обтекает всю тепломассообменную поверхность , эффективно контактирует с жидкостью , стекающей в виде пленки, и из него сепарируютс  брызги.

Claims (3)

1.Роторный пленочный тепломассообменный аппарат, содержащий вертикальный корпус с рубашками, вал с закрепленными на нем распределител ми жидкости в виде полых барабанов с гофрированными стенками, имеющими отверсти  дл  выхода жидкости, оуличающийс  тем, что, с целью интенсификации тепло- и массообмена, корпус аппарата выполнен из сопр женных разнонаправленных усеченных конусов, имеющих закругленные основани .

2.Роторный пленочный аппарат по п. 1, отличающийс  тем, что он снабжен установленными между корпусом и рубашкой горизонтальными перегородками с отверстием в каждой из них и вертикальной стенкой перед каждым отверстием, причем отверсти  в соседних перегородках последовательно смещены друг относительно друга.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

1.Патент ФРГ № 1029642, кл. 12 а, 2, 1958.

2.Патент Англии № 923884, кл. 1 (2) А, 1963.

3.Авторское свидетельство СССР №233921, кл. В 01 D 1/00, 1965.