WO2018135970A1 - Ротационно-ударный испаритель и способ вакуумной перегонки сложных жидкостей на его основе - Google Patents

Ротационно-ударный испаритель и способ вакуумной перегонки сложных жидкостей на его основе Download PDF

Info

Publication number
WO2018135970A1
WO2018135970A1 PCT/RU2017/000936 RU2017000936W WO2018135970A1 WO 2018135970 A1 WO2018135970 A1 WO 2018135970A1 RU 2017000936 W RU2017000936 W RU 2017000936W WO 2018135970 A1 WO2018135970 A1 WO 2018135970A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vanes
shock
liquid
evaporation chamber
evaporation
Prior art date
Application number
PCT/RU2017/000936
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Роман Иванович ЯКИМЕНКО
Original Assignee
Роман Иванович ЯКИМЕНКО
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Роман Иванович ЯКИМЕНКО filed Critical Роман Иванович ЯКИМЕНКО
Publication of WO2018135970A1 publication Critical patent/WO2018135970A1/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G7/00—Distillation of hydrocarbon oils
    • C10G7/06—Vacuum distillation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/10—Vacuum distillation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B3/00—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements
    • B05B3/02—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements
    • B05B3/08—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements in association with stationary outlet or deflecting elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11B—PRODUCING, e.g. BY PRESSING RAW MATERIALS OR BY EXTRACTION FROM WASTE MATERIALS, REFINING OR PRESERVING FATS, FATTY SUBSTANCES, e.g. LANOLIN, FATTY OILS OR WAXES; ESSENTIAL OILS; PERFUMES
    • C11B9/00—Essential oils; Perfumes
    • C11B9/02—Recovery or refining of essential oils from raw materials

Definitions

  • the claimed invention relates to devices for intensive evaporation of liquids without supplying heat during the evaporation process, as well as to methods for vacuum distillation of complex liquids based on such devices.
  • This invention can be applied in various technological processes involving the evaporation of liquids, such as:
  • Such liquids include liquids with a high boiling point, liquids with a high viscosity, as well as liquids in which there are components subject to thermal destruction or coking when heated.
  • the claimed invention is effective at various pressures in the evaporation chamber, including vacuum.
  • Analogs are known in which, in order to ensure intensive evaporation, in addition to heat supply, liquid is sprayed using atomizing means of a nozzle type in an evaporation chamber in which a vacuum is maintained (RU 2166528, IPC classes C10G7 / 06, B01D3 / 10, 06/29/1999; RU 2513857, IPC classes C19G7 / 06, C10G9 / 00, B01D3 / 10, 10/01/2013).
  • the creation of a vacuum leads to a lowering of the boiling point, which facilitates evaporation, and the spray provides an increase in the evaporation surface. Both of these factors, taken separately, are favorable for evaporation.
  • vacuum is an unfavorable condition for spraying.
  • Auxiliary techniques for grinding the liquid were the direction of the droplet jets from the spray means to the obstacle in the form of a fixed wall and the direction of the droplet jets from the spray means directly at each other.
  • An auxiliary technique for increasing the evaporation surface of the liquid that did not evaporate during grinding was to ensure the formation of films on the walls of the evaporation chamber.
  • an auxiliary method for grinding was the direction of droplet jets from spraying means to an obstacle in the form of a fixed wall. Even taking into account the formation of films of non-vaporized liquid on the walls of the evaporation chamber and the obstacle, this was not enough to provide the necessary evaporation rate. Therefore, heat is provided to the fixed wall.
  • the disadvantages of the prototype are uncontrolled heat supply during the evaporation process and the low efficiency of the means used to increase the evaporation surface.
  • thermochemical reactions and coking In addition to thermal energy, only the energy that was stored in the liquid before being fed into the evaporation chamber is used for evaporation. The supply of other types of energy is not provided. It is important to note that uncontrolled heat supply leads to the risk of irreversible thermochemical reactions and coking.
  • the objective of the claimed invention is to provide intensive evaporation in an evaporation device when refusing to supply thermal energy during the evaporation process, for various pressures in the evaporation chamber, including vacuum.
  • the technical result of solving this problem will be to ensure intensive evaporation of liquids with a variety of physical properties, including including unfavorable for evaporation by traditional thermal evaporative devices.
  • the droplet stream from the spraying means of the nozzle type is supplied not to the fixed wall, but towards the rotating shock vanes installed in the evaporation chamber.
  • the spraying means is equipped with a regulating element, which allows metering and supplying liquid to the evaporation chamber with a sufficiently low flow rate.
  • Impact blades have surfaces with a sufficiently large area and are mounted on a blade rim rotating on the shaft at a sufficiently high speed.
  • the shock vanes cut off small droplets of liquid from the droplet stream and inflict powerful blows on them.
  • E is the kinetic energy of a portion of a liquid
  • s as is the specific kinetic energy of a portion of a liquid per unit mass
  • m is the mass of a portion of the liquid
  • v as is the averaged linear velocity of a portion of liquid in motion relative to a fixed wall.
  • ⁇ is the nozzle resistance coefficient
  • v a f is the average linear velocity of a portion of the liquid when it expires from the nozzle relative to the working chamber
  • p is the density of the liquid
  • AR - differential pressure at the nozzle is consumed for spraying:
  • V iW v ib ,
  • Sis Sir + Si W ,
  • v ib is the average linear speed of the blade relative to the working chamber
  • ⁇ is the angular velocity of rotation of the scapular crown
  • R is the average radius of the shoulder blade
  • - the averaged linear velocity of a portion of the liquid upon flowing out of the nozzle, relative to the working chamber
  • v ir is the averaged linear velocity of a portion of a fluid relative to the shock blade moving towards it;
  • viw is the averaged linear velocity of a portion of a liquid that has broken off from the edges of the shock blade relative to the working chamber;
  • £ is - the total specific kinetic energy of the liquid to spray in the claimed invention
  • e ir is the specific kinetic energy of the liquid in collision with the shock blade
  • i is the ratio of the specific kinetic energies of the liquid in the claimed invention and in the prototype.
  • the mechanical power ratio in the claimed invention will be about a thousand times higher than in the prototype.
  • shock mechanical stresses in the claimed invention will be characterized specific energy close in order of magnitude to the specific heat of vaporization for liquids like petroleum products. This proves the technical result of the claimed invention and confirms the ability to do without heat supply at levels of evaporation intensity comparable to those achieved in the prototype, but with heat supply.
  • the whole set of elements of the claimed invention is intended to provide shock effects leading to the evaporation of a liquid.
  • the dispenser provides the supply of small portions of the atomized liquid towards the shock vanes, and the drive rotates the crown of the shock vanes at a high speed, such that when the blades impact on the liquid, specific mechanical energy is supplied to it, commensurate with the specific heat of vaporization (subsequent shock effects on fluid are considered secondary).
  • the primary blow is applied to freely flying drops of liquid.
  • the blades have an area sufficient for a film to form as a result of the impact on the liquid, the minimum thickness of which would not exceed the characteristic size of the liquid molecules by more than two to three orders of magnitude.
  • ultrasonic nebulizers where the atomization and evaporation of the liquid is ensured by supplying mechanical energy from the piezoceramic plates of ultrasonic transducers (for example, as proposed in the utility model of Drokov V.G. et al., Patent for utility model jN ° 9845 " Ultrasonic atomizer ”dated 05/31/2010, IPC class V05B).
  • the power level of ultrasonic nebulizers is significantly inferior to the estimated power level of the claimed invention.
  • Figure 1 presents a longitudinal section of a basic version of the claimed rotary shock evaporator.
  • FIG. 2 shows a cross section of the basic design of the claimed rotary shock evaporator.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an improved embodiment of the inventive rotary-impact evaporator, which allows it to independently pump the generated vapor and maintain a given vacuum in the evaporation chamber due to the inclination and profiling of the shock vanes.
  • the rotary shock evaporator contains a sealed evaporation chamber (1), a crown of shock vanes (2), a blade wheel (3), a shaft (4), a seal (5), a drive (6), an inlet fluid line (7), spray dispenser (8), steam intake (10), a device for pumping steam (11), a discharge steam line (12), a storage ring (14), a crane (15), a discharge liquid line (16).
  • the drive (6) can be an electric motor
  • the device for pumping steam (11) can be a vacuum pump
  • Impeller blades (2) the surfaces of which have a sufficiently large area, are inclined to the plane of rotation so that, taking into account the relative position of the impeller (3) and the spray dispenser (8), to ensure the maximum intensity of impacts on dropping portions of liquid from the spray dispenser (8) .
  • Rotary-shock evaporator in the basic version operates as follows.
  • a device for pumping steam (11) provides a predetermined vacuum in the evaporation chamber (1).
  • the impeller (3), on which the crown of the impact vanes (2) is mounted, is driven by the drive (6) through the shaft (4) inserted into the evaporation chamber (1) through the seal (5).
  • the initial fluid enters the spray dispenser (8) through the inlet fluid line (7).
  • the liquid in the form of a droplet jet (9) is supplied to the evaporation chamber (1) to meet the shock vanes rotating at a sufficiently high speed (2).
  • the impact vanes (2) cut off small droplet portions from the drip jet (9) and deliver powerful blows to them.
  • the rotary percussion evaporator contains shock vanes (2), which are given a shape similar to the shape of vanes in a vane vacuum pump. Moreover, the angle of inclination of the shock vanes (2) to the plane of rotation is similar to the angle of inclination of the blades to the plane of rotation in a vane vacuum pump.
  • the remaining elements in this version are the same as in the basic version, with the exception of the device for pumping steam (11), which may be absent.
  • the rotary percussion evaporator in this design works like a rotary percussion evaporator in the basic version, except that the rotation of the shock vanes (2) provides not only powerful strikes on small droplets of the initial liquid, but also pumping out the generated steam, as well as maintaining preset vacuum in the evaporation chamber.
  • the rotary shock evaporator contains shock blades (2), the surfaces of which are given a ribbed shape. The ribs are directed across the movement of the liquid film spreading after the initial impact.
  • the remaining elements in this version are the same as in the basic version or in the version modified for pumping out steam.
  • a rotary-impact evaporator in a modified refinement of liquid grinding works similarly to a rotary-shock evaporator in one of the two previous versions, except that the film spreading after the initial impact of the liquid experiences numerous impacts of lower intensity when crossing the ribs. These strokes contribute to additional grinding of the liquid and additional intensification of evaporation.
  • a rotary shock evaporator in a modified version for steam pumping makes it attractive for use in the vacuum distillation of complex liquids.
  • All vacuum distillation methods are based on the fact that components with different physical properties evaporate at different intensities, and after condensation of the vapor in the condenser, a liquid is enriched with a more evaporated component.
  • a feature of the claimed method is the use for evaporation of a rotary shock evaporator, in which components with different physical properties also evaporate with different intensities. This affects both the evaporation process itself and the requirements for the preliminary preparation of the liquid. Extraneous inclusions must be removed from the liquid (so as not to damage the shock vanes), and the temperature of the liquid should be brought to a level optimal for the operation of the rotary-shock evaporator.
  • the method of vacuum distillation of complex liquids using a rotary shock evaporator is as follows.
  • the initial complex liquid is pre-prepared by filtration and bringing to a temperature optimal for the operation of a rotary shock evaporator.
  • a rotary shock evaporator is driven, a blade wheel is untwisted and a vacuum is created in the evaporation chamber. Vacuum can be created both due to the rotation of the shock vanes, and due to a separate vacuum pump.
  • the prepared liquid is supplied through the spray batcher to the evaporation chamber, where during the sequence of powerful shocks and the formation of dynamic films, steam is formed enriched in the easily evaporated component of the initial liquid.
  • the resulting vapor is taken from the evaporation chamber either due to the pressure created by the rotation of the shock vanes, or due to a separate vacuum pump, after which it is supplied to the condenser.
  • the liquid formed in the condenser is enriched with an easily vaporizable component.
  • the liquid that has not evaporated in the evaporation chamber is enriched with the remaining components.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Abstract

Ротационно-ударный испаритель (РУИ) предназначен для испарения жидкостей без подвода тепла. РУИ позволяет избежать термохимических превращений в испаряемых жидкостях, что делает его привлекательным для аппаратуры по перегонке нефти, испарению топлива, получению спиртных напитков и так далее. В испарительной камере (ИК) РУИ установлено лопаточное колесо с венцом ударных лопаток (УЛ), которое вращается с большой скоростью на валу. В ИК создается вакуум и через дозатор подается подготовленная жидкость, которая распыляется и в виде капельного потока направляется навстречу УЛ. УЛ отсекают малые порции жидкости и наносят по ним мощные удары. Удары со стороны УЛ, а затем стенок ИК, ведут к интенсивному испарению, связанному с образованием и распадом динамических пленок жидкости. Пар отбирается через заборник, связанный с вакуумным насосом. Неиспарившаяся жидкость собирается на дне ИК. Если угол наклона УЛ к плоскости вращения сделать близким к углу наклона лопаток в лопаточном вакуумном насосе, то РУИ сможет самостоятельно откачивать пар и поддерживать вакуум в ИК.

Description

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Название изобретения:
Ротационно-ударный испаритель и способ вакуумной перегонки сложных жидкостей на его основе.
Область техники, к которой относится изобретение
Заявленное изобретение относится к устройствам, обеспечивающим интенсивное испарение жидкостей без подвода тепла в процессе испарения, а также к способам, обеспечивающим вакуумную перегонку сложных жидкостей на основе таких устройств. Это изобретение может быть применено в различных технологических процессах, предусматривающих испарение жидкостей, таких как:
- перегонка нефти и нефтепродуктов;
- очистка и опреснение воды;
- получение элитных эфирных масел и спиртных напитков из жидкого сырья растительного происхождения.
С его помощью можно испарять жидкости с физическими свойствами, неблагоприятными для испарения традиционными тепловыми испарительными устройствами. К таким жидкостям относятся жидкости с повышенной температурой кипения, жидкости с повышенной вязкостью, а также жидкости, в которых есть компоненты, подверженные термическому разрушению или коксованию при нагреве. Заявленное изобретение эффективно при различных давлениях в испарительной камере, включая вакуум.
Предшествующий уровень техники
Известны аналоги, в которых для обеспечения интенсивного испарения помимо подвода тепла используется распыл жидкости при помощи распылительных средств форсуночного типа в испарительной камере, в которой поддерживается вакуум (RU 2166528, классы МПК C10G7/06, B01D3/10, 29.06.1999; RU 2513857, классы МПК C19G7/06, C10G9/00, B01D3/10, 01.10.2013). Создание вакуума ведет к понижению температуры кипения, что облегчает испарение, а распыл обеспечивает увеличение поверхности испарения. Оба эти фактора, взятые раздельно, благоприятны для испарения. Однако вакуум является неблагоприятным условием для распыла. Капли в капельных струях, истекающих из распылительных средств, становятся слишком крупными. Это объясняется тем, что с уменьшением плотности среды, в которую истекает жидкость, уменьшается интенсивность их взаимодействия, обеспечивающего распыл. Это явление хорошо известно в авиационном двигателестроении применительно к распылу топлива в камерах сгорания и описано многими авторами, в том числе в книге: Лефевр А., Процессы в камерах сгорания ГТД, Мир, Москва, 1986. Столкнувшись с неблагоприятным влиянием вакуума, авторы аналогов вынуждены были прибегнуть к вспомогательным приемам. Вспомогательными приемами для измельчения жидкости стали направление капельных струй от распылительных средств на препятствие в виде неподвижной стенки и направление капельных струй от распылительных средств непосредственно друг на друга. Вспомогательным приемом для увеличения поверхности испарения неиспарившейся при измельчении жидкости стало обеспечение формирования пленок на стенках испарительной камеры.
В наиболее близком к заявленному изобретению аналоге (RU 2166528, классы МПК C10G7/06, B01D3/10, 29.06.1999), рассматриваемом как прототип, вспомогательным приемом для измельчения стало направление капельных струй от распылительных средств на препятствие в виде неподвижной стенки. Даже с учетом формирования пленок неиспарившейся жидкости на стенках испарительной камеры и препятствии, этого оказалось недостаточно для обеспечения необходимой интенсивности испарения. Поэтому к неподвижной стенке предусмотрен подвод тепла. Недостатками прототипа являются неконтролируемый подвод тепла в процессе испарения и низкая эффективность средств, использованных для увеличения поверхности испарения. Помимо тепловой энергии для испарения используется только та энергия, что была запасена жидкостью перед подачей в испарительную камеру. Подвод других видов энергии не предусмотрен. Важно отметить, что неконтролируемый подвод тепловой ведет к риску необратимых термохимических реакций и коксования.
Раскрытие изобретения
Задачей заявленного изобретения является обеспечение интенсивного испарения в испарительном устройстве при отказе от подвода тепловой энергии в процессе испарения, для различных давлений в испарительной камере, включая вакуум.
Техническим результатом решения этой задачи будет обеспечение интенсивного испарения жидкостей, обладающих самыми разными физическими свойствами, в том числе неблагоприятными для испарения традиционными тепловыми испарительными устройствами.
Это достигается тем, что в отличие от прототипа капельная струя из распылительного средства форсуночного типа подается не на неподвижную стенку, а навстречу вращающимся ударным лопаткам, установленным в испарительной камере. Распылительное средство оснащено регулирующим элементом, позволяющим дозировать и подавать жидкость в испарительную камеру с достаточно малым расходом. Ударные лопатки имеют поверхности с достаточно большой площадью и установлены на лопаточном венце, вращающемся на валу с достаточно высокой скоростью. В процессе вращения ударные лопатки отсекают от капельной струи малые капельные порции жидкости и наносят по ним мощные удары. Эти удары ведут к динамическому растеканию жидкости по поверхности ударных лопаток и интенсивному испарению. Оценочные расчеты показывают, что при прочих равных условиях в этом случае результирующая энерговооруженность измельчения на единицу массы жидкости, даже при умеренных дозвуковых значениях скоростей ударных лопаток, будет на много порядков выше энерговооруженности измельчения в прототипе.
Проиллюстрируем это утверждение на примере с помощью оценочных расчетов. В прототипе на распыл и испарение расходуется удельная кинетическая энергия, которой обладает поток жидкости на выходе из форсунки:
Figure imgf000005_0001
где Eas - кинетическая энергия порции жидкости; sas - удельная кинетическая энергия порции жидкости, приходящаяся на единицу массы; m - масса порции жидкости; vas - усредненная линейная скорость порции жидкости в движении относительно неподвижной стенки.
Скорость порции жидкости в движении относительно неподвижной стенки примерно равна скорости истечения из форсунки, которую можно приблизительно вывести из уравнения ъ '
Figure imgf000005_0002
где ξ - коэффициент сопротивления форсунки; vaf - усредненная линейная скорость порции жидкости при истечении из форсунки относительно рабочей камеры; р - плотность жидкости; АР - перепад давлений на форсунке. з В заявленном изобретении на распыл расходуется как энергия, которой обладает поток жидкости на выходе из дозатора, так и энергия, которую он получает от ударных лопаток:
vib = соЯ,
Figure imgf000006_0001
Vir = Vib + Vif = Vib + Vaf ,
ViW = vib,
Sis = Sir + SiW,
Figure imgf000006_0002
где vib— усредненная линейная скорость лопатки относительно рабочей камеры; ω - угловая скорость вращения лопаточного венца; R - усредненный радиус лопаточного венца; - усредненная линейная скорость порции жидкости при истечении из форсунки, относительно рабочей камеры; vir - усредненная линейная скорость порции жидкости, относительно движущейся навстречу ей ударной лопатки;
viw - усредненная линейная скорость порции жидкости, сорвавшейся с краев ударной лопатки, относительно рабочей камеры;
£is - суммарная удельная кинетическая энергия жидкости на распыл в заявленном изобретении; eir - удельная кинетическая энергия жидкости при соударении с ударной лопаткой; - удельная кинетическая энергия жидкости при соударении со стенкой рабочей камеры; i - отношение удельных кинетических энергий жидкости в заявленном изобретении и в прототипе.
Рассмотрим пример и предположим, что
R « 1м,
ω « 10 · 103 [оборотов в минуту] или 1,05 · 103 [1/сек],
р * 0,8 · 103 [кг/м3],
АР * Ю - 105 [н/м2],
Тогда, при прочих равных условиях:
^ « 21; i « 1 - 103.
Таким образом, для выбранного примера механическая энерговооруженность в заявленном изобретении будет примерно в тысячу раз вьппе, чем в прототипе. При этом ударные механические воздействия в заявленном изобретении будут характеризоваться удельной энергией, близкой по порядку величины к удельной теплоте испарения для жидкостей, подобных нефтепродуктам. Это доказывает технический результат заявленного изобретения и подтверждает возможность обойтись без подвода тепла при уровнях интенсивности испарения, сравнимых с теми, что достигаются в прототипе, но с подводом тепла.
Вся совокупность элементов заявленного изобретения предназначена для обеспечения ударных воздействий, приводящих к испарению жидкости. Для этого дозатор обеспечивает подачу малых порций распыленной жидкости навстречу ударным лопаткам, а привод обеспечивает вращение венца ударных лопаток с большой скоростью, такой, что при ударном воздействии лопаток на жидкость к ней подводится удельная механическая энергия, соизмеримая с удельной теплотой парообразования (последующие ударные воздействия на жидкость считаются вторичными). Важно отметить, что первичный удар наносится по свободно летящим каплям жидкости. Лопатки имеют площадь, достаточную для того, чтобы в результате ударного воздействия на жидкость образовалась пленка, минимальная толщина которой не превышала бы характерный размер молекул жидкости более чем на два-три порядка. Некоторые положения статистической физики позволяют предположить, что парообразование за счет ударных механических воздействий требует меньших удельных энергетических затрат, чем парообразование за счет подвода тепла. В природе и технике эффект испарения жидкостей в результате механических ударов достаточно распространен. Впечатляющее проявление этого эффекта можно наблюдать в полосе прибоя на море во время шторма. Этот же эффект проявляется в ультразвуковых распылителях, где распыл и испарение жидкости обеспечиваются за счет подвода механической энергии от пьезокерамических пластин ультразвуковых преобразователей (например, как это предложено в полезной модели Дрокова В.Г. и др., патент на полезную модель jN° 9845 «Ультразвуковой распылитель» от 31.05.2010, класс МПК В05В). Уровень мощности ультразвуковых распылителей существенно уступает предполагаемому уровню мощности заявленного изобретения.
Следует отметить, что такой подход позволяет получить высокую интенсивность испарения жидкости в широком диапазоне давлений в испарительной камере, включая вакуум. В вакууме сопротивление среды движению ударных лопаток существенно уменьшается, а затраты энергии на вращение венца ударных лопаток существенно сокращаются. Высокая энерговооруженность измельчения позволяет эффективно испарять жидкости, обладающие различными физическими свойствами, в том числе неблагоприятными для испарения традиционными испарительными устройствами. Описание чертежей
На фиг.1 представлено продольное сечение базового исполнения заявленного ротационно-ударного испарителя. На фиг. 2 представлено поперечное сечение базового исполнения заявленного ротационно-ударного испарителя. На фиг. 3 представлено поперечное сечение усовершенствованного исполнения заявленного ротационно-ударного испарителя, позволяющего ему самостоятельно обеспечивать откачку образовавшегося пара и поддержание заданного вакуума в испарительной камере за счет наклона и профилирования ударных лопаток.
Осуществление изобретения
В базовом исполнении ротационно-ударный испаритель содержит герметичную испарительную камеру (1), венец ударных лопаток (2), лопаточное колесо (3), вал (4), уплотнение (5), привод (6), подводящую жидкостную магистраль (7), распылительный дозатор (8), заборник пара (10), устройство для откачки пара (11), отводящую паровую магистраль (12), накопитель (14), кран (15), отводящую жидкостную магистраль (16).
Важно отметить, что приводом (6) может быть электромотор, устройством для откачки пара (11) может быть вакуумный насос. Ударные лопатки (2), поверхности которых имеют достаточно большую площадь, наклонены к плоскости вращения так, чтобы с учетом взаимного расположения лопаточного колеса (3) и распылительного дозатора (8), обеспечить максимальную интенсивность ударов по капельным порциям жидкости от распылительного дозатора (8).
Ротационно-ударный испаритель в базовом исполнении работает следующим образом.
Устройство для откачки пара (11) обеспечивает заданный вакуум в испарительной камере (1). Лопаточное колесо (3), на котором установлен венец ударных лопаток (2), при помощи вала (4), введенного в испарительную камеру (1) через уплотнение (5), приводится во вращение приводом (6). Исходная жидкость поступает к распылительному дозатору (8) по подводящей жидкостной магистрали (7). Из распылительного дозатора (8) жидкость в виде капельной струи (9) подается в испарительную камеру (1) навстречу вращающимся с достаточно большой скоростью ударным лопаткам (2). В процессе вращения ударные лопатки (2) отсекают от капельной струи (9) малые капельные порции и наносят по ним мощные удары. В результате одна часть жидкости распыляется и испаряется, а другая часть жидкости растекается по поверхности ударных лопаток (2) в виде динамических пленок. Пленки, измельчаясь и испаряясь, стекают к краям ударных лопаток (2). В процессе стекания пленки приобретают скорость ударных лопаток (2)
б относительно стенок испарительной камеры (1). Срываясь с краев ударных лопаток (2), пленки распадаются и продолжают двигаться, испаряясь, по направлению к стенкам испарительной камеры (1). Вновь происходят мощные удары. Жидкость вновь частично распыляется и испаряется, а частично растекается по внутренней поверхности испарительной камеры (1) в виде пленки, которая измельчаясь и испаряясь, стекает вниз. Отбор образовавшегося пара производится через заборник (10) при помощи устройства для откачки пара (11). Далее пар поступает в отводящую паровую магистраль (12). Неиспарившаяся жидкость (13) собирается в накопителе (14), откуда в заданное время отбирается через кран (15) и направляется далее по отводящей жидкостной магистрали (16).
В доработанном по откачке пара исполнении ротационно-ударный испаритель содержит ударные лопатки (2), которым придана форма, подобная форме лопаток в лопаточном вакуумном насосе. При этом угол наклона ударных лопаток (2) к плоскости вращения подобен углу наклона лопаток к плоскости вращения в лопаточном вакуумном насосе. Остальные элементы в этом исполнении те же, что и в базовом исполнении, за исключением устройства для откачки пара (11), которое может отсутствовать. Ротационно-ударный испаритель в этом исполнении работает подобно ротационно- ударному испарителю в базовом исполнении, за исключением того, что вращение ударных лопаток (2) обеспечивает не только нанесение мощных ударов по малым капельным порциям исходной жидкости, но и откачку образовавшегося пара, а также поддержание заданного вакуума в испарительной камере.
В доработанном по измельчению жидкости исполнении ротационно-ударный испаритель содержит ударные лопатки (2), поверхности которых придана ребристая форма. Ребра направлены поперек движению растекающейся после начального удара пленки жидкости. Остальные элементы в этом исполнении те же, что и в базовом исполнении или в исполнении, доработанном по откачке пара. Ротационно-ударный испаритель в доработанном по измельчению жидкости исполнении работает подобно ротационно-ударному испарителю в одном из двух предыдущих исполнений, за исключением того, что пленка растекающейся после начального удара жидкости при преодолении ребер испытывает многочисленные удары меньшей интенсивности. Эти удары способствуют дополнительному измельчению жидкости и дополнительной интенсификации испарения. Способность ротационно-ударного испарителя в доработанном по откачке пара исполнении самостоятельно поддерживать заданный уровень вакуума в испарительной камере делают его привлекательным для использования при вакуумной перегонке сложных жидкостей. Все способы вакуумной перегонки основаны та том, что компоненты с разными физическими свойствами испаряются с разной интенсивностью, а после конденсации пара в конденсаторе получается жидкость, обогащенная более испаряемым компонентом. Особенностью заявленного способа является использование для испарения ротационно-ударного испарителя, в котором компоненты с разными физическими свойствами тоже испаряются с разной интенсивностью. Это сказывается как на самом процессе испарения, так и на требованиях к предварительной подготовке жидкости. Из жидкости должны быть удалены посторонние включения (чтобы не повредить ударные лопарки), а температура жидкости должна быть доведена до уровня, оптимального для работы ротационно-ударного испарителя.
Способ вакуумной перегонки сложных жидкостей при помощи ротационно- ударного испарителя заключается в следующем. Исходная сложная жидкость предварительно подготавливается за счет фильтрации и доведения до температуры, оптимальной для работы ротационно-ударного испарителя. Одновременно в действие приводится ротационно-ударный испаритель, раскручивается лопаточное колесо и создается вакуум в испарительной камере. Вакуум может создаваться как за счет вращения ударных лопаток, так и за счет отдельного вакуумного насоса. Затем подготовленная жидкость подается через распылительный дозатор в испарительную камеру, где в ходе последовательности мощных ударов и образования динамических пленок происходит образование пара, обогащенного легко испаряемым компонентом исходной жидкости. Образовавшийся пар отбирается из испарительной камеры либо за счет напора, создаваемого вращением ударных лопаток, либо за счет отдельного вакуумного насоса, после чего подается в конденсатор. Образовавшаяся в конденсаторе жидкость обогащена легко испаряемым компонентом. Неиспарившаяся в испарительной камере жидкость обогащена остальными компонентами.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕИТЕНИЯ
1. Ротационно-ударный испаритель для испарения жидкостей, например нефти и нефтепродуктов, состоящий из герметичной испарительной камеры, распылительного дозатора, обеспечивающего распыл подающейся к нему подготовленной жидкости, подаваемой в испарительную камеру с малым расходом, заборника пара, соединенного с устройством для откачки пара, например, вакуумным насосом, создающим заданный вакуум в испарительной камере, и накопителем неиспарившейся жидкости, отличающийся тем, что в испарительной камере установлен венец ударных лопаток на лопаточном колесе, вращающемся с высокой скоростью на валу, введенном в испарительную камеру через уплотнение и приводящемся во вращение приводом, который может быть электромотором, так, что капельный поток жидкости от распылительного дозатора, частично испаряясь, движется навстречу вращающимся ударным лопаткам, которые отсекают от него малые капельные порции и наносят по ним мощные удары, причем ударные лопатки имеют достаточно большую площадь поверхности и наклонены к плоскости вращения так, чтобы обеспечить максимальную интенсивность наносимых ударов, в результате чего часть жидкости распыляется и испаряется, а другая растекается по поверхности ударных лопаток в виде динамических пленок, которые, измельчаясь и испаряясь, стекают к краям ударных лопаток, приобретая скорость ударных лопаток, срываются с краев ударных лопаток, распадаются и продолжают двигаться, распыляясь и испаряясь, по направлению к стенкам испарительной камеры, испытывают мощные удары при столкновении со стенками испарительной камеры, после чего, частично испаряясь, растекаются по внутренней поверхности испарительной камеры в виде динамической пленки, которая, испаряясь, стекает вниз, где расположен накопитель неиспарившейся жидкости, в то время как образовавшийся пар отводится через заборник при помощи устройства для откачки пара, например, вакуумного насоса.
2. Ротационно-ударный испаритель по пункту 1, доработанный по откачке пара, в котором ударным лопаткам придана форма, подобная форме лопаток в лопаточном вакуумном насосе, а угол наклона ударных лопаток к плоскости вращения установлен близким к углу наклона лопаток к плоскости вращения в лопаточном вакуумном насосе, что наряду с измельчением жидкости позволяет обеспечить откачку пара и поддержание необходимого вакуума в испарительной камере за счет вращения ударных лопаток, а также позволяет отказаться от отдельного устройства для откачки пара.
3. Ротационно-ударный испаритель по пункту 1 или 2, доработанный по измельчению жидкости, в котором поверхности ударных лопаток придана ребристая форма, причем ребра направлены поперек движению растекающейся после начального удара динамической пленки жидкости и наносят по ней многочисленные удары меньшей интенсивности, что способствует дополнительному измельчению жидкости и дополнительной интенсификации испарения.
4. Способ вакуумной перегонки сложных жидкостей на основе ротационно-ударного испарителя по пунктам 1, 2 или 3, в соответствии с которым вакуумная перегонка обеспечивается в результате создания вакуума в испарительной камере, подачи жидкости в испарительную камеру в виде капельной струи, испарения легко испаряемого компонента жидкости, отбора пара из испарительной камеры и его конденсации в конденсаторе, в результате чего в конденсаторе накапливается жидкость, обогащенная легко испаряемым компонентом, а в испарительной камере накапливается неиспарившаяся жидкость, обогащенная трудно испаряемым компонентом, отличающийся тем, что испарение обеспечивается ротационно- ударным испарителем, в который подается подготовленная жидкость без посторонних включений, с температурой, доведенной до уровня, оптимального для работы ротационно-ударного испарителя, в котором вакуум создается за счет вакуумного насоса, а увеличение поверхности испарения обеспечивается за счет мощных ударов, наносимых по порциям жидкости ударными лопатками.
ю
PCT/RU2017/000936 2017-01-19 2017-12-14 Ротационно-ударный испаритель и способ вакуумной перегонки сложных жидкостей на его основе WO2018135970A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017101708A RU2640198C1 (ru) 2017-01-19 2017-01-19 Ротационно-ударный испаритель и способ вакуумной перегонки сложных жидкостей на его основе
RU2017101708 2017-01-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018135970A1 true WO2018135970A1 (ru) 2018-07-26

Family

ID=62909061

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2017/000936 WO2018135970A1 (ru) 2017-01-19 2017-12-14 Ротационно-ударный испаритель и способ вакуумной перегонки сложных жидкостей на его основе

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2640198C1 (ru)
WO (1) WO2018135970A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113598396A (zh) * 2021-09-07 2021-11-05 广州天地实业有限公司 一种多功能立式真空喷涂机

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2756079C1 (ru) * 2021-02-11 2021-09-27 Роман Иванович Якименко Ротационно-ударный испаритель с дисковым эжектором
CN114570078B (zh) * 2022-02-11 2024-04-23 广东鸿浩半导体设备有限公司 一种液体蒸发器的供料装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU94037575A (ru) * 1994-09-30 1996-07-27 Акционерное общество Научно-производственное объединение "Теплоэнергетика" Способ очистки отработанных масел от воды и низкокипящих фракций и устройство для его осуществления
RU2068100C1 (ru) * 1992-12-16 1996-10-20 Сухман Лев Абрамович Лопаточный венец осевой турбины
RU2166528C2 (ru) * 1999-06-29 2001-05-10 Калининградский государственный технический университет Способ вакуумной перегонки сложных жидкостей, например нефти и нефтепродуктов, и устройство для его осуществления
RU2218206C2 (ru) * 2002-06-24 2003-12-10 Черепанов Олег Валентинович Устройство для гидроакустической обработки жидкостей

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1694196A1 (ru) * 1988-12-16 1991-11-30 Красноярский Политехнический Институт Кавитационный реактор
RU2232630C2 (ru) * 2002-05-06 2004-07-20 Селиванов Николай Иванович Способ резонансного возбуждения жидкости и способ и устройство для нагревания жидкости
UA85851C2 (ru) * 2006-04-19 2009-03-10 Борис Михайлович Посмітний Устройство для нагревания жидкости (парогенератор)
CN102803444B (zh) * 2009-06-25 2015-09-02 环球油品公司 用于从淤浆加氢裂化的减压瓦斯油和组合物中分离沥青的方法和设备

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2068100C1 (ru) * 1992-12-16 1996-10-20 Сухман Лев Абрамович Лопаточный венец осевой турбины
RU94037575A (ru) * 1994-09-30 1996-07-27 Акционерное общество Научно-производственное объединение "Теплоэнергетика" Способ очистки отработанных масел от воды и низкокипящих фракций и устройство для его осуществления
RU2166528C2 (ru) * 1999-06-29 2001-05-10 Калининградский государственный технический университет Способ вакуумной перегонки сложных жидкостей, например нефти и нефтепродуктов, и устройство для его осуществления
RU2218206C2 (ru) * 2002-06-24 2003-12-10 Черепанов Олег Валентинович Устройство для гидроакустической обработки жидкостей

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113598396A (zh) * 2021-09-07 2021-11-05 广州天地实业有限公司 一种多功能立式真空喷涂机
CN113598396B (zh) * 2021-09-07 2022-05-10 广州天地实业有限公司 一种多功能立式真空喷涂机

Also Published As

Publication number Publication date
RU2640198C1 (ru) 2017-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018135970A1 (ru) Ротационно-ударный испаритель и способ вакуумной перегонки сложных жидкостей на его основе
US5261949A (en) Method of producing an atomized liquid to be conveyed in a stream of carrier gas and apparatus for implementing the method
US20090194605A1 (en) Method for creating a gas-drop jet and a device for its implementation
CN104759369A (zh) 一种蒸汽雾化喷头
US20120048717A1 (en) Methods and apparatuses for heating and manipulating fluid
CN103693700B (zh) 一种海水淡化装置
CN105855078A (zh) 一种具有多孔旋流壁的离心喷嘴和喷雾方法
US20100327075A1 (en) Aerosol generation
CN204620263U (zh) 一种水气井蒸汽雾化喷射器
CN202342918U (zh) 一种超声雾化浓缩装置
RU143459U1 (ru) Устройство для обработки семян
CN103958795A (zh) 用来影响来自地下污水管道的竖井开口处的气味的方法和装置
CN105727583A (zh) 一种精细雾化闪蒸罐
CN204767780U (zh) 一种二次雾化油水分离装置
RU2756079C1 (ru) Ротационно-ударный испаритель с дисковым эжектором
US1215140A (en) Evaporator.
US20160108899A1 (en) Two-phase expansion device capable of maximizing the amount of movement produced by a two-phase flow
RU2309832C2 (ru) Установка для очистки поверхности
CN104923424A (zh) 旋流雾化喷头
CN206198719U (zh) 真空雾化净油装置
CN101371951A (zh) 旋式雾化喷淋装置
RU159757U1 (ru) Устройство для очистки отработанных масел от воды и низкокипящих фракций
CN200980962Y (zh) 双效喷雾真空分离装置
CN104759366A (zh) 一种旋流雾化喷头
US6444000B1 (en) Steam driven fuel slurrifier

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17892296

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17892296

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1