Пластинчатий випарний апарат

1. Пластинчатий випарний апарат, що включає корпус, пластинчату гріючу камеру, яка містить пакет пластин, розташованих між затискними плитами, штуцери подачі гріючої пари і упарюваного розчину, а також відводу конденсату гріючої пари, упареного розчину й вторинної пари, який відрізняється тим, що в пластинчатій гріючій камері виконані вертикальні колектори для подачі гріючої пари, розташовані в бічній частині пакета пластин, а вхід упарюваного розчину і його вихід з гріючої камери розташовані із протилежних торців пакета пластин. 2. Пластинчатий випарний апарат за п.1, який відрізняється тим, що він обладнаний трубою скипання упарюваного розчину, розташованою над пластинчатою гріючою камерою, при цьому верхній зріз труби скипання розташований на рівні розчину в корпусі випарного апарата, а вхід упарюваного розчину і його вихід розташовані відповідно з боку нижнього й верхнього торців пакета пластин. 3. Пластинчатий випарний апарат за п.1, який відрізняється тим, що верхня частина гріючої камери розташована в корпусі випарного апарата на рівні упарюваного розчину. 4. Пластинчатий випарний апарат за п.1, який відрізняється тим, що над гріючою камерою виконаний розподільний пристрій упарюваного розчину, що забезпечує рух зазначеного розчину по пластинах гріючої камери у вигляді спадаючої плівки, а сама гріюча камера розташована в корпусі апарата над рівнем упарюваного розчину. 2 (19) 1 3 Винахід відноситься до області випарної техніки й може знайти застосування в хімічній, харчовій й іншій галузях промисловості. Відомий випарний апарат, що складається із гріючої пластинчатої камери і сепаратора. Пластинчата гріюча камера містить пакет пластин, розташованих між затискними плитами, штуцери подачі гріючої пари і початкового розчину, виходу упареного розчину й конденсату гріючої пари (див. патент США №5,538,593, МПК B01D1/22, 1996р.) Недоліками даної конструкції являються: висока металоємність гріючої камери, тому що пластини не гофровані й мають низькі коефіцієнти теплопередачі; низька надійність в експлуатації й труднощі при ущільненні теплообмінних пластин через велику кількість гумових прокладок; заростання пластин у нижній частині гріючої камери при випарюванні розчинів, які містять солі. Також відомий найбільш близький по конструктивному рішенню (обраний як прототип) випарний апарат пластинчатого типу, який має корпус, пластинчату гріючу камеру, що містить пакет гофрованих пластин, розташованих між затискними плитами, штуцери подачі гріючої пари і початкового розчину, виходу упареного розчину й конденсату гріючої пари (див. патент США №5174370, МПК В01D1/22, 1992). У пластинчатій гріючій камері розчин входить через нижній колектор у порожнини, що обігріваються з обох боків через стінку гріючою парою, піднімається вгору, де скипає, і виходить через верхній колектор у розчинну й сепараційну зони корпусу апарата. Гріюча пара надходить через верхній бічний колектор у передбачені для неї порожнини, де конденсується. Конденсат гріючої пари виводиться з нижніх колекторів. Недоліками відомої конструкції являються: висока металоємність гріючої камери через низькі коефіцієнти теплопередачі, обумовлені нерівномірністю швидкостей руху розчину до бічного верхнього колектора, а також низькою середньою швидкістю руху розчину; кипіння розчину у верхній частині пластини перед входом у колектор є для виходу упареного розчину й рушійною силою руху розчину і при інтенсивному скипанні запирає рух (створює великий опір руху); кипіння в порожнинах пластинчатої гріючої камери приводить до інтенсивного заростання поверхонь при випарюванні розчинів, які містять солі; велика кількість гумових прокладок обумовлює низьку надійність експлуатації й труднощі при ущільненні теплообмінних пластин. В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення пластинчатого випарного апарата, зниження його металоємності за рахунок підвищення коефіцієнта теплопередачі, а також підвищення надійності в експлуатації. Поставлена задача вирішується завдяки тому, що в пластинчатому випарному апараті, який включає корпус, пластинчату гріючу камеру, що містить пакет пластин, розташованих між затиск 88836 4 ними плитами, штуцери подачі гріючої пари і упарюваного розчину, а також відводу конденсату гріючої пари, упареного розчину й вторинної пари, згідно з винаходом, в пластинчатій гріючій камері виконані вертикальні колектори для подачі гріючої пари, розташовані в бічній частині пакета пластин, а вхід упарюваного розчину і його вихід з гріючої камери розташовані з протилежних торців пакета пластин. У кращому варіанті реалізації винаходу апарат обладнаний трубою скипання упарюваного розчину, розташованою над пластинчатою гріючою камерою, при цьому верхній зріз труби скипання розташований на рівні розчину в корпусі випарного апарата, а вхід упарюваного розчину і його вихід розташовані відповідно з боку нижнього й верхнього торців пакета пластин. Ще в одному варіанті винаходу верхня частина гріючої камери розташована в корпусі випарного апарата на рівні упарюваного розчину, а її нижня частина занурена в упарюваний розчин. Ще в одному варіанті винаходу над гріючою камерою виконаний розподільний пристрій упарюваного розчину, що забезпечує рух зазначеного розчину по пластинах гріючої камери у вигляді спадаючої плівки, а сама гріюча камера розташована в корпусі апарата над рівнем упарюваного розчину. Ще в одному варіанті винаходу гріюча камера утворена попарно звареними пластинами, обладнаними бічними колекторами для подачі гріючої пари і відводу знизу конденсату гріючої пари. Ще в одному варіанті винаходу на затискній плиті в її бічній частині виконаний вертикальний колектор, обладнаний у верхній частині плити патрубком входу гріючої пари, а в її нижній частині патрубком відводу конденсату гріючої пари. Ще в одному варіанті винаходу гріюча камера виконана зварною, при цьому порожнини для гріючої пари зварені знизу й зверху, а порожнини, по яких рухається розчин, зварені з боків, причому вгорі й унизу в кути між пластинами уварені горизонтально розташовані гребінчасті планки, які зварені з бічними затискними плитами з утворенням колектора для входу гріючої пари і відводу з його нижньої частини конденсату гріючої пари. Конструктивно гріюча камера із трубою скипання можуть бути розташовані як у корпусі випарного апарата, так і за його межами. В інших варіантах винаходу порожнини між пластинами, у які надходить гріюча пара, обладнані в їхній центральній частині колектором для відводу конденсату гріючої пари униз, а колектори гріючої пари - патрубками для відводу газів, що не конденсуються. Пластини гріючої камери можуть бути виконані гофрованими. Завдяки розташуванню труби скипання над пластинчатою гріючою камерою кипіння нагрітого розчину відбувається у верхній частині труби скипання. Це дозволяє отримати досить високі швидкості руху розчину в порожнинах гріючої камери, 5 що, у свою чергу, дозволяє отримати високі коефіцієнти теплопередачі й знизити металоємність апарата. Крім цього, рівномірні високі швидкості руху розчину дозволяють знизити заростання гріючих поверхонь при випарюванні розчинів, які містять солі. При розташуванні верху гріючої камери у корпусі випарного апарата на рівні упарюваного розчину апарат працює в режимі кипіння упарюваного розчину між гріючими пластинами у верхній їхній частині. При цьому забезпечується високий коефіцієнт теплопередачі. Однак упарювані розчини не повинні містити солей жорсткості й розчини, що кристалізуються. У випадку, коли гріюча камера розташована в корпусі апарата над рівнем упарюваного розчину, апарат працює в режимі руху зазначеного розчину по пластинах гріючої камери у вигляді спадаючої плівки, що забезпечує високий коефіцієнт теплопередачі, дозволяє упарювати термолабільні розчини. Однак при цьому упарювані розчини також не повинні містити солей жорсткості й розчини, що кристалізуються. Якщо нижня частина гріючої камери занурена в упарюваний розчин, апарат працює в режимі руху упарюваного розчину між гріючими пластинами у вигляді висхідної плівки у верхній їхній частині, що забезпечує високий коефіцієнт теплопередачі та дозволяє упарювати термолабільні розчини. Однак при цьому упарювані розчини не повинні містити солей жорсткості й розчини, що кристалізуються. З метою спрощення конструкції й підвищення надійності експлуатації розбірної гріючої камери вона утворена попарно звареними пластинами, обладнаними бічними колекторами для входу гріючої пари і виводу внизу конденсату гріючої пари. При цьому гріюча пара не викликає забруднень усередині попарно зварених пластин. Крім цього, між собою попарно зварені пластини ущільнюються прокладками тільки навколо бічних колекторів. Запропоновані варіанти конструкції гріючої пластини і її гофрування, наприклад, у вигляді «ялинки», дозволяють штампувати один тип пластини, що здешевлює вартість апарата. Виконані на затискній плиті колектори, наприклад, у вигляді напівтруби, дозволяють рівномірно розподілити гріючу пару уздовж пластини, що, у свою чергу, підвищує коефіцієнт тепловіддачі з боку пари. При випарюванні розчинів без відкладень накипу гріюча камера може бути виконана зварною, при цьому порожнини для гріючої пари зварені знизу й зверху, а порожнини, по яких рухається розчин, зварені з боків, причому вгорі й унизу в кути між пластинами уварені горизонтально розташовані гребінчасті планки, які зварені з бічними затискними плитами з утворенням колектора для входу гріючої пари і виводу з його нижньої частини конденсату гріючої пари. Це дозволяє знизити металоємність конструкції й спростити умови її експлуатації. Крім цього, гріюча камера може розташовуватися як усередині корпусу випарного апарата, так і із трубою скипання, винесеною з корпусу випарного апарата. 88836 6 Для поліпшення умов транспортування конденсату гріючої пари униз попарно зварені пластини в їхній центральній частині обладнані колектором для відводу зазначеного конденсату, що підвищує коефіцієнт тепловіддачі з боку пари за рахунок зниження термічного опору плівки конденсату на гріючих поверхнях. Обладнання колекторів гріючої пари патрубками для виводу неконденсованих газів, що погіршують теплообмін, забезпечує підвищення коефіцієнта тепловіддачі з боку пари. Суть запропонованого винаходу пояснюється кресленнями, на яких зображено: Фіг.1 - пластинчатий випарний апарат із трубою скипання з розбірною гріючою камерою, загальний вид; Фіг.2 - пластинчатий випарний апарат із трубою скипання зі зварною гріючою камерою, загальний вид; Фіг.3 - пластинчатий випарний апарат зі зварною винесеною гріючою камерою, загальний вид; Фіг.4 - пластинчатий випарний апарат з розбірною гріючою камерою з кипінням між гріючими пластинами, загальний вид; Фіг.5 - пластинчатий випарний апарат зі зварною гріючою камерою з кипінням між гріючими пластинами, загальний вид; Фіг.6 - пластинчатий випарний апарат зі спадаючою плівкою упарюваного розчину, загальний вид; Фіг.7 - пластинчатий випарний апарат з висхідною плівкою упарюваного розчину, загальний вид; Фіг.8 - попарно зварені пластини розбірної гріючої камери; Фіг.9 - пластина зварної гріючої камери; Фіг.10 - компонування попарно зварених пластин розбірної гріючої камери; Фіг.11 - компонування пластин зварної гріючої камери; Фіг.12 - розбірна гріюча камера, загальний вид; Фіг.13 - зварна гріюча камера, загальний вид. Пластинчатий випарний апарат (Фіг.1, 2) включає корпус 1, у якому розташована гріюча камера, що містить пакет пластин, розташованих між затискними плитами 2. У вертикальні колектори 3 гріюча пара надходить через штуцери 4, конденсат гріючої пари виводиться з апарата через штуцер 5. Початковий розчин надходить в апарат через штуцер 6, упарений розчин виводиться з апарата через штуцер 7, а вторинна пара видаляється з корпусу апарата через штуцер 8. Для зниження бризковинесення із вторинною парою встановлено відбійник 9. При зупинці передбачений штуцер для зливу розчину 10. Над гріючою камерою установлена труба скипання 11. Випарний апарат з винесеною гріючою камерою (Фіг.3) має зворотну циркуляційну трубу 12. Випарний апарат зі спадаючою плівкою упарюваного розчину (Фіг.6) оснащений розподільним пристроєм початкового розчину 13. Для поліпшення транспортування конденсату гріючої пари униз передбачений центральний колектор 14, яким обладнана гофрована пластина 15 зварної гріючої камери (показана на Фіг.9). 7 Кожна з попарно зварених пластин розбірної гріючої камери (Фіг.8) має колектор 16 для введення й розподілу гріючої пари. Для забезпечення стійкості колектор 16 пластини має несиметрично встановлені упори 17. Попарно зварені пластини розбірної гріючої камери ущільнюються між собою за допомогою гумової прокладки 18. Попарно зварені пластини й пластини зварної гріючої камери мають зварний шов 19. У зварній гріючій камері (Фіг.13), на яку встановлюється труба скипання 11, порожнини для гріючої пари зварені знизу й зверху, а порожнини, по яких рухається розчин, зварені з боків. Угорі й унизу в кути між пластинами уварені горизонтально розташовані гребінчасті планки 20, які зварені з бічними затискними плитами з утворенням бічного колектора 3 для входу гріючої пари і відводу з його нижньої частини конденсату гріючої пари через штуцери 5. Колектори зварної гріючої камери з'єднані зварюванням із пластинами гріючої камери за допомогою гребінки 20. Пластинчатий випарний апарат працює в такий спосіб. У корпус випарного апарата 1 із трубою скипання й розбірною гріючою камерою (Фіг.1) початковий упарюванийрозчин надходить через штуцер 6, а упарений розчин виводиться через штуцер 7. Упарюваний розчин у корпусі 1 входить у міжпластинний простір гріючої камери 2 з боку нижнього торця пакета пластин, нагрівається при конвективному теплообміні в гріючій камері вище температури кипіння упарюваного розчину в сепараторі й надходить у трубу скипання 11, де скипає. При цьому вторинна пара, частково очистившись від бризковинесення відбійником 9, надходить у верхню частину корпуса 1 (сепараційну частину) і виводиться через штуцер 8. Упарений розчин після труби скипання 11 надходить у розчинну частину корпусу апарата 1, рівень розчину в якій знаходиться на рівні верхнього зрізу труби скипання 11, остаточно прокипає й рухається вниз до входу в міжпластинний простір з боку нижнього торця пакета пластин. Циркуляція упарюваного розчину в контурі випарного апарата здійснюється за рахунок різної питомої густини киплячого розчину в трубі скипання 11 і розчину в корпусі апарата 1. Гріюча пара надходить у випарний апарат через штуцер 4 і входить у бічні колектори 3 затискної плити гріючої камери 2. Конденсат гріючої пари збирається в нижній частині гріючої камери і через штуцери 5, розташовані в нижній частині бічних колекторів 3, видаляється з гріючої камери 2 і випарного апарата. Конструкція апарата з розбірною гріючою камерою 2, на яку може встановлюватися труба скипання 11 (Фіг.12), дозволяє механічно чистити й ремонтувати гріючі пластини 14, що, у свою чергу, дозволяє упарювати в апараті й розчини, які містять солі. У попарно зварених пластинах 14 розбірної гріючої камери, які ущільнюються між собою гумовими прокладками 18 (Фіг.8), гріюча пара надходить у міжпластинний простір через колектори 16, що мають для жорсткості й стійкості пластини не 88836 8 симетрично встановлені упори 17. Утворений конденсат гріючої пари стікає вниз у міжпластинному просторі попарно зварених пластин 14 переважно по колекторах 15, 16 і самопливом видаляється з гріючої камери 2 через штуцери 5. Пластинчатий випарний апарат із трубою скипання й зі зварною гріючою камерою (Фіг.2) працює аналогічно апарату із трубою скипання й розбірною гріючою камерою (Фіг.1), однак у цьому випадку теплопередавальні поверхні гріючої камери 2 не підлягають механічному чищенню й ремонту, що знижує область їхнього застосування. Пластинчатий випарний апарат зі зварною винесеною гріючою камерою (Фіг.3) працює в такий спосіб. Упарюваний розчин надходить із корпусу випарного апарата 1 у гріючу камеру 2 знизу по зворотній циркуляційній трубі 12. У гріючій камері упарюваний розчин нагрівається вище температури кипіння розчину в корпусі 1. У трубі скипання 11 упарюваний розчин скипає й надходить в корпус 1 на поділ пари й рідини. Вторинна пара виводиться через штуцер 8, а упарюваний розчин надходить із корпусу 1 у зворотну циркуляційну трубу 11. Гріюча пара надходить у гріючу камеру 2 через штуцер 4, конденсат гріючої пари видаляється з гріючої камери через штуцери 5. У пластинчатому випарному апараті з розбірною гріючою камерою і кипінням між гріючими пластинами (Фіг.4) початковий упарюваний розчин надходить у корпус апарата 1 через штуцер 6, а упарений розчин виводиться через штуцер 7. Упарюваний розчин у корпусі 1 входить у міжпластинний простір гріючої камери 2 з боку нижнього торця пакета пластин. У нижній частині гріючої камери упарюваний розчин нагрівається при конвективному теплообміні, а у верхній частині теплообмін відбувається з кипінням між гріючими пластинами. Утворена при кипінні вторинна пара, частково очистившись від бризковинесення відбійником 9, надходить у верхню частину корпусу апарата 1 (сепараційну частину) і виводиться через штуцер 8. Упарений розчин надходить у розчинну частину корпусу 1, рівень розчину в якій знаходиться на рівні верхнього торця гріючої камери 2, остаточно прокипає й рухається вниз до входу в міжпластинний простір з боку нижнього торця пакета пластин. Циркуляція упарюваного розчину у корпусі випарного апарата 1 здійснюється за рахунок різної питомої густини киплячого розчину в міжпластинному просторі й розчину в корпусі 1. Гріюча пара надходить у гріючу камеру 2, а конденсат гріючої пари видаляється аналогічно вище описаним апаратам. Пластинчатий випарний апарат зі зварною гріючою камерою з кипінням між гріючими пластинами, показаний на Фіг.5, працює аналогічно пластинчатому випарному апарату з розбірною гріючою камерою з кипінням між гріючими пластинами, показаному на Фіг.4. Пластинчатий випарний апарат зі спадаючою плівкою упарюваного розчину (Фіг.6) працює в такий спосіб. Початковий упарюваний розчин через штуцер 7 надходить на розподільний пристрій 13, за допомогою якого розподіляється на верхньому торці пакета пластин на гріючих поверхнях у ви 9 гляді тонкої плівки. Утворена при плівковому кипінні вторинна пара піднімається вгору по корпусу апарата 1 і виводиться через штуцер 8. Упарений розчин збирається в нижній частині корпусу 1, рівень розчину в якому знаходиться нижче нижнього торця гріючої камери 2. Обігрів гріючої камери 2 і вивід конденсату гріючої пари у даному випадку аналогічні раніше описаним варіантам конструкції. Пластинчатий випарний апарат з висхідною плівкою упарюваного розчину (Фіг.7) працює в такий спосіб. Упарюваний розчин надходить у гріючу камеру 2 з нижнього торця пакета пластин, нагрівається до температури кипіння, кипить у міжпластинній порожнині й переходить на кипіння у висхідній по гріючих пластинах плівці розчину. Парорідинна суміш після виходу з верхнього торця 88836 10 пакета пластин розділюється в корпусі апарата 1 за допомогою відбійника 9. Вторинна пара виводиться з апарата через штуцер 8, а упарюваний розчин збирається в нижній частині корпусу 1. Рівень розчину знаходиться вище нижнього торця й нижче верхнього торця гріючої камери 2. Обігрів граючої камери 2 і вивід конденсату гріючої пари у даній конструкції аналогічні раніше описаним конструктивним варіантам апарата. Запропоноване конструктивне рішення пластинчатого випарного апарата дозволяє в порівнянні із прототипом значно розширити область застосування, знизити металоємність, збільшити час роботи апарата між промиваннями, підвищити його надійність і ремонтопридатність. 11 88836 12 13 88836 14 15 88836 16 17 88836 18 19 88836 20 21 88836 22 23 88836 24 25 88836 26 27 88836 28 29 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 88836 Підписне 30 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601