Плівковий випарний апарат

Изобретение относится к выпарной технике, используемой в пищевой и химической промышленности, а более конкретно - к конструкциям выпарных аппаратов, в которых процесс выпаривания происходит в тонкой пленке жидкости, стекающей по поверхности вертикальных труб. Известен аппарат с пленочным течением капельной жидкости конструкции Фортье (Патент Франции №1991927), в котором пленка образуется за счет удара и растекания жидкости, подающейся струями на поверхности нагрева через отверстия малого диаметра. Благодаря тому, что скорости растекания жидкости в пленке достигают 10-15 м/с, обеспечивается значительная интенсификация теплоотдачи. Недостатком данной конструкции являются значительные затраты энергии на генерацию пленки. Наиболее близкой к заявляемому аппарату по техническому решению есть конструкция выпарного аппарата с ударно-струйной генерацией (Федоткин И.М. Интенсификация технологических процессов. Киев: Вища шк., 1979. - С.87. - Рис.5). Этот вертикальный выпарной аппарат пленочного типа, состоящий из корпуса, верхней крышки и нижнего днища, верхней и нижней трубных решеток, к которым приварены нагревательные трубы, а также трубной доски с закрепленными в ней оросительными трубами. Оросительные трубы размещаются соосно внутри нагревательных труб и имеет отверстия, через которые струи жидкости орошают внутреннюю поверхность нагревательных труб. Выпарной аппарат с ударно-струйной генерацией пленки жидкости работает следующим образом. Струи выпариваемой жидкости, вытекающие под напором из отверстий оросительных труб, образуют на теплообменной поверхности тонкую жидкостную пленку за счет скоростного растекания струи при ударе ее о поверхность нагревательных труб. Благодаря высокой скорости в районе удара струи толщина пленки составляет 0,1мм и менее. При этом обнаруживается одновременное действие интенсифицирующих эффектов - Краусольда и Гейнольдса. Кроме этих эффектов возникают явления срыва пограничного слоя в текущей пленке, т.к. скорость течения в растекающемся пятне пленки убывает с увеличением радиуса пятна. Действие данных эффектов определяет высокие значения коэффициентов теплоотдачи к жидкостной пленке при данном способе генерации. Недостатками в конструкции прототипа являются: необходимость дополнительных затрат энергии на преодоление сопротивления в орошающих отверстиях малого диаметра, увеличение расхода циркулирующей жидкости, засорение отверстий даже незначительными включениями, неравномерность орошения поверхности нагрева. В основу изобретения поставлена задача создания пленочного выпарного аппарата путем изменения элементов конструкции насадок обеспечить интенсификацию процесса, равномерность орошения поверхности нагрева и снижение энергозатрат на циркуляцию выпариваемой жидкости. Поставленная задача достигается тем, что, согласно изобретению, пленочный выпарной аппарат, содержит паровую камеру, нижнюю емкость накопитель, верхнюю крышку, патрубки подвода и отвода выпариваемой жидкости, пара, конденсата и неконденсирующихся газов, нагревательные и оросительные трубы с герметически прикрепленными криволинейными насадками, которые расположены таким образом, что оси их выходных каналов направлены тангенциально по отношению к внутренней поверхности нагревательных труб, по которым выходящая из насадок жидкость стекает в виде закрученной пленки. Новым в предлагаемом решении является использование для орошения поверхности нагрева криволинейных насадок, герметически прикрепленным к оросительным трубам таким образом, что выходящие из них струи жидкости попадают на поверхность нагрева тангенциально, благодаря чему в образующейся пленке возникают окружные составляющие скорости, приводящие к ее закрутке. Интенсификация теплоотдачи в закрученной пленке выше, чем для движущейся поступательно. При этом достигается также большая равномерность орошения поверхности нагрева - центробежные силы исключают возможность отслоения и срыва пленки и позволяют орошать одной парой насадок значительный участок нагревательной трубы. Благодаря тому, что для орошения труб с помощью насадок их требуется значительно меньше, чем отверстий, появляется возможность принять диаметр канала в насадках таким, чтобы исключить возможность его засорения, и в то же время сократить по сравнению с прототипом расход орошающей жидкости. Последнее приводит к уменьшению энергозатрат на циркуляцию выпариваемой жидкости в предлагаемой конструкции аппарата. Новыепризнаки позволяют достичь положительного эффекта, заключающегося в интенсификации процесса теплопередачи, обеспечении орошения поверхности нагрева и снижении энергозатрат на генерацию пленки. На фиг.1 изображен предлагаемый выпарной аппарат. Аппарат состоит из паровой камеры 1, к нижней части которой присоединяется емкость-накопитель 2, а к верхней части - крышка 3. В паровую камеру через патрубок 4 подводится пар, обогревающий нагревательные трубы 5, конденсат из паровой камеры отводится через патрубок 6. Емкость-накопитель 2 имеет сепарационное устройство 8, патрубки отвода выпариваемой жидкости 9 и вторичного пара 10. В нижней части крышки 3 имеется трубная доска 11 с укрепленными в ней оросительными трубами 12, которые соосно (фиг.2) размещаются внутри нагревательных труб 5. К оросительным трубам с определенным шагом прикреплены криволинейные насадки 13, сообщающиеся с внутренним пространством этих труб. В верхней части крышки 3 имеется патрубок 14 для подвода выпариваемой жидкости. В каждом сечении по высоте оросительных труб 12 может закрепляться один или несколько криволинейных насадок. 13. При размещении попарно (фиг.3) они расположены один по отношению к другому таким образом, что угол между выходящими из них струями жидкости составляет 180°. Пленочный выпарной аппарат работает следующим образом. Выпариваемая жидкость подается насосом в аппарат через патрубок 14 во внутреннее пространство крышки 3 откуда она попадает в оросительные трубы 12, закрепленные в трубной доске 11 и через приваренные к ним криволинейные насадки 3 с большой скоростью выходит в тангенциальном направлении на внутреннюю поверхность нагревательных труб 5, образуя тонкий кольцевой быстро вращающийся слой жидкостной пленки, стекающей вниз под совместным действием гравитационных и центробежных сил. При стекании пленки происходит выпаривание жидкости. Выпаренный продукт и вторичный пар поступают в емкость-накопитель 2, продукт удаляется из аппарата через патрубок 9, а вторичный пар, пройдя сепарационное устройство 8, отводится из аппарата через патрубок 10. Конденсат греющего пара выводится из аппарата через патрубок 6, а неконденсирующиеся газы - через патрубок 7.