Випарний апарат

Реферат: Випарний апарат складається із вертикального нагрівального корпусу із патрубками підведення і відведення нагрівального теплоносія, поверхні нагрівання із системи труб, розміщених вздовж корпусу і прикріплених до верхньої і нижньої трубних решіток, камери подачі із штуцером введення речовини і пристроєм формування поверхневої плівки, трубчатих елементів відведення вторинної пари в колекторну камеру, збірної камери продукту. Трубчаті елементи відведення вторинної пари виконані перфорованими і розташовані коаксіально в кожній із труб поверхні нагрівання. Пристрій формування поверхневої плівки виконаний у формі спіралі, що намотана на поверхню перфорованих трубчатих елементів відведення вторинної пари, таким чином, що утворює зазор між спіральною намоткою і поверхнею труб нагрівання. UA 107787 U (54) ВИПАРНИЙ АПАРАТ UA 107787 U UA 107787 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до теплообмінних апаратів і може бути використана в харчовій, хімічній, нафтопереробній промисловості. Відомим аналогом є випарний апарат, що містить вертикальний корпус, штуцери підведення і відведення, пластини розміщені вздовж корпусу і прикріплені до верхніх і нижніх пластинчатих решіток, сепаратор, насос [1]. Недоліком аналога є використання пластинчатих теплообмінних поверхонь, які є неефективними для систем із різним тиском гріючого агента і продукту, а також мають складність відведення парової (газової) фракції при випаровуванні, а тому пристрій неефективний для процесу упарювання продукту. Відомим аналогом є випарний апарат, що містить вертикальний корпус, зовнішні й внутрішні труби, розміщені уздовж корпуса й прикріплені до верхніх і нижніх трубних ґрат, роздавальну й вхідну камери із конічно-циліндричними насадками із П-подібного поздовжнього перерізу, розміщені над трубними ґратами, патрубок підведення рідини, приєднаний до вхідної камери, патрубки підведення, що гріють пари, і патрубки відводу конденсату й випареної рідини [2]. Конічно-циліндричні насадки із П-подібним поздовжнім перерізом, що розташовані у роздавальній вхідній камері здатні забезпечити рівномірність утворення плівки при входженні рідини в теплообмінну трубу для випарювання. Але при вільному протіканні вздовж теплообмінної поверхні втрачається контакт плівки із поверхнею в результаті найменшого відхилення від вертикального положення поверхні теплообміну, а також нерівномірності теплового напору через площу поверхні труб, що характерно для реально діючих апаратів. Це є основним недоліком аналога. Окрім того, нерівномірність поверхні плівки продукту, що випаровується, а також її "відривання" від поверхні негативно впливає на якість продукту, що випаровується, адже супроводжується перегріванням продукту в зонах із зменшенням товщини плівки від нормативних параметрів (за рахунок перегрівання), аж до утворення осаду на поверхні. Найближчим аналогом до корисної моделі є випарний апарат, що складається із вертикального нагрівального корпусу із патрубками підведення і відведення нагрівального теплоносія, розміщених вздовж корпусу і прикріплену до верхніх і нижніх трубних решіток систему труб, що утворюють поверхню нагрівання із спірально стрічковими вставками, розташованих усередині труб, камери подачі із штуцером введення речовини і пристроєм формування поверхневої плівки, трубчатих елементів відведення вторинної пари в колекторну камеру, збірної камери продукту [3]. Недоліком відомого рішення є нерівномірність розподілу плівки при перетіканні спірально стрічкових вставок. Причиною є зміна параметрів середовища, що упаюється (при концентруванні змінюється питома густина продукту - кінематична густина та питома вага), а тому у певних зонах можливе відривання плівки від поверхні теплопередачі в нижній зоні спірально стрічкової вставки, чому сприяє пароутворення. Це явище підвищує опір теплопередачі, чому сприяє також потовщення стінки за рахунок спірально стрічкової вставки. Таким чином, процес випарювання є неефективним, що негативно впливає на економічні показники процесу і призводить до нестабільності як кінцевий продукт. В основу корисної моделі випарного апарата поставлена задача за рахунок виконання трубчатих елементів відведення вторинної пари перфорованими, їх розташування коаксіально в кожній із труб поверхні нагрівання, а також виконання пристрою формування поверхневої плівки у формі спіралі, що намотана на поверхню перфорованих трубчатих елементів відведення вторинної пари, таким чином, що утворює зазор між спіральною намоткою і поверхнею труб нагрівання, і забезпечує рівномірність формування плівкової поверхні продукту, що випаровується на поверхні нагрівання. Поставлена задача вирішується тим, що випарний апарат складається із вертикального нагрівального корпусу із патрубками підведення і відведення нагрівального теплоносія, поверхні нагрівання із системи труб, розміщених вздовж корпусу і прикріплених до верхньої і нижньої трубних решіток, камери подачі із штуцером введення речовини і пристроєм формування поверхневої плівки, трубчатих елементів відведення вторинної пари в колекторну камеру, збірної камери продукту, згідно з корисною моделлю, трубчаті елементи відведення вторинної пари виконані перфорованими і розташовані коаксіально в кожній із труб поверхні нагрівання, а пристрій формування поверхневої плівки виконаний у формі спіралі, що намотана на поверхню перфорованих трубчатих елементів відведення вторинної пари, таким чином, що утворює зазор між спіральною намоткою і поверхнею труб нагрівання. Згідно з корисною моделлю, товщина спіралі пристрою формування поверхневої плівки є змінною уздовж перфорованих трубчатих елементів відведення вторинної пари і забезпечує зменшення зазору по довжині між спіральною намоткою і поверхнею труб нагрівання. 1 UA 107787 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Згідно з корисною моделлю, крок спіралі пристрою формування поверхневої плівки зростає уздовж перфорованих трубчатих елементів у напрямі збірної камери продукту. Виконання трубчатих елементів відведення вторинної пари перфорованими, і їх розташування коаксіально в кожній із труб поверхні нагрівання забезпечує утворення центральної зони для відведення парової фази із трубного випарного об'єму, а також виконує функцію утримання спірального пристрою формування поверхневої плівки продукту уздовж всієї поверхні теплообміну, а не тільки в зоні подачі продукту. Завдяки тому, що пристрій формування поверхневої плівки виконаний у формі спіралі, що намотана на поверхню перфорованих трубчатих елементів відведення вторинної пари, забезпечується вирівнювання плівки продукту, що випаровується на поверхні теплообміну шляхом її (плівки) гідравлічного "притискання" до поверхні. Це забезпечується наявністю зазору між спіральною намоткою і поверхнею труб нагрівання. При цьому забезпечується регулювання зазору, а при зменшенні товщини плівки (відносно технологічного значення параметру) супроводжується зростанням місцевого гідравлічного опору в сусідній зоні, звідки по спіралі речовина стікає в зону де місцевий гідравлічний опір менше - в зону із меншою товщиною плівки. За рахунок зміни товщини спіралі пристрою формування поверхневої плівки уздовж перфорованих трубчатих елементів відведення вторинної пари забезпечується пропорційність плівкового покриття уздовж поверхні труб нагрівання із урахуванням зменшення кількості речовини за рахунок процесу випаровування. За рахунок зростання кроку спіралі пристрою формування поверхневої плівки уздовж перфорованих трубчатих елементів у напрямі збірної камери продукту створюються умови компенсування реологічних властивостей середовища - зміну текучості у процесі випаровування за рахунок зростання питомої ваги та кінематичної густини середовища, яке піддається концентрації шляхом вилучення парової фази. Корисна модель пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 зображена загально схема випарної установки; на фіг. 2 зображена схема зони випаровування. Випарний апарат, складається з вертикального нагрівального корпусу 1 із патрубками підведення 2 і відведення нагрівального теплоносія 3, поверхні нагрівання із системи труб 4, прикріплених до трубних решіток 5, камери подачі 6 із штуцером введення речовини 7 і пристроєм введення поверхневої плівки 8, перфорованих трубчатих елементів 9, розташованих коаксіально в кожній із труб поверхні нагрівання, для відведення вторинної пари, в колекторну камеру 10, збірної камери продукту 11, пристрою формування поверхневої плівки 12, виконаного у формі спіралі, намотаної на поверхню перфорованих трубчатих елементів відведення вторинної пари. Корисна модель працює наступним чином. У вертикальний нагрівальний корпус 1 через патрубок 2 підводиться нагрівальний теплоносій. Рідкий продукт через штуцер 7 надходить в камеру подачі 6 і пристроєм 8 вводиться у вигляді поверхневої плівки на поверхню труб 4 системи нагрівання, що прикріплені до трубних решіток 5. Рідина стікає донизу по поверхні труб 4 у вигляді плівки, а теплоносій (пара), що обтікає труби в міжтрубному просторі нагрівальної камери 1, передає теплоту через стінку поверхні нагрівання плівці рідини, що призводить до випаровування рідини-носія. При цьому завдяки пристрою формування поверхневої плівки 12 створюється ефект гідравлічного притискання плівки до теплообмінної поверхні із вирівнюванням товщини плівки у кожній зоні нагрівання, адже при зменшені товщини плівки (наприклад, нерівномірного теплового напору теплопередачі, або незначному відхиленні від вертикального положення труби або апарата) зменшуються у цій зоні і гідравлічний опір стіканню плівки, а тому із зони із більшим опором рідина по гвинтовій спіралі пристрою формування поверхневої плівки, стікає в зону із меншим опором. Виконання пристрою формування поверхневої плівки із змінною товщиною (δ1, δ2), а також із зростаючим кроком спіралі дозволяє враховувати зміну товщини плівки, а також зростання питомої ваги та кінематичної в'язкості продукту в процесі випаровування. Утворена парова фаза, в результаті випаровування, через перфорацію надходить у внутрішній простір трубчатих елементів 9, розташованих коаксіально в кожній із труб поверхні нагрівання, створюючи відокремлений простір для її відділення уздовж усієї поверхні випаровування, а також слугує першим ступенем сепарації парової фази, котра відводиться в колекторну камеру 10. Готовий продукт надходить у збірну камеру 11. Новим у рішенні, що пропонується, є поєднання трубчатих елементів відведення вторинної пари виконаних перфорованими, і розташованих коаксіально в кожній із труб поверхні нагрівання із пристроєм формування поверхневої плівки у формі спіралі, намотаної на поверхні 2 UA 107787 U трубчатих елементів, за рахунок чого досягається рівномірність плівкового покриття теплообмінної поверхні залежно від процесу випаровування із узгодженням зміни гідродинамічних характеристик продукту, що випаровується. Це дозволить уникнути нестабільності проведення випаровування і позитивно вплинути на якість кінцевого продукту. 5 10 Джерело інформації: 1. Пат. 0340960 США, D21C 11/00. Method and arrangement for separating contaminants from liquids or vapors: Пат. ANDRITZ OY, (Фінляндія); заяв. 17.10.2011; опубл. 26.12.2013; - 15 с. 2. Пат. 12673 Україна, МПК B01D 1/22. Випарний апарат /В. І. Бурлака, М. О Прядко, Ю. Г. Поржезинський, О. О. Мельник - № 94321865; заявл. 17.05.93; опубл. 28.02.97. Бюл. № 1. - 4 с. 3. Пат. 62954 Україна, МПК B01D 1/22. Випарний апарат /Б. О Крот - № 201101355; заявл. 07.02.2011; опубл. 26.09.2011, Бюл. № 18, - 3 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 30 1. Випарний апарат, що складається із вертикального нагрівального корпусу із патрубками підведення і відведення нагрівального теплоносія, поверхні нагрівання із системи труб, розміщених вздовж корпусу і прикріплених до верхньої і нижньої трубних решіток, камери подачі із штуцером введення речовини і пристроєм формування поверхневої плівки, трубчатих елементів відведення вторинної пари в колекторну камеру, збірної камери продукту, який відрізняється тим, що трубчаті елементи відведення вторинної пари виконані перфорованими і розташовані коаксіально в кожній із труб поверхні нагрівання, а пристрій формування поверхневої плівки виконаний у формі спіралі, що намотана на поверхню перфорованих трубчатих елементів відведення вторинної пари, таким чином, що утворює зазор між спіральною намоткою і поверхнею труб нагрівання. 2. Випарний апарат за п. 1, який відрізняється тим, що товщина спіралі пристрою формування поверхневої плівки є змінною уздовж перфорованих трубчатих елементів відведення вторинної пари і забезпечує зменшення зазору по довжині між спіральною намоткою і поверхнею труб нагрівання. 3. Випарний апарат за п. 1, який відрізняється тим, що крок спіралі пристрою формування поверхневої плівки зростає уздовж перфорованих трубчатих елементів у напрямі збірної камери продукту. 3 UA 107787 U 4 UA 107787 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5