Пластинчатий випарний апарат з багаторазовим використанням тепла

1. Пластинчатий випарний апарат з багаторазовим використанням тепла, що має пакет пластин, розташованих між стискаючими плитами, і патрубки для підводу гріючої пари та розчину, а також виведення випареного розчину та конденсату, який відрізняється тим, що пакет пластин розподілений на секції, кожна з яких складається з трьох пластин і утворює окремий ступінь випарювання, при цьому перша і друга пластини утворюють між собою герметичну порожнину для пари і конденсату та герметичний канал для проходження первинного розчину, а третя пластина утворює герметичні порожнини з другою пластиною для випарювання розчину та першою пластиною наступної секції для гідрозатвора, причому зазначені герметичні порожнини, утворені за допомогою третьої пластини, з'єднані між собою через отвір перетікання розчину, який випаровується. 2. Пластинчатий випарний апарат за п. 1, який відрізняється тим, що перша пластина секції ступеня випарювання у верхній частині має отвори для проходу пари, нижче розташований отвір для перетікання вихідного первинного розчину і конденсату, друга пластина на рівні першої пластини має аналогічний суміщений отвір для перетікання розчину, який випаровується, нижче розташовані отвори для перетікання первинного розчину і конденсату, в нижній частині порожнини, утвореної першою і другою пластинами, є вхід у вертикальний гідрозатворний канал конденсату, верхня частина гідрозатворного каналу має у другій пластині 2 (19) 1 3 76548 4 третьої пластини останньої секції стадії випарю6. Пластинчатий випарний апарат за п. 1, який відрізняється тим, що друга пластина кожної секвання розгерметизовано і з'єднано із порожниною конденсації, в нижній частині пластини, яка охолоції має отвір для виходу газів, які не конденсуютьджується водою, є отвір, з'єднаний зі штуцером ся. виводу конденсату вторинної пари. Винахід належіть до області випарної техніки і може знайти використання в хімічній, харчовій та інших галузях промисловості. Відомий дистилятор, що має ряд паралельних теплообмінних елементів з листа поверхнями для випарювання та конденсації пару, устрій для подачі розчину у вигляді тонкої плівки на верхню частину поверхні випарювання, устрій для збору та відводу конденсату та випареної води [Патент США № 432904, Кл. В01 D 1/26,1982 р.]. Недоліком відомої конструкції є велика витрата теплоносія для нагріву вихідної води до подачі у дистилятор, а також мала кратність використання тепла при випарюванні води. Відома також конструкція випарника пластинчатого типу, який має блок пластин розподілений на підблоки в які поступає розчин і підблоки в які поступає пара (сепараційний пристрій для розподілення упареного розчину і пари). Ця конструкція не дозволяє зарахунок тепла вторинної пари і випареного розчину нагрівати початковий розчин, а для забезпечення роботоздатності апарата початковий розчин нагрівають до температури кипіння з великими витратами тепла. [Патент Великобританії № 1425176, Кл.2 В01 D 1/22, 1976р.]. Також відомий та найбільш близьким аналогом по конструктивному рішенню, вибраний як прототип, є випарний апарат пластинчастого типу, який має блок пластин розподілений на порожнини, в які на поверхні теплообміну поступає розчин у вигляді тонкої плівки і порожнини, в які поступає пара. Порожнини послідовно чергуються. Розчин, який випарився і вторинна пара збираються у сепараторі по нижньому колектору. З порожнин подачі гріючої пари конденсат виводиться з апарату по іншому нижньому колектору. Загальними суттєвими ознаками відомого та апарату, що заявляється, є пакет пластин, розташований між стискаючими плитами, і патрубки для підводу гріючої пари та розчину, виведення випареного розчину та конденсату. [Патент Великобританії № 1425176, Кл. 2 В01 D 1/22, 1976 р.]. Недоліком відомої конструкції є велика витрата гріючої пари на одиницю води, яка випарилась, тому що не дозволяє багаторазове використання тепла гріючої пари і нагріву початкового розчину за рахунок тепла вторинної пари і випареного розчину. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення пластинчатого випарного апарату шляхом багаторазового використанням тепла гріючої пари та сомовипаровування розчину і конденсату на кожній наступній стадії випарювання і нагріву початкового розчину в середині апарату вторин ним теплом, що забезпечує зниження витрат гріючої пари на одиницю води, яка випарилась. Суть винаходу визначається у тому, що пластинчатий випарний апарат, має пакет пластин, розташованих між стискаючими плитами і патрубки для підводу гріючої пари та розчину, виведення випареного розчину та конденсату. Відповідно до винаходу, пакет пластин розподіляється на секції ступені випарювання, при цьому кожна секція має три пластини, перша пластина секції ступені випарювання у верхній частині має отвори для проходу пари, нижче розташовується отвір для перетікання вихідного первісного розчину і конденсату, друга пластина на рівні першої пластини має аналогічний суміщений отвір для перетікання розчину, який випарюється, нижче розташовані отвори для перетікання первісного розчину і конденсату, між собою перша і друга пластини утворюють герметичну порожнину для пари і конденсату, в нижній частині порожнини є вхід у вертикальний гідрозатворний канал конденсату, верхня частина гідрозатворного каналу має у другій пластині отвір з'єднаний із герметичною порожниною пари і конденсату наступної стадії випарювання, у нижній частині порожнини є вихід з вертикального каналу конденсату, верхня частина гідрозатворного каналу має у другій пластині отвір з'єднуючий із герметичною порожниною пари і конденсату наступної стадії випарювання, у нижній частині порожнини є вхід з вертикального каналу конденсату, верхня частина котрого у першій пластині має отвір з'єднаний із герметичною порожниною пари і конденсату секції попередньої стадії випарювання, перша і друга пластина створюють герметичний канал для проходження первісного розчину, при цьому перша пластина має отвір виходу з каналу і він з'єднай із герметичним каналом первісного розчину попередньої стадії випарювання, а друга пластина має отвір входу в канал з'єднуючий із герметичною відтуленою первісного розчину наступної секції стадії випарювання, третя пластина у верхній частині має отвір для проходу пари, нижче розташовані отвори для перетікання первісного розчину і конденсату, у нижній частині розташовано отвір для перетікання розчину, який випаровується, третя пластина створює герметичні порожнини з другою пластиною та першою пластиною наступної секції стадії випарювання, данні порожнини з'єднані між собою через нижній отвір перетікання розчину, який випаровується, штуцер виходу конденсату вторинної пари розташовується зі сторони останньої секції стадії випарювання і з'єднай із послідовно з'єднаними вертикальними гідрозатворними каналами конденсату, штуцер 5 76548 6 входу первісного розчину розташовані зі сторони Фіг.4 - компанування пластин випарного апаостанньої секції стадій випарювання і послідовно рата; з'єднай із герметичним каналом для проходження Фіг.5 - переріз випарного апарата, принципове первісного розчину, отвір в першій пластині виходу рішення; з герметичного коналу першої секції ступені випаФіг.6 - обв'язка випарного апарата, принципорювання не має герметизації і з'єднай із порожнива схема. ною перед першою секцією ступені випарювання, Пластинчатий випарний апарат містить пакет після останньої секції стадії випарювання розтапластин 1, які стискаються плитами з сторони вхошована пластина, яка охолоджується водою і яка ду пари і з сторони виходу випареного розчину 3, створює з третій пластиною наступної секції стадії має патрубки для входу гріючої пари 4, виходу випарювання порожнину для конденсації пари випареного розчину 5, виводу конденсату останньої секції стадії випарювання, збору і виховторинної пари 6, входу початкового розчину 7, ду сумарного конденсату, для цього отвір входу 8 і виходу 9 мої води, яка охолоджує, виходу перетікання конденсату третьої пластини некондесуючихся газів 10, виходу конденсату останньої секції стадії випарювання розгерметизогріючої пари 11. вано і з'єднано із порожниною конденсації, в Одна стадія випарювання складається з трьох нижній частині пластини, яка охолоджується вопластин: перша теплообмінна 12, друга дою, є отвір з'єднаний зі штуцером виводу кондентеплообмінна 13 і третя гідрозатворна 14. Пластисату вторинної пари, друга пластина кожної секції ни мають отвори для пари 15, перетікання розчимає отвір для виходу газів, які не конденсуються. ну, який випарюється 16, виходу конденсату 17, Завдяки компонуванню трьох спеціальних для виходу 18 і входу 19 у канал для нагріву попластин одержується секція в котрій здійснюється чаткового розчину, для входу конденсату 20 перегрів розчину і його в скипання, відділення попередньої секції стадії випарювання, для вторинної пари з направленням його на нагрів перетікання розчину, який випарюється 21 на нанаступної секції і перетікання частково випареного ступну секцію стадії випарювання. розчину на наступну ступень випаровування. Герметизацію пластин отворів і каналів можПослідовне компонування секцій дозволяє створиливо здійснювати за допомогою резинових проти випарний апарат з багаторазовим використанкладок 22. Апарат має пластини, що прилягають ням тепла гріючої пари, при цьому кількість секцій до стискаючих плит 23, 24 і пластину конденсації визначає кратність використання тепла гріючої 25, яка охолоджується водою. Для отримання гопари і відповідно його економію на одиницю води, тового продукту випарний апарат комплектується яка випарилась. баком початкового розчину 26, витратоміром 27, Розміщення в середині секцій каналів для баком збору готового продукту 28, баком збору подачі початкового розчину на першу ступень виконденсату вторинної пари 29, вакуум-насосом 30 і паровування забезпечує його нагрів вторинними парогенератором 31. теплоносіями до температури кипіння на першій Пластинчатий випарний апарат працює наступені випарювання і знижає затрати тепла на ступним чином. нагрів початкового розчину. Початковий розчин через штуцер 7 поступає Перетікання розчину, який випарюється та на нагрів в герметичну порожнину, що утворюють конденсату вторинної пари з першої на наступні пластини 12 і 13 наступні стадії випарювання і секції випаровування дозволяє використовувати скрізь отвір 18 у пластині 12 поступає у герметичну тепло перегріву розчину і конденсату на порожнину попередньої стадії випарювання через попередній стадії випаровування для випаровуотвір 19 у пластині 13. Проминувши послідовно до вання на наступних стадіях, що знижує витрати першої стадії випарювання початковий розчин гріючої пари на одиницю води, яка випарилась. нагрівається до температури кипіння на першій Установка після останньої секції пластини, яка стадії випарювання. Нагрітий початковий розчин охолоджується водою, дозволяє більш ефективно через отвір 18 першої пластини 12 першої стадії рекуперувати тепло з останньої стадії випарюванвипарювання поступає у порожнину між пластинаня. ми 23 і 15, рухається до верху і при перетиканні Наявність в другої пластині кожної секції отвочерез отвір 16 вскипає. Вторинна пара в порожнині ру відповідного перерізу дозволяє вивести з між пластинами 13 і 14 поступає у отвір 15 третьої кожної секції гази, які неконденсуються, що у свою пластини 14 першої стадії випарювання і чергу підвищує коефіцієнт теплопередачі спрямовується у порожнину між пластинами 12 і (потужність апарата), а також знизити витрати па13 другої стадії випарювання. Частково випарений ри при здувці газів, які не конденсуються. розчин з отвору 16 стикає по пластині 13 продовСуть запропонованого винаходу пояснюється жуючи нагріватись і кипіти. У нижній частини покресленням, на яких зображено: рожнини, що створюється пластинами 13 і 14, розФіг.1 - зображено пластинчатий випарний апачин збирається і через отвір 21 третьої пластини рат з багаторазовим використанням тепла, за14 поступає на другу стадію випарювання. Рухаюгальний вигляд; чись до верху між пластинами 14 та 12 розчин Фіг.2 - три пластини однієї секції стадії випанагрівається та закипає. При виході з отвору 16 рювання, вигляд з сторони входу пари; пластин 12 та 13 другої стадії випарювання. ВтоФіг.3 - три пластини одної секції стадії випаринна пара по порожнині між пластинами 13 ті 14 рювання, вигляд з сторони виходу випареного поступає в отвір 15 пластини 14 і спрямовується у розчину; порожнину пластин 12 і 13 на нагрів третьої стадії випарювання. Розчин, який випарюється з отвору 7 76548 8 16 рухається до низу по пластині 13 другої стадії вторинна пара останньої стадії випарювання. На випарювання, збирається у порожнині між пластиФіг.6 зображується варіант схеми обв'язки планами 13 і 14 і скрізь отвір 21 у пластині 14 стинчатого випарного апарату. Розчин з бака попоступає на третю стадію випарювання. Процес чаткового розчину 26 проходить скрізь витратомір нагріву та випарювання розчину аналогічно 27 за допомогою якого встановлюється задану повторюється на кожній стадії до останньої стадії витрату початкового розчину, який через штуцер 7 випарювання. На останній стадії випарювання поступає у пластинчатий випарний апарат. Випавипарений розчин збирається у порожнині між рений розчин виходить з випарного апарату через пластинами 13 і 14 і скрізь нижній отвір в пластині штуцер 5 і збирається у бак збору готового про14 та штуцер 15 виводиться з випарного апарату. дукту 28, котрий з'єднай із вакуумною системою. У Вторинна пара останньої стадії випарювання чезв'язку з невеликою потребою гріючої пари апарат рез отвір 15 у пластині 14 поступає у порожнину можливо оснастити індивідуальним парогенератоміж пластинами 14 і 25 де віна охолоджується, ром 31, наприклад електропарогенератором. конденсується на пластині 25, яка охолоджується Пар поступає до апарату через штуцер 4. При водою. необхідності конденсат гріючої пари може вертаУ цю порожнину через отвір 20 у пластині 13 тись до парогенератора через штуцер 11. Конденпоступає конденсат попередніх стадій випарювансат вторинної пари через штуцер конденсату ня, конденсат збирається у нижній частині порожвторинної пари 6 виводиться у бак збору конденнини і через штуцер 6 виводиться з випарного сату вторинної пари 29 з'єднаним із вакуумапарату. насосом 30. Нагрів випарного апарату здійснюється Запропоноване конструктивне виконання вигріючою парою, яка поступає через штуцер 4 і парного апарату плівчастого типу з багаторазовим отвір 15 у порожнину між пластинами 12 і 13 використанням тепла дозволяє знизити витрати першої стадії випарювання. Нагрів наступних гріючої пари, пропорційно кількості стадій випаростадій випарювання здійснюється вторинною павування, а також зниження витрат гріючої пари рою попередніх стадій по раніш описаній схемі. На здійснюється за рахунок нагріву початкового розкожній стадії випарювання конденсат пари чину в середині апарату вторинною парою, що збирається у нижній частині порожнини між плавиникає при самовипаровуванні випареного розстинами 12 і 13 і рухається до верху по чину і конденсату передних стадії. гідрозатворному каналу. Скрізь отвір 20 у пластині Результати порівняння заявленого апарата з 12 конденсат виходить і спрямовується у отвір 17 прототипом наведені в таблиці. у пластині 12 в порожнину між пластинами 12 та З наведеної таблиці бачимо, що заявлений 13 наступної стадії. пластинчастий випарний апарат дозволяє знизити Пластини 14 і 25 створюють порожнину у яку більш ніж в 11 разів витрати гріючої пари на одичерез штуцер 8 і через штуцер 9 виходить вода, ницю води, яка випарилась, при рівних поверхнях яка охолоджується. А у порожнині між пластинами теплообміну. 14 і 25 на поверхні пластини 25 конденсується Таблиця № Найменування параметрів Розміри 2 Випарний апарат протопит заявлений 1. Поверхня теплообміну м 5 5 2. Кількість стадій випарювання шт. 1 10 3. Витрати початкового розчину кг/с 0,14 0,14 4. Витрати води, яка випарилась кг/с 0,07 0,07 5. Загальна корисна різниця температур град 10 70 6. Витрати гріючої пари кг/с 0,09 0,008 7. Витрати гріючої пари на одиницю води, яка випарилась кг/с 1,28 0,11 9 76548 10 11 76548 12 13 Комп’ютерна верстка М. Клюкін 76548 Підписне 14 Тираж 26 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