Роторный тепломассообменный аппарат

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п 11965447(51)М. Кл. В 01 0 3/30 3 Ьоударственный комитет СССР по делам нзобретеннй н отнрытнй(54) РОТОРНЫЙ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЙ АППАРАТ Изобретение относится к оборудованию для проведения тепломассообменных процессов, протекающих с участием жидкости, например для выпаривания жидкости в пленке, дистилляции, ректификации, химических реакций, соп-ровождающихся выделением тепла, охлаждения и подогрева газов и жидкости, абсорбции, увлажнения газов, и мбжет использоваться для упариванияо и. дистилляции веществ, чувствительных к повышенным температурам, например лактамов, жирных кислот, много- атомных спиртов,этаноламинов, тяжелокипящих эфиров, различных масел, пищевых и фармацевтических продуктов. Известен роторный тепломассообменный аппаратт включающий корпус,го кольцевые сборники, установленные на корпусе, вал, спиральные отбортованные пластины, закрепленные на валу и образующие контактные ступени и переточные устройства, расположеннье между контактными ступенями 11;Однако данный аппарат характеризуется сравнительно малой величиной ра" бочей греющей или охлаждающей) псвер" хности,. приходящейся на единиЦу его объема, т.е. недостаточной интенсивностью процесса.Цель изобретения интенсификация процесса.Поставленная цель достигается -ем, что спиральные пластины выпол" нены полыми со спиральными каналами.Вал тоже выполнен полым и снабжен перегородкой, делящей его на камеры, соединенные между собой спиральными каналами. Кроме того, аппарат может быть снабжен кольцевыми стаканами, размещенными в центре контактных ступеней и соединенными со спиральными каналами.965 С целью уменьшения гидравлического сопротивления в корпус междуконтактными ступенями могут быть установлены конденсаторы.целью уменьшения брызгоуноса,между конденсаторами и контактнымиступенями на валу установлены дополнительные спиральные отбортованныепластины.На фиг, 1 изображен аппарат попервому варианту исполнения, продольный разрез общего вида; нафиг. 2 - сечение А-А на фиг, 1; нафиг, 3 - аппарат по второму варианту исполнения, продольный разрезобщего вида; на фиг, 4 - сечениеБ-Б на фиг. 3; на фиг. 5 и 6 - аппарат по третьему варианту исполнения,продольный разрез общего вида.Первый вариант исполнения аппарата предусматривает обогрев спиральных пластин водяным паром, находящимся под давлением.Вертикальный корпус с 1 сверху иснизу закрыт крышками 2 и 3. Валявляется полым. Он установлен соосно в. подшипниках 5 и 6 и имеет привод от шкива 7. На валу 4 установлены ступени 8, выполненные в виде закрученных вокруг вала полых спиралевидных пластин 9, снабженных внутрен.ними выступами 10,Внутри вада 4 соосно установленагерметично закрытая снизу труба 11,которая служит продольной перегородкой, делящей внутреннее пространство вала 4 на наружную кольцевуюкамеру 12 и внутреннюю центральнуюкамеру 13. Внутренние полости 14спиральных пластин сообщаются с кольцевой камерой 12 вала на концах пластин 9, связанных с валом непосредственно, Камера 13 вала сообщается сполостью 14 элементов через радиальные трубопроводы 15 и концы элементов 9, лежащие на периферии ступени. На стенке корпуса 1 вокруг орошаемых ступеней 8 укреплены кольцевые брызгосборники 16 для сбораорошающей жидкости, снабженные сливным отверстием 17 для стока жидкостина нижерасположенный радиальный лоток 18 или патрубком 19 для вывода жидкости из аппарата наружу, Дляввода исходной жидкости на спиральные пластины 9 предназнацены радиальные трубопроводы 20 со сливными прорезями. Для сообщения жесткости ступеням спиральные пластины 9 дополни 4тельно связаны с валом 4 ребрамижесткости 21. Для выхода пара из аппарата в крышке 2 имеется патрубок 22,Аппарат работает следующим обра 5 зом.Греющий пар под давлением поступает из неподвижного трубопровода 23через торцовое уплотнение 24 внутрьвращающегося вала 4, поступает в коль 1 О цевую камеру 12 и заполняет изнутриспиральные пластины 9. Образующийсяв полости 14 пластин 9 конденсатпод действием центробежных сил и давления пара вытесняется на периферию15 ступени 8 и затем через радиальныетрубопроводы 15 поступает внутрьтрубы 11, Далее через верхний конецвращающегося вала 4 конденсат, минуя торцовое уплотнение 25, попада 2 о ет внутрь неподвижного трубопровода 26. Исходная жидкость подаетсяв аппарат через трубопроводы 20, снабженные внизу прорезями, через кото. рые жидкость сбрасывается непосредд 5 ственно на вращающиеся ступени 8.При этом жидкость образует непрерывно турбулизуемую пленку на орошаемой поверхности спиральных пластин.9, Под действием центробежных сил3 О пленка жидкости, испаряясь, перемещается к периферии и сбрасываетсяна стенки корпуса 1, откуда стекаетв кольцевые брызгосборники 16. Черезотверстия 17 жидкость перетекает нанижерасположенный лоток 18 который35распределяет остаток жидкости навращающуюся под ним спиральную ступень 8. Жидкость испаряется все больше и небольшой остаток ее сбрасыва40ется со ступени в другой карман,из которого она, как кубовой продукт,выводится через патрубок 19, Образующиеся пары движутся в верхнюючасть аппарата, откуда выводятся це 45рез патрубок 22.Второй вариант исполнения аппарата отличается от первого способомввода и вывода греющей или охлаждающей среды из внутренней полости спиральных пластин. Этот аппарат предназначен для проведения химических реакций в пленке, сопровождающихся выделением или поглощением тепла,В вертикальном корпусе 27 соосно установлен вал 28, на котором размещены ступени с орошаемой поверхностью, выполненной из полых закругленных вокруг вала спиральных пластинФО Спиральные пластины 29 дополнительно связаны с кольцевым стаканом 30 .с помощью радиальных ребер жест- кости 37. Верхний и нижний края 38 пластин 29 отогнуты внутрь аппарата с целью фиксации пленки на элементах 29 при ее течении к периферии аппара 35 та под действием центробежных сил,Работа аппарата в качестве реактора может быть показана на примере реакции перегруппировки циклогексанонаксима в капролактам.Укаэанная реакция протекает с выделением тепла, причем, если тепло не отводится сразу из реагирующей жидкой смеси, то реакция может протекать слишком бурно и даже со взрывом.45 Следовательно, такую реакцию целесообразно проводить в турбулизуемой пленке на охлаждаемой поверхностиОхлаждающая среда, например холодная. вода, поступает по трубопроводам56 36 в кольцевые стаканы 30 и движется внутри спиральных пластин 29 под действием центробежных сил при их вращении. Отработанный хладоагент выбрасывается из пластин 29 через направляющий патрубок 31 в кольцевой брызгосборник 35 и выводится иэ аппарата наружу через, сливной патрубок.Давление внутри аппарата атмосферное. 29. В центре каждой ступени на валу28 установлен кольцевой стакан 30.Внутренняя полость стакана 30 сообщается с внутренним пространствомспиральнь;х пластин 29,на их концах, 5обращенных внутрь аппарата. Наружные концы пластин 29 снабжены направляющими патрубками 31 для выбросажидкости из пластин 29 на стенкикорпуса 27.В пространстве между ступенямиразмещены связанные с корпусом 27радиальные лотки 32 и трубопроводы33 для подачи различных реагентовна спиральные пластины 29. На стенке корпуса 27 вокруг орошаемых ступеней укреплены кольцевые брызго"сборники 34 для сбора жидкости,сбрасываемой с поверхности пластин29. Кроме того, на корпусе 27 дополнительно размещены кольцевые брызгосборники 35 для улавливания жидкости,выбрасываемой через патрубки 31 изнутри пластин 29. Для подачи охлаждающей или нагревающей жидкости . 25в кольцевые стаканы 30 служат радиальные трубопроводы 36,Концентрированная серная кислота подается в верхнюю часть колонны и перетекает со ступени на ступень по лоткам 32. На ступени по высоте аппарата через трубопроводы 33 подается концентрированный раствор циклогексаноноксима, причем реакция перегруппировки проходит непосредственно на орошаемой поверхности вращающихся пластин 29, где раствор оксима смешивается с серной кислотой. Реакционная жидкая смесь образует пленку на поверхности вращающихся спиральных пластин 29 ограниченной боковыми кромками 38. Эта пленка непрерывно турбулизуется каплями и струями концентрированного раствора оксима, разбрызгиваемого из трубопровода 33 по всему радиусу вращающейся ступени. Пленка движется по спиральной траектории от центра .к периферии аппарата.Выделяемое в результате реакции тепло отводится от реакционной смеси через стенки пластин 29 холодной водой. С вращающейся ступени реакционная смесь сбрасывается в кольцевой брызгосборник 34, через отверстие в дне кармана сливается на нижерасположенный лоток 32 и с последнего стекает на центральную часть нижерасположенной ступени, на которой смесь дополнительно раэбавляется концентрированной серной кислотой. Из нижней части колонны выводится продукт перегруппировки оксима,По третьему варианту исполнения аппарат предназначвн для выпаривания термолабильных жидкостей.В горизонтальном корпусе 39 соосно установлен вал 40. На валу смон" тированы ступени с орошаемой поверхностью, выполненной из полых спиральных пластин 41 Аппарат снабжен крышками 42 и 43, на которых предусмотрены патрубки 44 и 45 для соединения с вакуумными линиями. В центре каждой ступени на валу установлен кольцевой стакан 46 для распределения жидкости на спиральных пластинах 41. Между ступенями размещены трубопроводы 47 для подачи исходной жидкости в стаканы 46 и непосредственно на спиральные пластины 41. В корпусе 39 рядом с ороша-. емыми ступенями размещены неподвижно охлаждаемые поверхности конденсаторов 48. Иежду конденсаторами 48 на965447 1. Роторный тепломассообменный аппарат, включающий корпус, кольцевыесборники, установленные на корпусе,вал, спиральные отбортованные пластины, закрепленные на валу и образующие контактные ступени, и переточные устройства, расположенные между контактными ступенями, о т л и 1 а ю щ и й с я тем, что, с цельюинтенсификации процесса, спиральныепластины выполнены полыми со спиральными каналами для циркуляции теплоносителя.2. Аппарат по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что вал выполнени снабжен перегородкой, делящей егона камеры, соединенные между собойспиральными каналами,3. Аппарат по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что он снабженкольцевыми стаканами, размещеннымив центре контактных ступеней и соединенными со спиральными каналами.4. Аппарат по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения гидравлического сопротивления,он снабжен конденсаторами, установленными в корпусе между контактнымиступенями,5. Аппарат по и. 4, о т л и ч аю щ и й я .тем, что, с целью уменьшения брызгоуноса он снабжен дополнительными спиральными отбортованны.ми пластинами, установленными междуконденсаторами и контактными ступенями на валу,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРИф 203621, кл. В 01 0 3/30, 1966(прототип),валу 40 установлены сепарируюшие ступени 49, содержащие закрученные вокруг вала спиральные ленты с отогнутыми внутрь аппарата краями.Для сбора неиспарившейся части жидкости с орошаемых ступеней вокруг последних у стенки корпуса размещены связанные с ним кольцевые брыэгосборники 50, снабженные сливными патрубками 51, выведенными наружу через стенку кор о пуса 39. В корпусе 39 предусмотрены патрубки 52 для вывода дистиллята. Корпус 39 снабжен охлаждающей рубашкой 53.Исходная жидкость подается на 5 вращающиеся ступени. Образующиеся пары перемещаются в сторону конденсаторов 48. Образующийся конденсат стекает на стенки корпуса 39 и выводится наружу через патрубки 52. Брыз ги жидкости, захваченные парами со ,спиральных пластин 41, улавливаются сепарирующими ступенями 49, Неиспарившийся остаток жидкости, сбрасываемой с орошаемых ступеней, а так- у 5 же брызги, осажденные из паров в сепарационных ступенях 49, собирается в кольцевом брызгосборнике 50 и через патрубок 51 выводятся наружу. Дополнительная конденсация паров происходит на стенках корпуса 639.Использование вращающихся полых спиральных пластин в тепломассообменном аппарате позволяет развить рабочую поверхность аппарата, причем пленка жидкости на.пластинах дополнительно турбулизуется и перемещается струями и брызгами той же жидкости, выгружаемой из переточных устройств непосредственно на пластины. В, итоге повышается интенсивность тепломассообмена в аппарате. В таких аппатарах можно обеспечить более мягкие условия дистилляции термически нестойких продуктов по сравнению с известными роторными аппаратами при одинаковой с ними производительности за счет снижения температуры теплоносителя в спиральных пластинах, За счет того, что весь поток выпариваемой жидкости движется вдоль небольшого числа сравнительно узких лент, обеспечивается высокая местная плотность орошения обогреваемой поверхности и степень упаркиможет быть доведена до 951 беэ осмоления продукта. формула изобретения965447 г.6,едактор А. Гул Тираж 734 ПодписноеГосударственного комитета СССРделам изобретений и открытийМосква, Ж, Раушская 4 б 7728 И 4/5 113