RU2761207C1 - Film evaporation drum - Google Patents
Film evaporation drum Download PDFInfo
- Publication number
- RU2761207C1 RU2761207C1 RU2021102789A RU2021102789A RU2761207C1 RU 2761207 C1 RU2761207 C1 RU 2761207C1 RU 2021102789 A RU2021102789 A RU 2021102789A RU 2021102789 A RU2021102789 A RU 2021102789A RU 2761207 C1 RU2761207 C1 RU 2761207C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- drum
- heating steam
- rotation
- ribs
- evaporation
- Prior art date
Links
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 title claims abstract description 25
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 28
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 8
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 239000006193 liquid solution Substances 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 235000013305 food Nutrition 0.000 abstract description 3
- 230000000144 pharmacologic effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 24
- 239000010408 film Substances 0.000 description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 9
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 4
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 238000010793 Steam injection (oil industry) Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 2
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 210000002445 nipple Anatomy 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 2
- 208000035051 Malignant migrating focal seizures of infancy Diseases 0.000 description 1
- 239000005862 Whey Substances 0.000 description 1
- 102000007544 Whey Proteins Human genes 0.000 description 1
- 108010046377 Whey Proteins Proteins 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 1
- 235000015203 fruit juice Nutrition 0.000 description 1
- 239000010857 liquid radioactive waste Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 208000012054 malignant migrating partial seizures of infancy Diseases 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 239000008267 milk Substances 0.000 description 1
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 description 1
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 description 1
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 238000002390 rotary evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 235000015113 tomato pastes and purées Nutrition 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D1/00—Evaporating
- B01D1/22—Evaporating by bringing a thin layer of the liquid into contact with a heated surface
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
Abstract
Description
Уровень техникиState of the art
Из уровня техники широко известно устройство для концентрирования жидких растворов в роторно-пленочных испарителях (пленочных испарителях с роторной мешалкой) (Удыма П.Г. Учебное пособие по курсу проектирование, монтаж и эксплуатация тепломассообменных установок. Пленочные испарители. М., МЭИ, 1985, стр.52), заключающийся в том, что раствор подают на внутреннюю поверхность обогреваемого корпуса и распределяют по ней тонким слоем лопастями (скребками), закрепленными на центральном вращающемся роторе. Лопасти ротора создают в слое раствора вихревые структуры, интенсифицирующие теплообменные процессы.From the prior art, a device for concentrating liquid solutions in rotary film evaporators (film evaporators with a rotary stirrer) is widely known (Udima P.G. Textbook for the course design, installation and operation of heat and mass transfer installations. Film evaporators. M., MPEI, 1985, 52), which consists in the fact that the solution is fed to the inner surface of the heated housing and distributed over it in a thin layer by blades (scrapers) fixed on the central rotating rotor. The rotor blades create vortex structures in the solution layer, intensifying heat exchange processes.
Роторно-пленочный испаритель представляет собой неподвижную подогреваемую трубу с размещенным внутри нее ротором с лопастями, прилегающими к внутренней поверхности. Подаваемый в трубу раствор «размазывается» лопастями по поверхности и стекает в виде пленки месту выгрузки. Концентрированный продукт удаляется через спускной штуцер в сборник готового продукта, а полученный из раствора пар отводится через выходной штуцер в устройство конденсирования. Данный способ применяют, например, для концентрирования пищевых продуктов (молока, сыворотки, томатной пасты, фруктовых соков и т.д.).The rotary film evaporator is a stationary heated tube with a rotor located inside it with blades adjacent to the inner surface. The solution fed into the pipe is "smeared" with blades on the surface and flows down in the form of a film to the place of unloading. The concentrated product is removed through the bleed nipple into the collection of the finished product, and the steam obtained from the solution is discharged through the outlet nipple to the condenser. This method is used, for example, to concentrate food products (milk, whey, tomato paste, fruit juices, etc.).
Данный способ позволяет эффективно проводить процесс концентрирования высокоминерализированных жидкостей в непрерывном режиме без роста отложений на подогреваемых поверхностях. Недостатком способа является нерешенность проблемы капельно-аэрозольного уноса, что резко снижает степень чистоты конденсируемых паров растворителя, что в свою очередь приводит к потере продукта, образованию отложений на теплообменных поверхностях теплообменников-конденсаторов, также значительно осложняет возможность применения способа для концентрирования радиационно- и химически опасных веществ. Указанный недостаток обусловлен высокими скоростями циркуляции паров растворителя, которая создается соприкасающимися с жидкой пленкой лопастями протяженного ротора, вращающегося с большой угловой скоростью, что приводит к выходу вместе с потоком пара растворителя большого количества микрочастиц растворенного вещества (аэрозолей).This method makes it possible to effectively carry out the process of concentrating highly mineralized liquids in a continuous mode without the growth of deposits on heated surfaces. The disadvantage of this method is the unresolved problem of droplet-aerosol entrainment, which sharply reduces the degree of purity of condensed solvent vapors, which in turn leads to product loss, the formation of deposits on the heat exchange surfaces of heat exchangers-condensers, also significantly complicates the possibility of using the method for concentrating radiation and chemically hazardous substances. This disadvantage is due to the high circulation rates of solvent vapors, which is created by the blades of an extended rotor in contact with the liquid film, rotating at a high angular velocity, which leads to the exit, together with the solvent vapor flow, of a large number of microparticles of the dissolved substance (aerosols).
Кроме того, способ эффективен только при формировании пленок небольшой толщины, что требует «тонкой настройки» роторно-пленочного испарителя из-за необходимости выдерживать малые зазоры между лопастями вращающегося ротора и подогреваемой внутренней поверхностью корпуса.In addition, the method is effective only when thin films are formed, which requires "fine tuning" of the rotary film evaporator due to the need to maintain small gaps between the blades of the rotating rotor and the heated inner surface of the housing.
Другим аналогом, совпадающим с заявляемым изобретением по многим существенным признакам, являются ротационные испарители жидких растворов (Лабораторные приборы и оборудование из стекла и фарфора. Справочное издание. М., Химия, 1988, стр.211), работающие путем испарения растворителя из тонкой пленки раствора, образующейся на внутренней поверхности вращающейся испарительной камеры (ротационное испарение). Их принцип работы заключается в том, что в испарительную камеру, имеющую форму колбы, через загрузочное отверстие загружают определенное количество жидкого раствора, вращают колбу под углом к горизонту, при этом нижней частью колба погружена в горячую жидкость (воду, масло и т.д.). От горячей жидкости тепло через стеклянную стенку колбы передается раствору, нагревая его. При вращении на внутренней поверхности колбы формируется пленка раствора, из которой происходит испарение растворителя. Внутренняя полость колбы соединена с конденсатором, выполненным в виде трубки с протекающей холодной водой, в котором собирают пары растворителя для конденсирования. Так как на теплообменной поверхности конденсатора пар превращается в жидкость, во внутренней полости колбы создается разряжение, которое компенсируется дальнейшим испарением из пленки раствора. При испарении от самой пленки и прилегающей стеклянной стенки отводится тепло, которое восполняется периодическим погружением наружной поверхности стенки колбы в горячую жидкость. После достижения заданного уровня концентрации раствора, вращение колбы прекращают и производят выгрузку концентрированного продукта через то же отверстие, через которое производилась загрузка раствора.Another analogue, which coincides with the claimed invention in many significant ways, are rotary evaporators of liquid solutions (Laboratory instruments and equipment made of glass and porcelain. Reference edition. M., Chemistry, 1988, p. 211), operating by evaporating the solvent from a thin film of solution formed on the inner surface of the rotating evaporation chamber (rotary evaporation). Their principle of operation is that a certain amount of liquid solution is loaded into an evaporation chamber in the form of a flask through the loading opening, the flask is rotated at an angle to the horizon, while the bottom of the flask is immersed in a hot liquid (water, oil, etc.) ). From the hot liquid, heat is transferred to the solution through the glass wall of the flask, heating it. During rotation, a solution film is formed on the inner surface of the flask, from which the solvent evaporates. The inner cavity of the flask is connected to a condenser made in the form of a tube with flowing cold water, in which solvent vapors are collected for condensation. Since steam turns into liquid on the heat exchange surface of the condenser, a vacuum is created in the inner cavity of the flask, which is compensated by further evaporation from the solution film. During evaporation, heat is removed from the film itself and the adjacent glass wall, which is replenished by periodically immersing the outer surface of the flask wall in hot liquid. After reaching a predetermined level of concentration of the solution, the rotation of the flask is stopped and the concentrated product is unloaded through the same hole through which the solution was loaded.
За счет формирования пленки на внутренней поверхности колбы увеличивается площадь испарения, при этом интенсифицируется процесс парообразования. При подборе температурных режимов обеспечивается достаточно высокая степень чистоты конденсируемых паров растворителя.Due to the formation of a film on the inner surface of the flask, the evaporation area increases, while the vaporization process is intensified. When selecting temperature conditions, a sufficiently high degree of purity of condensed solvent vapors is ensured.
Эти испарители применяются в химической, нефтехимической, химико-фармацевтической, медицинской и пищевой отраслях промышленности, и позволяют осуществлять перегонку термически нестойких веществ в мягких температурных условиях, перегонку смеси высококипящих веществ, которую нельзя разделить обычной перегонкой, дегазацию жидкостей, выпаривание жидкостей, перегонку легко вспенивающихся веществ и т.п.These evaporators are used in the chemical, petrochemical, chemical-pharmaceutical, medical and food industries, and allow the distillation of thermally unstable substances under mild temperature conditions, the distillation of a mixture of high-boiling substances that cannot be separated by conventional distillation, the degassing of liquids, the evaporation of liquids, the distillation of easily foaming substances, etc.
Недостатком указанного способа является то, что процесс концентрирования является периодическим, что вызвано необходимостью прекращать вращение колбы для выгрузки концентрированного продукта и загрузки новой порции раствора. В процессе упаривания постепенно снижается уровень раствора в колбе, а, следовательно, уменьшается поверхность пленки, что приводит к снижению эффективности испарения и в конечном итоге снижению производительности процесса. Кроме того, на внутренней поверхности колбы образуется осадочный налет, который удаляют периодической отмывкой, что увеличивает объем вторичных отходов, утилизация которых требует дополнительных затрат и усложняет процесс, особенно при концентрировании радиационно- и химически опасных веществ.The disadvantage of this method is that the concentration process is periodic, which is caused by the need to stop the rotation of the flask to unload the concentrated product and load a new portion of the solution. In the process of evaporation, the level of the solution in the flask gradually decreases, and, consequently, the surface of the film decreases, which leads to a decrease in the evaporation efficiency and, ultimately, to a decrease in the productivity of the process. In addition, a sedimentary deposit forms on the inner surface of the flask, which is removed by periodic washing, which increases the volume of secondary waste, the disposal of which requires additional costs and complicates the process, especially when concentrating radiation and chemically hazardous substances.
Наиболее близким аналогом, совпадающим с заявляемым изобретением по наибольшему количеству существенных признаков, является выпарная установка для концентрирования жидких растворов (пат. RU 2619768 C1), которая содержит, по меньшей мере, один, обогреваемый паровой рубашкой барабан, трубку подачи исходного раствора в его внутреннюю полость, трубку отвода упаренного раствора и приспособление для очистки его внутренней поверхности. Вращение барабана осуществляется приводом вращения. Скорость вращения, уровень раствора внутри барабана и тепловая мощность, затрачиваемая на испарение растворителя, выбираются экспериментально из условия обеспечения выгрузки концентрированного продукта в виде жидкости с требуемой концентрацией. Выгрузка обеспечивается системой выгрузки и сбора концентрированного продукта. Требуемая чистота внутренней поверхности барабана в процессе концентрирования поддерживается приспособлением для очистки от отложений, размещаемым под уровнем раствора для получения большей эффективности очистки.The closest analogue, which coincides with the claimed invention in terms of the greatest number of essential features, is an evaporator for concentrating liquid solutions (US Pat. a cavity, a tube for removing one stripped off solution and a device for cleaning its inner surface. The rotation of the drum is carried out by a rotation drive. The rotation speed, the level of the solution inside the drum, and the heat power expended on the evaporation of the solvent are selected experimentally from the condition of ensuring the discharge of the concentrated product in the form of a liquid with the required concentration. Unloading is provided by a concentrated product unloading and collection system. The required cleanliness of the inner surface of the drum during the concentration process is maintained by a device for cleaning deposits, placed under the level of the solution to obtain a greater cleaning efficiency.
Недостатком этой установки является то, что для обеспечения вращения барабана приходится использовать внешний, как правило, электромеханический привод вращения, что обуславливает дополнительное оборудование (мотор, редуктор, узел уплотнения вала и т.д.), повышает затраты на техобслуживание и ремонт и создает сложности с обеспечением герметичности выпарного аппарата, особенно при упаривании радиоактивных растворов.The disadvantage of this installation is that to ensure the rotation of the drum, it is necessary to use an external, usually electromechanical rotation drive, which causes additional equipment (motor, gearbox, shaft seal unit, etc.), increases the cost of maintenance and repairs and creates difficulties ensuring the tightness of the evaporator, especially when evaporating radioactive solutions.
Заявляемый аппарат БПИ позволяет устранить указанные недостатки и при существенном упрощении конструкции обеспечить требуемые показатели качества концентрированного продукта и конденсируемых паров растворителя в непрерывном режиме работы без снижения производительности в широком диапазоне изменения концентраций растворов, при этом в процессе работы не требуется ремонт и обслуживание привода вращения барабана.The inventive device BPI allows you to eliminate the indicated disadvantages and, with a significant simplification of the design, to provide the required quality indicators of the concentrated product and condensed solvent vapors in continuous operation without reducing productivity in a wide range of changes in the concentration of solutions, while the operation does not require repair and maintenance of the drum rotation drive.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Изобретение направлено на создание эффективных горизонтальных выпарных аппаратов плёночного испарения барабанной конструкции без внешнего привода вращения, с паровой греющей рубашкой и минимальным энергопотреблением, технологичных в изготовлении и эксплуатации, обеспечивающих минимальный капельно-аэрозольный унос во вторичном паре при высокой степени концентрации растворов.The invention is aimed at creating effective horizontal evaporators for film evaporation of a drum structure without an external rotation drive, with a steam heating jacket and a minimum power consumption, technologically advanced in manufacture and operation, providing a minimum droplet-aerosol entrainment in the secondary steam at a high degree of concentration of solutions.
Решение поставленной задачи обеспечения вращения барабана за счёт кинетической энергии поступающего в греющую рубашку пара, достигается тем, что в горизонтальном выпарном аппарате «Барабан плёночного испарения» (БПИ), содержащем цилиндрический корпус с днищами, и, как минимум одним разъёмным фланцем, патрубок подвода греющего пара к корпусу и отвода вторичного пара от корпуса, патрубок отвода конденсата от нижней части корпуса, частично заполненный упариваемой жидкостью выпарной барабан, установленный на опорах вращения, трубопровод для подачи упариваемого раствора в полость барабана и трубопровод отвода концентрата из нижней точки барабана, устройство для механической очистки испарительной поверхности барабана от солевых отложений, находящееся под уровнем жидкости, привод вращения барабана выполнен в виде пневматического двигателя турбинного типа, в котором роль лопастей выполняют ребра на поверхности барабана, а подвод греющего пара в корпус производится тангенсально образующей траектории вращения рёбер.Task Solving the drum rotation due to the kinetic energy supplied to the heating jacket steam is achieved in that the horizontal evaporator "reel of film evaporation" (BPI), comprising a cylindrical body with a bottom, and at least one detachable flange, pipe supplying the heating steam to the body and the secondary steam outlet from the body, the condensate outlet from the bottom of the body, the evaporating drum partially filled with the evaporated liquid, mounted on the rotation supports, the pipeline for supplying the evaporated solution to the drum cavity and the concentrate withdrawal pipeline from the bottom point of the drum, the device for mechanical cleaning the evaporating surface of the drum from salt deposits, located under the liquid level, the drum rotation drive is made in the form of a turbine-type pneumatic motor, in which the role of blades is played by the ribs on the drum surface, and the heating steam is supplied to the body tangentially forming the traces torii of rotation of edges.
Конструкция БПИ позволяет использовать кинетическую энергию поступающего в аппарат парового потока для привода во вращения выпарного барабана. В этом случае привод вращения барабана может быть выполнен в виде пневматического двигателя турбинного типа, в котором роль лопастей выполняют ребра на внешней поверхности барабана, а подвод паровой среды в корпус аппарата производится тангенсально образующей траектории вращения ребер. Скорость вращения выпарного барабана определяется:The design of the BPI makes it possible to use the kinetic energy of the steam flow entering the apparatus to drive the evaporation drum in rotation. In this case, the drum rotation drive can be made in the form of a turbine-type pneumatic engine, in which the ribs on the outer surface of the drum act as blades, and the steam medium is supplied to the apparatus body tangentially generating the rib rotation trajectory. The rotational speed of the evaporator drum is determined by:
- механическим сопротивлением подшипниковых опор барабана;- mechanical resistance of the drum bearing supports;
- гидравлическим сопротивлением вращению барабана со стороны движущегося потока упариваемого раствора в нижней части полости барабана;- hydraulic resistance to drum rotation from the side of the moving stream of the evaporated solution in the lower part of the drum cavity;
- механическим сопротивлением вращению барабана со стороны устройства для очистки внутренней поверхности барабана от солевых отложений;- mechanical resistance to drum rotation from the side of the device for cleaning the inner surface of the drum from salt deposits;
- крутящим моментом при воздействии потока пара на лопасти барабана в виде рёбер на внешней поверхности при тангенсальном вводе пара в корпус аппарата.- torque when the steam flow acts on the drum blades in the form of ribs on the outer surface with tangential steam injection into the apparatus body.
В последнем случае при наличии регулируемого сужающего устройства в подводящем патрубке, можно существенно менять скорость ввода греющего пара, изменяя тем самым воздействие на лопасти и, следовательно, на скорость вращения барабана.In the latter case, in the presence of an adjustable restriction device in the inlet pipe, it is possible to significantly change the heating steam injection rate, thereby changing the effect on the blades and, consequently, on the drum rotation speed.
Заявленный комплекс конструктивных решений позволяет достигнуть поставленных целей и обеспечивает:The stated complex of design solutions allows you to achieve the goals and provides:
- существенное упрощение конструкции плёночного выпарного аппарата, связанное с отказом от использования электромеханического или какого либо другого внешнего привода вращения из-за возможности использования кинетической энергии поступающего в БПИ потока греющего пара в качестве движущей силы привода вращения турбинного типа;- a significant simplification of the design of the film evaporator, associated with the rejection of the use of an electromechanical or any other external rotation drive due to the possibility of using the kinetic energy of the heating steam flow entering the BPI as the driving force of the turbine-type rotation drive;
- возможность создания простой выпарной установки с рекомпрессией пара на базе БПИ, когда вторичный пар из выпарного аппарата, сжатый в газодувке или насосе Рутса, непосредственно используется в качестве греющего пара для того же аппарата. В этом случае отпадает необходимость в источнике греющего пара, теплообменнике конденсаторе для конденсации пара с системой охлаждающей жидкости, герметизации вала вращения барабана и т.д.;- the possibility of creating a simple evaporator with vapor recompression based on the BPI, when the secondary steam from the evaporator, compressed in a gas blower or a Roots pump, is directly used as heating steam for the same apparatus. In this case, there is no need for a source of heating steam, a heat exchanger-condenser for condensing steam with a cooling liquid system, sealing the drum rotation shaft, etc .;
- компактность, простоту и технологичность конструкции БПИ;- compactness, simplicity and manufacturability of the BPI design;
- низкие энергозатраты при работе аппарата;- low energy consumption during the operation of the device;
- возможность регулирования скорости вращения барабана;- the ability to control the speed of rotation of the drum;
- минимальный капельно-аэрозольный унос;- minimal drip-aerosol entrainment;
- благоприятные условия обеспечения герметичности в БПИ из-за отсутствия подвижных соединений в корпусе при подводе и отводе рабочих сред;- Favorable conditions for ensuring tightness in the BPI due to the absence of movable joints in the body when supplying and removing working media;
- возможность обеспечения полной герметичности вала с окружающей средой при использовании в качестве привода вращения барабана пневматического двигателя турбинного типа.- the ability to ensure complete tightness of the shaft with the environment when using a turbine-type pneumatic motor as a drive for rotating the drum.
Описание чертежейDescription of drawings
Нижеследующее описание относится к сопроводительным чертежам, которые показывают в качестве неограничивающего примера вариант осуществления изобретения и в котором на Фиг.1 приведены схемы продольного разреза барабана пленочного испарения (БПИ) и его поперечного разреза в области тангенсального ввода греющего пара, выполненные в соответствии с изобретением.The following description refers to the accompanying drawings, which show, by way of a non-limiting example, an embodiment of the invention and in which Figure 1 shows a longitudinal sectional diagram of a film evaporation drum (FIB) and its cross-section in the tangential heating steam inlet region, made in accordance with the invention.
Представленный на Фиг.1 барабан пленочного испарения (БПИ) представляет собой цилиндрический горизонтальный герметичный корпус (1) с днищами (2) на фланцевых соединениях и расположенный внутри испарительный барабан (3) на подшипниковых опорах (4) и (5). Конструкция опоры (5) обеспечивает герметичное соединение вращающегося вокруг оси отводящего парового патрубка барабана (6) и неподвижного патрубка (7), предназначенного для отвода вторичного пара из БПИ. Патрубок (7) оснащен съемной крышкой на фланцевом соединении (8). Через эту крышку в полость барабана (3) проходит трубка для подачи упариваемого раствора (9), оснащенная поплавковым клапаном (10) и трубка отбора концентрата (11).Presented in figure 1 drum of film evaporation (BPI) is a cylindrical horizontal sealed housing (1) with bottoms (2) on flange connections and located inside the evaporation drum (3) on bearing supports (4) and (5). The design of the support (5) provides a hermetic connection of the drum (6) rotating around the axis of the steam outlet pipe and the stationary pipe (7) designed to remove the secondary steam from the BPI. The branch pipe (7) is equipped with a removable cover on the flange connection (8). Through this cover, a tube for feeding the evaporated solution (9), equipped with a float valve (10) and a tube for collecting the concentrate (11), pass into the cavity of the drum (3).
Барабан частично заполнен упариваемым раствором (12), уровень которого постоянно поддерживается поплавковым клапаном (10). Для обеспечения очистки греющей поверхности от отложений используется перекатывающийся при вращении барабана стержень со спиральной навивкой (13), который из-за шнекового эффекта навивки, при невозможности перемещения в осевом направлении, перемещает солевой осадок в сторону выгрузки, где производится отбор упаренного продукта по трубке (11).The drum is partially filled with a solution to be evaporated (12), the level of which is constantly maintained by a float valve (10). To ensure the cleaning of the heating surface from deposits, a rod with a spiral winding (13), which rolls when the drum rotates, is used, which, due to the screw effect of winding, if it is impossible to move in the axial direction, moves the salt sediment towards the unloading side, where the evaporated product is taken through the tube ( eleven).
Привод барабана во вращение производится с использование пневматического двигателя турбинного типа, в котором роль лопастей выполняют ребра (14) на торцевой поверхности (15) барабана, а подвод рабочей среды (греющего пара) производится по патрубку (16) на корпусе (1), расположенному тангенсально к образующей траектории вращения ребер. На приведенном эскизе поперечного разреза А-А показаны относительное расположение лопастей (ребер 14) и подводящего греющий пар патрубка (16). На этом же разрезе схематично показано регулируемое сужающее устройство (17), позволяющее изменять скорость пара на входе в корпус и, соответственно, регулировать величину давления потока на ребра (14), меняя при этом крутящий момент и скорость вращения барабана.The drum is driven into rotation using a turbine-type pneumatic motor, in which the ribs (14) on the end surface (15) of the drum act as blades, and the working medium (heating steam) is supplied through a branch pipe (16) on the housing (1) located tangent to the generatrix of the trajectory of rotation of the ribs. The above sketch of the cross section A-A shows the relative position of the blades (ribs 14) and the heating steam supply pipe (16). The same section schematically shows an adjustable restriction device (17), which allows you to change the speed of steam at the inlet to the housing and, accordingly, to regulate the amount of flow pressure on the ribs (14), while changing the torque and rotation speed of the drum.
Выпаривание раствора в БПИ происходит следующим образом. Поступающий по тангенсальному патрубку (16) греющий пар попадает в пространство между герметичным корпусом (1) и выпарным барабаном (3). На внешней поверхности барабана (3) происходит конденсация греющего пара и стекание конденсата в нижнюю часть корпуса (1), откуда он отводится через трубку (18), оснащённую термодинамическим конденсатоотводчиком (19). При передаче тепла греющим паром барабану (3) в его полости образуется вторичный пар, который отводится из герметичного корпуса (1) через патрубок (7).Evaporation of the solution in the BPI is as follows. Heating steam flowing through the tangent pipe (16) enters the space between the sealed casing (1) and the evaporator drum (3). On the outer surface of the drum (3), heating steam condenses and the condensate drains into the lower part of the housing (1), from where it is discharged through a pipe (18) equipped with a thermodynamic condensate drain (19). When heat is transferred by heating steam to the drum (3), secondary steam is formed in its cavity, which is removed from the sealed housing (1) through the branch pipe (7).
В пусковом режиме необходимо удалить неконденсируемые газы из греющей рубашки. Для этого после запуска установки держат открытым некоторое время клапан сдувки парогазовой смеси (20). После удаления неконденсируемых газов его закрывают.In start-up mode, it is necessary to remove non-condensable gases from the heating jacket. To do this, after starting the installation, keep the valve for blowing off the steam-gas mixture (20) open for some time. After removing the non-condensable gases, it is closed.
В качестве примера конкретного исполнения выпарной установки для концентрирования жидких растворов рассмотрен случай упаривания жидких радиоактивных отходов с концентрацией (в массовых долях) солей 0,005-0,01 кг/кг в барабане пленочного испарения длиной 6 м, диаметром 500 мм и с толщиной стенки 6 мм. Давление вторичного внутри барабана 85 кПа. Греющий пар с расходом 290 кг/ч, давлением 150 кПа и температурой 112°С пара через сужающее устройство подводящего патрубка подается в греющую рубашку корпуса аппарата. Максимальная скорость пара в узком сечении 120 м/с. На лопатки барабана поток пара воздействует с силой 180 Н, создавая при этом крутящий момент барабана 45 Н×м. Этого достаточно, чтобы частично заполненный жидкостью барабан (с перекатывающимся внутри стержнем с навивкой для очистки поверхности от отложений) вращался с частотой ~8 об/мин. За период одного оборота пленка жидкости, толщиной ~ 50 мкм за счет испарения уменьшится примерно на 7 мкм. Это незначительное и вполне приемлемое изменение толщины пленки испарения с большим запасом её высыхания, поэтому скорость вращения барабана можно признать приемлемой.As an example of a specific embodiment of an evaporator for concentrating liquid solutions, the case of evaporation of liquid radioactive waste with a salt concentration (in mass fractions) of 0.005-0.01 kg / kg in a film evaporation drum 6 m long, 500 mm in diameter and with a wall thickness of 6 mm is considered ... The secondary pressure inside the drum is 85 kPa. Heating steam with a flow rate of 290 kg / h, a pressure of 150 kPa and a temperature of 112 ° C, steam is fed through the restriction device of the inlet pipe to the heating jacket of the apparatus body. The maximum steam velocity in a narrow section is 120 m / s. The steam flow acts on the drum blades with a force of 180 N, while creating a drum torque of 45 N × m. This is enough for a drum partially filled with liquid (with a wound rod rolling inside to clean the surface from deposits) rotated at a frequency of ~ 8 rpm. During the period of one revolution, the liquid film, ~ 50 µm thick, will decrease by about 7 µm due to evaporation. This is an insignificant and quite acceptable change in the thickness of the evaporation film with a large margin of its drying; therefore, the rotation speed of the drum can be considered acceptable.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021102789A RU2761207C1 (en) | 2021-02-07 | 2021-02-07 | Film evaporation drum |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021102789A RU2761207C1 (en) | 2021-02-07 | 2021-02-07 | Film evaporation drum |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2761207C1 true RU2761207C1 (en) | 2021-12-06 |
Family
ID=79174218
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021102789A RU2761207C1 (en) | 2021-02-07 | 2021-02-07 | Film evaporation drum |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2761207C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2792336C1 (en) * | 2022-08-14 | 2023-03-21 | Виталий Алексеевич Узиков | Method and unit for solar desalination with multistage distillation and zero brine discharge |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4526713A (en) * | 1980-01-10 | 1985-07-02 | Hitachi, Ltd. | Process and system for treatment of radioactive waste |
| SU1599031A1 (en) * | 1988-06-23 | 1990-10-15 | Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции | Evaporator system |
| US5356451A (en) * | 1993-12-20 | 1994-10-18 | Corning Incorporated | Method and apparatus for vaporization of liquid reactants |
| RU2095866C1 (en) * | 1994-05-18 | 1997-11-10 | Московское научно-производственное объединение "Радон" | Device for recovery of liquid radioactive wastes |
| RU2317127C1 (en) * | 2006-04-17 | 2008-02-20 | Открытое акционерное общество "Свердловский научно-исследовательский институт химического машиностроения (ОАО "СвердНИИхиммаш") | Evaporator for radioactive solutions |
| RU2394622C1 (en) * | 2009-03-23 | 2010-07-20 | ООО "Конструкторское бюро ЧКЗ-ЮГСОН" | Solution evaporation plant |
| RU2488421C1 (en) * | 2012-03-07 | 2013-07-27 | Виталий Алексеевич Узиков | Concentration of liquid solutions |
| RU2619768C1 (en) * | 2016-06-08 | 2017-05-18 | Виталий Алексеевич Узиков | Emission installation for concentration of liquid solutions |
-
2021
- 2021-02-07 RU RU2021102789A patent/RU2761207C1/en active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4526713A (en) * | 1980-01-10 | 1985-07-02 | Hitachi, Ltd. | Process and system for treatment of radioactive waste |
| SU1599031A1 (en) * | 1988-06-23 | 1990-10-15 | Киевский Политехнический Институт Им.50-Летия Великой Октябрьской Социалистической Революции | Evaporator system |
| US5356451A (en) * | 1993-12-20 | 1994-10-18 | Corning Incorporated | Method and apparatus for vaporization of liquid reactants |
| RU2095866C1 (en) * | 1994-05-18 | 1997-11-10 | Московское научно-производственное объединение "Радон" | Device for recovery of liquid radioactive wastes |
| RU2317127C1 (en) * | 2006-04-17 | 2008-02-20 | Открытое акционерное общество "Свердловский научно-исследовательский институт химического машиностроения (ОАО "СвердНИИхиммаш") | Evaporator for radioactive solutions |
| RU2394622C1 (en) * | 2009-03-23 | 2010-07-20 | ООО "Конструкторское бюро ЧКЗ-ЮГСОН" | Solution evaporation plant |
| RU2488421C1 (en) * | 2012-03-07 | 2013-07-27 | Виталий Алексеевич Узиков | Concentration of liquid solutions |
| RU2619768C1 (en) * | 2016-06-08 | 2017-05-18 | Виталий Алексеевич Узиков | Emission installation for concentration of liquid solutions |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2792336C1 (en) * | 2022-08-14 | 2023-03-21 | Виталий Алексеевич Узиков | Method and unit for solar desalination with multistage distillation and zero brine discharge |
| RU2828541C1 (en) * | 2024-03-24 | 2024-10-14 | Виталий Алексеевич Узиков | Film evaporation drum |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4227022B2 (en) | Rotary heat exchanger | |
| US6261419B1 (en) | Rotating plate heat exchanger | |
| US3764483A (en) | Rotating disk still with a hydrodynamically applied thin film | |
| US2894879A (en) | Multiple effect distillation | |
| US2955990A (en) | Distilling apparatus and method | |
| JP5483226B2 (en) | Method and apparatus for producing pure water vapor | |
| US2734023A (en) | hickman | |
| KR101757060B1 (en) | Configure a blade made of a double-screw heat transfer body type evaporation drying system | |
| CN105688430A (en) | Distiller with scraper for film evaporation and wiper for removing deposit | |
| WO2017043368A1 (en) | Evaporator | |
| JP2005503915A (en) | An apparatus for flowing and evaporating liquid material and then condensing the vapor formed | |
| WO2000035551A1 (en) | Rotating plate fluid evaporator and condenser | |
| US3255805A (en) | Apparatus and method for liquid-solid separation | |
| KR100387030B1 (en) | Wastewater evaporation concentration and drying plant | |
| RU2761207C1 (en) | Film evaporation drum | |
| US3265115A (en) | Vertical cylindrical film evaporator with self-rotatable wiper | |
| RU2005530C1 (en) | Distillation plant | |
| US3654981A (en) | Evaporators | |
| RU2619768C1 (en) | Emission installation for concentration of liquid solutions | |
| RU2488421C1 (en) | Concentration of liquid solutions | |
| RU2828541C1 (en) | Film evaporation drum | |
| CN211935625U (en) | Wiped film type internal steaming equipment | |
| KR200227278Y1 (en) | Wastewater evaporation concentration and drying plant | |
| US2868279A (en) | Evaporator | |
| JPH0131282Y2 (en) |