1.3 Пленочные выпарные аппараты

Пленочные аппараты бывают с восходящей пленкой и соосной или вынесенной греющей камерой и падающей пленкой и соосной или вынесенной греющей камерой. Принципиальные конструктивные схемы данных конструкций представлены на рисунке 3.

Пленочные выпарные аппараты применяют при концентрировании растворов, чувствительных к высоким температурам. При необходимом времени пребывания в зоне высоких температур раствор не успевает перегреться и его качество не снижается.

а - с восходящей плёнкой и соосной греющей камерой; б - с падающей плёнкой и вынесенной греющей камерой; 1 - сепаратор; 2 - греющая камера.

Рисунок 3. Плёночные выпарные аппараты

Выпаривание в пленочных аппаратах происходит за один проход раствора через трубы.

Пленочные аппараты, как и описанные выше, состоят из греющей камеры и сепаратора. В греющей камере расположены трубы длиной от 5 до 9м, которые обогреваются греющим паром.

Пленочный выпарной аппарат с восходящей пленкой и соосной греющей камерой. Исходный раствор подается в трубы снизу, причем уровень жидкости в трубах поддерживается на уровне 20...25% высоты труб. В остальной части труб находится парожидкостная смесь. Раствор в виде пленки находится на поверхности труб, а пар движется по оси трубы с большой скоростью, увлекая за собой пленку жидкости. При движении пара и пленки жидкости за счет трения происходит турбулизация пленки и интенсивное обновление поверхности. За счет этих факторов достигаются высокие коэффициенты теплопередачи и большая поверхность испарения.

Выпарной аппарат с падающей пленкой и вынесенной греющей камерой. В таких аппаратах исходный раствор поступает сверху в греющую камеру, а концентрированный раствор выводится из нижней части сепаратора.

Пленочные выпарные аппараты изготовляют с площадью поверхности теплопередачи от 63 до 2500м с диаметром труб 36 и 57мм. Избыточное давление в греющей камере от 0,3 до 1,0 МП а, а вакуум в сепараторе 93,0 кПа.

Недостаток пленочных аппаратов - неустойчивость работы при колебаниях давления греющего пара и раствора. При нарушении режима работы аппарат можно перевести на работу с циркуляцией раствора, как в аппаратах с принудительной циркуляцией.

Для выпаривания вязких и термолабильных растворов в последние годы получают широкое применение пленочные роторные аппараты. Цилиндрический корпус аппарата 1 состоит, как правило, из нескольких секций с нагревательными паровыми рубашками 3, в которые через патрубки 10 подается греющий пар и выводится конденсат. Внутри аппарата на вертикальном вращающемся валу 5 закреплены лопатки 2 с зазором к внутренней нагреваемой поверхности. Вал приводится во вращение от электродвигателя 6 через клиноременную передачу 7. Раствор на выпаривание подается через патрубки 9 в верхней нагревательной части аппарата и стекает по внутренней поверхности. Лопатки 2 выравнивают толщину слоя раствора и перемещают его сверху вниз. Образующийся вторичный пар по свободной центральной полости аппарата перемещается вверх в сепаратор 8 и выводится из аппарата. Концентрированный раствор накапливается в нижней конической части аппарата и выводится через патрубок 4. Известны две модификации аппаратов: с лопатками, жестко закрепленными на валу, тогда толщина слоя ограничивается зазором между лопаткой и внутренней поверхностью корпуса и не может изменяться в процессе выпаривания; в других аппаратах лопатки шарнирно закреплены на валу и прижимаются к внутренней поверхности центробежной силой. При этом, изменяя скорость вращения, можно влиять на величину зазора или степень прижатия лопаток к поверхности. В этих аппаратах можно выпаривать даже кристаллизующиеся растворы, соскребая их лопатками. Главное преимущество пленочных роторных аппаратов -- малая продолжительность контакта выпариваемого раствора с нагретой поверхностью.

В зависимости от свойств раствора она может составлять от 5 до 25 с. Недостатки -- небольшая производительность, сложность конструкции и относительно высокая стоимость. Высота аппарата достигает 12.5 м при диаметре 1.0 м, площадь поверхности теплообмена от 0.8 до 16 м.².

Жёсткий ротор изготовляют пустотелым с лопастями. Зазор между лопастью и стенкой аппарата составляет 0.4 - 1.5 мм.

Принципиальное отличие испарителя с размазывающим ротором заключается в применении ротора с шарнирно закрепленными на валу флажками.

При вращении ротора флажки прижимаются центробежной силой к внутренней поверхности корпуса и размазывают по ней продукт в виде пленки.

Такие аппараты применяют также для проведения совмещенного процесса концентрирования и сушки. Диаметр аппаратов достигает 1 м, площадь -- от 0,8 до 12 м, окружная скорость вращения ротора с флажками -- 5 м/с.

Рисунок 4. Плёночный роторный выпарной аппарат

А - общий вид; Б - сечение с жестко закрепленными лопатками; В - сечение с отклоняющимися лопатками; 1 - корпус с нагревательными рубашками; 2 - лопатки; 3 - паровые рубашки; 4 - патрубок для выхода упаренного раствора; 5 - вал; 6 - электродвигатель привода вала; 7- клиноременная передача; 8 - сепаратор; 9 - патрубки для подачи раствора на выпаривание; 10 - патрубки для подачи греющего пара и отвода конденсата.

Конструкция аппаратов позволяет благодаря осевому перемещению ротора регулировать толщину пленки и тем самым скорость процесса.

Роторно-пленочные аппараты имеют более высокие коэффициенты теплопередачи, чем аппараты с падающей пленкой, они достигают значений, равных 2300 - 2700 Вт/(м -К), в то время как в аппаратах с падающей пленкой: 1500- 1600 Вт/(м²-К).