Способ перегонки жидкости и устройство для его осуществления
Способ перегонки жидкости включает подачу жидкости на испаритель, образованный открытым желобом, и нагрев жидкости при перемещении ее по испарителю подводом тепла к одной из боковых стенок открытого желоба. Образовавшиеся при нагреве жидкости пары и полученный при испарении жидкости дистиллят удаляют. При подаче перегоняемой жидкости на входе в открытый желоб формируют поток с соотношением максимальной ширины его поперечного сечения к максимальной высоте его поперечного сечения не менее 0,1 и не более 10,0. Устройство для перегонки жидкости содержит цилиндрический корпус, испаритель в виде расположенного по цилиндрической винтовой линии открытого желоба, нагревательный элемент, приспособление для удаления паров и узел для удаления дистиллята. Одна из боковых стенок открытого желоба образована боковой стенкой корпуса. Нагревательный элемент расположен коаксиально снаружи корпуса. Максимальная ширина проходного сечения открытого желоба составляет не менее 0,1 и не более 10,0 от максимальной высоты проходного сечения открытого желоба. Технический результат заключается в повышении эффективности процесса перегонки путем обеспечения возможности автоматического перехода жидкости от ее объемного кипения к пленочному испарению. 2 с. и 12 з.п.ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к химической, нефтехимической, микробиологической и пищевой промышленности, в частности к способам и устройствам для перегонки жидкостей, и может быть использовано при проведении тепло- и массообменных процессов.
Известен способ перегонки жидкости, согласно которому перегоняемую жидкость нагревают до частичного испарения с образованием парожидкостной эмульсии, парожидкостную эмульсию направляют в паровое пространство корпуса, где отделяют от нее вторичный пар и удаляют его, затем оставшуюся жидкость подают на нагрев, организуя ее замкнутую циркуляцию, а концентрированный раствор удаляют. Устройство для перегонки жидкости содержит корпус, нагревательную камеру, теплообменную поверхность и патрубки подачи пара, удаления неконденсирующихся газов и конденсата (см. , например, авторское свидетельство СССР 1813468, кл. В 01 D 1/10, опубл. 07.05.93). Известные способ перегонки жидкости и устройство для его осуществления осуществляют выделение дистиллята из перегоняемой жидкости путем выпаривания. Метод объемного кипения, на котором основаны известные способ и устройство, обеспечивает достаточно высокую производительность процесса перегонки. К недостаткам такой технологии и устройства для ее осуществления можно отнести сравнительно высокую энергоемкость процесса, низкую скорость перегонки и сравнительно большие габариты устройства, вызванные необходимостью развития теплообменной поверхности. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ перегонки жидкости, согласно которому перегоняемую жидкость подают на испаритель, образованный открытым желобом, который расположен по цилиндрической винтовой линии, при перемещении перегоняемой жидкости по испарителю осуществляют ее нагрев подводом тепла к одной из боковых стенок открытого желоба, образовавшиеся при нагреве перегоняемой жидкости пары удаляют для их последующей конденсации, а полученный при испарении перегоняемой жидкости дистиллят удаляют, и устройство для перегонки жидкости, которое содержит цилиндрический корпус с патрубком для подвода перегоняемой жидкости, размещенный в корпусе испаритель в виде расположенного по цилиндрической винтовой линии открытого желоба, одна из боковых стенок которого образована боковой стенкой корпуса, размещенный коаксиально снаружи корпуса нагревательный элемент, установленное в полости корпуса приспособление для удаления паров, образовавшихся при испарении перегоняемой жидкости, и узел для удаления дистиллята из полости корпуса (см., например, авторское свидетельство СССР 391834, кл. В 01 D 3/00, опубл. 14.11.73). Известное техническое решение, выбранное в качестве ближайшего аналога, частично устраняет недостатки описанного выше аналога за счет компоновочного решения, обеспечивающего компактность устройства. Принцип работы известного способа и устройства основан на пленочном испарении перегоняемой жидкости, что обеспечивает возможность получения сравнительно высокой скорости перегонки и снижение энергоемкости процесса. К недостаткам известного способа перегонки жидкости и устройства для его осуществления можно отнести их сравнительно низкую производительность, которая обусловлена необходимостью обеспечения подачи на испаритель такого объема перегоняемой жидкости, который соответствовал бы обеспечению процесса пленочного испарения. Изобретение направлено на решение задачи по созданию такого способа перегонки и устройства для его осуществления, которые при сохранении низкой энергоемкости процесса перегонки и компактности устройства, которые присущи методу пленочного испарения жидкости, обеспечивали бы высокую производительность, свойственную методу объемного кипения. Технический результат, который может быть получен при реализации изобретения, заключается в повышении эффективности процесса перегонки за счет обеспечения возможности в процессе перегонки жидкости автоматического перехода от ее объемного кипения к пленочному испарению. Поставленная задача решена за счет того, что в способе перегонки жидкости, согласно которому перегоняемую жидкость подают на испаритель, образованный открытым желобом, который расположен по цилиндрической винтовой линии, при перемещении перегоняемой жидкости по испарителю осуществляют ее нагрев подводом тепла к одной из боковых стенок открытого желоба, образовавшиеся при нагреве перегоняемой жидкости пары удаляют для их последующей конденсации, а полученный при испарении перегоняемой жидкости дистиллят удаляют, при подаче перегоняемой жидкости на входе в открытый желоб испарителя формируют поток с соотношением максимальной ширины его поперечного сечения к максимальной высоте его поперечного сечения не менее 0,1 и не более 10,0. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что длину винтовой линии, определяющей форму открытого желоба испарителя, определяют из условия формирования на выходе из открытого желоба потока с соотношением максимальной ширины его поперечного сечения к максимальной высоте его поперечного сечения менее 0,1. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что перед подачей перегоняемой жидкости на испаритель ее пропускают через, по меньшей мере, один виток закрытого канала, который расположен по цилиндрической винтовой линии, при этом на конечном участке закрытого канала осуществляют предварительный нагрев перегоняемой жидкости. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что перед удалением дистиллят дополнительно нагревают. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что подачу перегоняемой жидкости в закрытый канал осуществляют тангенциально. Поставленная задача решена за счет того, что в устройстве для перегонки жидкости, включающем цилиндрический корпус с патрубком для подвода перегоняемой жидкости, размещенный в корпусе испаритель в виде расположенного по цилиндрической винтовой линии открытого желоба, одна из боковых стенок которого образована боковой стенкой корпуса, размещенный коаксиально снаружи корпуса нагревательный элемент, установленное в полости корпуса приспособление для удаления паров, образовавшихся при испарении перегоняемой жидкости, и узел для удаления дистиллята из полости корпуса, максимальная ширина проходного сечения открытого желоба составляет не менее 0,1 и не более 10,0 от максимальной высоты проходного сечения открытого желоба. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что проходное сечение открытого желоба имеет форму прямоугольника. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что наружная поверхность внутренней боковой стенки открытого желоба плавно сопряжена с наружной поверхностью дна открытого желоба. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что испаритель выполнен с, по меньшей мере, одним витком расположенного по цилиндрической винтовой линии закрытого канала, который расположен перед входом в открытый желоб и плавно сопряжен с последним, при этом входной участок закрытого канала расположен выше нагревательного элемента. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что патрубок для подвода перегоняемой жидкости расположен перед входом в закрытый канал тангенциально. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что нагревательный элемент выполнен в виде паровой рубашки. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что оно выполнено с дополнительным нагревательным элементом, который размещен в полости корпуса перед узлом для удаления дистиллята из полости корпуса. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что дополнительный нагревательный элемент выполнен в виде тарелки. Кроме того, поставленная задача решена за счет того, что шаг винтовой линии, определяющий форму открытого лотка испарителя на его конечном участке, меньше шага винтовой линии, определяющей форму открытого лотка испарителя на его начальном участке. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено устройство для перегонки жидкости, на фиг.2 - поперечное сечение открытого желоба испарителя на его входе, на фиг.3 - поперечное сечение открытого желоба испарителя на его конечном участке и на фиг.4 - поперечное сечение закрытого канала испарителя. Согласно заявленному способу перегоняемую жидкость подают на испаритель, который образован открытым желобом, расположенным по цилиндрической винтовой линии. При этом на входе в открытый желоб испарителя формируют поток с соотношением максимальной ширины его поперечного сечения к максимальной высоте его поперечного сечения не менее 0,1 и не более 10,0. Для формирования потока с указанными геометрическими параметрами обеспечивают соответствующий расход перегоняемой жидкости, например, с помощью регулируемого насоса, а также создают соответствующую форму открытого желоба испарителя. Указанное соотношение геометрических параметров потока получено эмпирическим путем и соответствует условиям, при которых осуществляется процесс объемного кипения перегоняемой жидкости при ее нагреве. При перемещении перегоняемой жидкости по открытому желобу осуществляют ее нагрев. Нагрев перегоняемой жидкости при перемещении ее по открытому желобу испарителя осуществляют путем подвода тепла к одной из боковых стенок открытого желоба. Вследствие того что одна из боковых стенок открытого желоба нагревается, а другая боковая стенка открытого желоба не нагревается, плотность перегоняемой жидкости у обогреваемой стенки будет ниже плотности перегоняемой жидкости у необогреваемой стенки. Вследствие разности плотностей перегоняемой жидкости при перемещении последней по открытому желобу будет происходить закручивание потока таким образом, что вдоль обогреваемой боковой стенки перегоняемая жидкость будет подниматься, а вдоль необогреваемой стенки - опускаться. Такое сложное перемещение перегоняемой жидкости, состоящее из поступательного движения по открытому желобу и из вращательного движения вокруг продольной оси открытого желоба, способствует интенсификации теплообменных процессов. При перемещении перегоняемой жидкости по открытому желобу испарителя происходит ее интенсивное испарение за счет объемного кипения. Образовавшиеся при нагреве перегоняемой жидкости пары удаляют для их последующей конденсации. По мере перемещения перегоняемой жидкости по открытому желобу испарителя вниз происходит уменьшение ее объема и на последних витках открытого желоба осуществляется процесс пленочного испарения перегоняемой жидкости. Полученный при испарении перегоняемой жидкости дистиллят удаляют. Предпочтителен такой вариант осуществления заявленной технологии, при котором длину винтовой линии, определяющей форму открытого желоба испарителя, определяют из условия формирования на выходе из открытого желоба потока с соотношением максимальной ширины его поперечного сечения к максимальной высоте его поперечного сечения менее 0,1, что обеспечивает гарантированное осуществление процесса пленочного испарения в конце перемещения перегоняемой жидкости по открытому желобу испарителя. Такой прием обеспечивает снижение затрат энергии на процесс перегонки. Указанная длина винтовой линии, определяющей форму открытого желоба испарителя, определяется расчетным путем в зависимости от температуры нагрева перегоняемой жидкости, геометрической формы желоба, физических параметров и химического состава перегоняемой жидкости. Целесообразно выполнение такого приема, при котором перед подачей перегоняемой жидкости на испаритель ее пропускают через, по меньшей мере, один виток закрытого канала, который расположен по цилиндрической винтовой линии, при этом на конечном участке закрытого канала осуществляют предварительный нагрев перегоняемой жидкости. При прохождении первого витка испарителя перегоняемая жидкость нагревается, одновременно начинается ее объемное кипение с перемешиванием ее слоя, образующимися пузырьками паров. При этом не исключено образование пены в потоке перемещающейся по открытому желобу испарителя перегоняемой жидкости. По этой причине целесообразно перед подачей перегоняемой жидкости в открытый канал испарителя пропустить ее через закрытый канал, в котором осуществляется частичное гашение образующейся пены. При этом именно при прохождении перегоняемой жидкости через закрытый канал осуществляется ее предварительный нагрев, чтобы спровоцировать пенообразование именно в закрытом канале, то есть в тот момент, когда возможно осуществление гашения образующейся пены. Начальный участок закрытого канала, на котором перегоняемую жидкость не нагревают, позволяет стабилизировать поток и обеспечить формирование заданных геометрических характеристик потока на входе его в открытый желоб испарителя. Для улучшения процесса перегонки перед удалением может быть осуществлен дополнительный нагрев дистиллята. По одному из вариантов реализации заявленной технологии целесообразно подачу перегоняемой жидкости в закрытый канал осуществлять тангенциально, что позволит несколько стабилизировать поток. Более подробно способ перегонки жидкости будет раскрыт ниже при описании работы устройства для осуществления заявленного способа. Пример осуществления способа перегонки жидкости. Мисцеллу, состоящую из смеси растительного масла и нефтяного растворителя, подают на испаритель. При подаче мисцеллы на входе в открытый желоб испарителя формируют поток прямоугольной формы, имеющий в поперечном сечении ширину 100 мм и высоту 120 мм. При перемещении мисцеллы по открытому желобу испарителя осуществляют ее нагрев подводом сухого пара под давлением 4,0 ати к наружной поверхности боковой стенки открытого желоба. При перемещении мисцеллы по открытому желобу испарителя происходит кипение нефтяного растворителя (при температуре 65-70oС) и образовавшиеся пары нефтяного растворителя (бензина марки Б 70) удаляют для их последующей конденсации. Длина винтовой линии, определяющей форму открытого желоба испарителя, должна составлять не менее 300 метров. При выходе из последнего витка открытого желоба испарителя растительное масло подвергают дополнительному нагреву в нагревательной тарелке, обогреваемой сухим паром под давлением 1,0 ати с целью недопущения выхода дистиллята (растительного масла), нестандартного по температуре вспышки. Устройство для перегонки жидкости содержит цилиндрический корпус 1 с патрубком 2 для подвода перегоняемой жидкости. Внутри корпуса 1 расположен испаритель, который выполнен в виде расположенного по цилиндрической винтовой линии открытого желоба 3. Максимальная ширина (А) проходного сечения открытого желоба 3 составляет не менее 0,1 и не более 10,0 от максимальной высоты (В) проходного сечения открытого желоба 3 (фиг.2). Таким образом должно обеспечиваться следующее условие: 0,1 В

Формула изобретения
1. Способ перегонки жидкости, согласно которому перегоняемую жидкость подают на испаритель, образованный открытым желобом, который расположен по цилиндрической винтовой линии, при перемещении перегоняемой жидкости по испарителю осуществляют ее нагрев подводом тепла к одной из боковых стенок открытого желоба, образовавшиеся при нагреве перегоняемой жидкости пары удаляют для их последующей конденсации, а полученный при испарении перегоняемой жидкости дистиллят удаляют, отличающийся тем, что при подаче перегоняемой жидкости на входе в открытый желоб испарителя формируют поток с соотношением максимальной ширины его поперечного сечения к максимальной высоте его поперечного сечения не менее 0,1 и не более 10,0. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что длину винтовой линии, определяющей форму открытого желоба испарителя, определяют из условия формирования на выходе из открытого желоба потока с соотношением максимальной ширины его поперечного сечения к максимальной высоте его поперечного сечения менее 0,1. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что перед подачей перегоняемой жидкости на испаритель ее пропускают через, по меньшей мере, один виток закрытого канала, который расположен по цилиндрической винтовой линии, при этом на конечном участке закрытого канала осуществляют предварительный нагрев перегоняемой жидкости. 4. Способ по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что перед удалением дистиллят дополнительно нагревают. 5. Способ по п.3 или 4, отличающийся тем, что подачу перегоняемой жидкости в закрытый канал осуществляют тангенциально. 6. Устройство для перегонки жидкости, включающее цилиндрический корпус с патрубком для подвода перегоняемой жидкости, размещенный в корпусе испаритель в виде расположенного по цилиндрической винтовой линии открытого желоба, одна из боковых стенок которого образована боковой стенкой корпуса, размещенный коаксиально снаружи корпуса нагревательный элемент, установленное в полости корпуса приспособление для удаления паров, образовавшихся при испарении перегоняемой жидкости, и узел для удаления дистиллята из полости корпуса, отличающееся тем, что максимальная ширина проходного сечения открытого желоба составляет не менее 0,1 и не более 10,0 от максимальной высоты проходного сечения открытого желоба. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что проходное сечение открытого желоба имеет форму прямоугольника. 8. Устройство по п. 6 или 7, отличающееся тем, что наружная поверхность внутренней боковой стенки открытого желоба плавно сопряжена с наружной поверхностью дна открытого желоба. 9. Устройство по одному из пп.6-8, отличающееся тем, что испаритель выполнен с, по меньшей мере, одним витком расположенного по цилиндрической винтовой линии закрытого канала, который расположен перед входом в открытый желоб и плавно сопряжен с последним, при этом входной участок закрытого канала расположен выше нагревательного элемента. 10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что патрубок для подвода перегоняемой жидкости расположен перед входом в закрытый канал тангенциально. 11. Устройство по одному из пп.6-10, отличающееся тем, что нагревательный элемент выполнен в виде паровой рубашки. 12. Устройство по одному из пп. 6-11, отличающееся тем, что оно выполнено с дополнительным нагревательным элементом, который размещен в полости корпуса перед узлом для удаления дистиллята из полости корпуса. 13. Устройство по п.12, отличающееся тем, что дополнительный нагревательный элемент выполнен в виде тарелки. 14. Устройство по одному из пп.6-13, отличающееся тем, что шаг винтовой линии, определяющий форму открытого лотка испарителя на его конечном участке, меньше шага винтовой линии, определяющей форму открытого лотка испарителя на его начальном участке.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4