5.2. Испарители со свободно стекающей пленкой

Большинство продуктов биосинтеза при продолжительной термической обработке утрачивают свои ценные качества. По­этому к упариванию растворов или суспензий с такими термо­лабильными веществами необходим особый подход и требуется соответствующая аппаратура.

В промышленности широкое распространение получили труб­чатые испарители как более компактные. На их примере мы

и рассмотрим конструктивные особенности и принцип действия выпарных аппаратов со свобод­но стекающей пленкой.

Такой аппарат (рис. 5.3) выполняется в виде кожухо-трубчатого теплообменника, обогреваемого насыщенным во­дяным паром или горячей во­дой, подаваемыми в межтруб­ное пространство.

Обычно подвод жидкости к трубам осуществляется из кол­лектора с кольцевой щелью (рис. 5.4,6), расположенной по кон­туру верхней трубной решетки, или при помощи одиночного центрального патрубка (рис. 5.4,б).

Рис. 5.3. Испаритель со стекающей пленкой

Такие способы подвода обеспечивают равномерное распреде­ление жидкости по отдельным трубам при достаточно высоком ее слое над оросительными устройствами.

Рис. 5.4. Конструкции распределительных устройств

Рис. 5.5. Типы оросительных устройств

Оросительное устройство предназначено для распределения жидкости в виде пленки по внутренней поверхности трубы. По способу образования пленки оросительные устройства можно подразделить на следующие виды: переливные, щелевые, разбрыз­гивающие, капиллярные и струйные.

5.3. Центробежные испарители

Аппараты, в которых испарение растворителя происходит из тонкой пленки жидкости, движущейся под действием центробеж­ной силы по быстро вращающейся поверхности теплообмена получили название центробежных испарителей.

Испарители с вращающейся поверхностью теплообмена при­меняются в основном для концентрирования термолабильных и пенящихся растворов. В микробиологической промышленно­сти они используются при упаривании ферментных растворов чрезвычайно чувствительных к температурным воздействиям

Поверхность теплообмена таких аппаратов выполнена из тонкостенных элементов, к одной стороне которых подведен теп­лоноситель, а к другой — испаряемая жидкость.

В промышленности чаще других используются центробежные испарители с поверхностью теплообмена, выполненной из усеченных тонкостенных конусов с углом при вершине, равным 70—130⁰. Такой аппарат (рис. 5.11) имеет неподвижный кожух 3 с крышкой 1, внутри которого размещен ротор-испаритель. В корпусе 4 ротора установлен пакет усеченных конусов образующих камеры: 6 — для упаренного раствора и 5 — для грею­щего пара Теплообменной поверхностью является тонкостенный конус 8. Упаренный раствор через неподвижный патрубок 9 по­дается в камеры 6 и за счет центробежной силы распределяется тонкой движусейся пленкой по внутренней поверхности конуса 8, упаренный раствор стекает с наружной кромки ко­нуса 8 в специальный коллектор в корпусе ротора и отводится из него через отсосную трубку 2. Греющий пар вводится снизу ротора в камеры 5 и обогревает наружную стенку конуса 8 Конденсат отводится из ротора с помощью отсосной трубки 7.

Рис. 5.11. Центробежный испаритель с вращающейся поверхностью теплообмена

Для промышленных аппаратов оптимальной частотой вращения является п =5—10 с^-1, что при диаметре ротора 1 м создает перегрузку (²R/g) в 100—200 раз. Указанная частота вра­щения обеспечивает достаточно высокую интенсивность тепло­обмена, а также надежность аппарата с вращающимся рото­ром и дает возможность применения серийных торцовых уплот­нений.

С ростом разности температур греющего и вторичного пара происходит интенсификация теплообмена. Однако оптимальное значение температурного напора промышленных аппаратов долж­но определяться из условия отсутствия денатурации температуронестойких продуктов.

В промышленных центробежных испарителях ротор состоит из ряда усеченных тонкостенных конусов, соединенных попарно. В результате соединения двух конусов образуется теплообменный элемент, в который вводят теплоноситель — насыщенный водяной пар с давлением, обычно превышающим давление вто­ричного пара в аппарате. Таким образом, в каждом теплообменном элементе один из конусов должен быть рассчитан на прочность, а второй — на устойчивость. Теплопередающей стен­кой служит конус, рассчитываемый на устойчивость. Поэтому повышение параметров греющего пара или увеличение габарит­ных размеров конусов влечет за собой соответствующее увели­чение толщины теплопередающей стенки, что снижает эффектив­ность теплопередачи и приводит к увеличению массы вращаю­щегося ротора.