Вакуум-выпарные установки

(ПРОСТОЕ (ОДНОКРАТНОЕ) ВАКУУМНОЕ УПАРИВАНИЕ)

Выпарные установки отличаются конструкцией ва­куум-выпарных аппаратов (шаровые, трубчатые) и типами конденсаторов (смешения, поверхностные). Типовая вакуум-выпарная установка периодического действия представлена на рис. Установка состоит из шарового вакуум-выпарного аппарата (1) с паро­вой рубашкой. Выпариваемый раствор воспринимает тепло греющего пара, кипит, вторичный пар и инерт­ные газы (обычно воздух) освобождаются от брызг жидкости в верхней части аппарата отбойниками и по хоботу поступают в поверхностный противоточный конденсатор (2) (трубчатый или змеевиковый).

Вторичный пар (ценный экстрагент, например этанол) конденсируется и охлаждается, а неконденсирующиеся газы отсасываются насосом (5). Конденсат собира­ется в сборник (3), обычно их два для периодической разгрузки. Между сборниками и вакуумным насосом устанавливается ресивер (4) — промежуточная ем­кость для предохранения вакуумного насоса от по­падания в него жидкости из сборника, а также для смягчения толчков и изменения вакуума при каждом ходе поршня насоса. В шаровых вакуум-выпарных аппаратах свободная циркуляция упариваемой жид­кости небольшая, возможен перегрев. Аппараты гро­моздки и малопроизводительны.

Установки для выпаривания водных вытяжек обыч­но имеют конденсаторы смешения (прямоточные и противоточные) и поэтому не нуждаются в сборнике конденсата. На рис. приведена схема установки с противоточным конденсатором смешения.

Из аппарата (1) вторичный пар по трубопроводу поступает в ниж­нюю, часть конденсатора (2). Сверху в конденсатор вводится холодная вода, которая падает вниз струями, перемешивается с паром и конденсирует его. К верхней части конденсатора присоединяют воздушный насос (3). Смесь охлаждающей воды и конденсата удаляют снизу при помощи водяного насоса (4). Отвод воды и конденсата часто производят при помощи барометрической трубы.

Вакуум-выпарная установка с пря­моточным конденсатором смешения состоит из вакуум-аппарата (1), соединенного с конденсато­ром смешения (2).

Пары и охлаждающая вода вво­дятся прямотоком в верхнюю часть конденсатора. Воз­дух из воды и другие газы вместе с конденсатом и во­дой отсасываются мокровоздушным насосом (3).

ТРУБЧАТЫЕ ВАКУУМ-ВЫПАРНЫЕ АППАРАТЫ

Отличаются большим конструктивным разнообра­зием, но преимущественное распространение имеют ап­параты, греющая камера или кипятильник которых сделаны в виде трубчатого теплообменника. В этих аппаратах выпариваемая жидкость находится с одной стороны стенок труб, а теплоноситель (водяной пар) — с другой. Образующаяся при выпаривании жидкостей парожидкостная эмульсия разделяется при непрерывном выводе вторичного пара из аппарата. Отделение капельножидкой фазы от пара осуществля­ется в паровом пространстве (сепараторе).

Трубчатые вакуум-вы­парные аппараты могут быть с 1)естественной или 2)принудительной циркуля­цией раствора, а также 3)пленочные.

В фармацевтическом производстве находит при­менение вакуум-выпарной аппарат с центральной циркуляционной трубой и естественной циркуляцией раствора при выпарива­нии. В нижней части аппарата размеще­на греющая камера, пред­ставленная вертикальными кипятильными трубками (2) с диаметром 50—75 мм. В центре камеры расположена циркуляционная труба (3) большого диаметра (500 мм). Греющий пар поступает в пространство между трубками и нагревает упариваемую жидкость, находящуюся внутри них, ко­торая подается по штуцеру (4). В результате кипения жидкости в кипятильных трубках образуется парожидкостная эмульсия, плотность которой меньше плотности нагреваемой жидкости. В циркуляционной трубе тоже проходит выпаривание жидкости, но плотность паро-жидкостной эмульсии больше плотности эмульсии в кипятильных трубках, вследствие чего в аппарате происходит упорядоченное движение кипящей жидкости (в циркуляционной трубе — сверху вниз, в узких труб­ках— снизу вверх), т. е. естественная циркуляция. Отделение капель жидкости от вторичного пара происходит в сепараторе (1) при движении его через систему отбойников (5), вторичный пар при этом по­падает в конденсатор. Упаренный раствор сливается в сборник через штуцер (6).

Широко используется выпарной аппарат с выносным вертикальным кипятильником, в которых удается осуществлять более интенсивную естественную цир­куляцию выпариваемого раствора, чем в аппаратах с центральной циркуляционной трубой.

Выпаривание жидкости происходит в кожухотрубчатом теплообменнике (1), представляющем собой пу­чок тонких труб длиной до 7 м. Образующаяся в них парожидкостная эмульсия выбрасывается в сепаратор (2), вторичный пар отделяется от капель жидкости и поступает в конденсатор, а жидкость возвращается по циркуляционной трубе (3) в кипятильник. Аппара­ты с выносным кипятильником отличаются высокой производительностью, удобны в эксплуатации и ре­монте.

Значительно интенсифицировать процесс выпари­вания удается в вакуум-выпарных аппаратах с при­нудительной циркуляцией упариваемой жидкости, ко­торую подают циркуляционным насосом. Из кипя­тильных труб упариваемый раствор выбрасывается в сепаратор, отделяет часть вторичного пара, а частич­но упаренный раствор возвращается по циркуляцион­ной трубе во всасывающую линию циркуляционного насоса и смешивается с новой порцией жидкости для упаривания. Скорость прохождения жидкости в трубах равна 1,5—3,5 м/с, что способствует увеличе­нию коэффициента теплоотдачи в 3—4 раза по срав­нению с естественной циркуляцией, однако аппараты более сложны в обслуживании.

Перспективными выпарными аппаратами для кон­центрирования термолабильных растворов являются пленочные.

Пленочный выпарной аппарат с естественной цир­куляцией выпариваемой жидкости отличается более высокими значениями коэффициентов теплоотдачи. Греющая камера аппарата состоит из пучка длинных (6—9 м) и тонких кипятильных труб (1), обогреваемых снаружи паром. Выпариваемая жидкость подается в трубки снизу через штуцер (5) и заполняет их на 1/5 длины. При кипении выпари­ваемой жидкости все сечение трубки заполняется па­ром, который движется снизу вверх с большой скоростью. Жидкость у стенки трубки находится в виде тонкой пленки, которая увлекается паром и растяги­вается вверх. Выпаривание происходит в пленке при однократном прохождении упариваемого раствора по кипятильным трубкам. Смесь вторичного пара и ка­пель сгущенного раствора попадает в сепаратор (2) с отбойниками в виде спиралевидных лопаток (3). Под действием центробежной силы капельки упарен­ной жидкости отделяются от вторичного пара и со­бираются в нижней части сепарационной камеры (4). Аппарат целесообразно использовать для упаривания пенящихся вытяжек, богатых сапонинами, и вытяжек, содержащих термолабильные вещества. Однако регу­лировка процесса выпаривания в пленочных аппара­тах затруднительна, зависит от колебаний давления греющего пара и начальной концентрации выпариваемого раствора.