В настоящее время все более широко применяются пленочные центробежные (роторные) вакуум-выпарные аппараты непрерывного действия, характеризующиеся высокой интенсивностью теплообмена и быстрым концентрированием упариваемых растворов вплоть до образования сухих продуктов. В аппаратах этого типа концентрируемый раствор находится в зоне нагрева кратковременно (до нескольких секунд) в небольшом количестве и благодаря вакууму упаривание кипящих жидкостей происходит при низкой температуре (35-50°С) без разложения и снижения качества термолабильных веществ. Производительность центробежных роторно-пленочных выпарных аппаратов определяется поверхностью нагрева, скоростью вращения ротора, плотностью орошения поверхности нагрева и физическими свойствами упариваемых растворов (водные, спиртовые и другие органические).
Центробежный роторно-пленочный аппарат «Центритерм» фирмы «Альфа Лаваль» (Швеция) применяется для быстрого, непрерывного и низкотемпературного концентрирования жидкостей, содержащих термолабильные компоненты, при глубоком разрежении. За один проход через зону нагрева, исчисляемый несколькими секундами, можно сконцентрировать растворы витаминов, гормонов, антибиотиков, протеинов, плазму крови, желатин, инсулин и т. д.
Рис. 5.7. Устройство центробежного роторно-пленочного вакуум - выпарного аппарата («Центритерм»).
Объяснение в тексте
Принцип действия основан на закономерностях косвенного теплового обмена с тонким слоем текущей жидкости н центробежной сепарации. Основной частью аппарата «Центритерм» (рис. 5.7) является теплообменник (1), представляющий собой блок конических полых тарелок (2), вращающихся на общем пустотелом валу (6). Частота вращения ротора 500- 600 об/мин. Выпариваемый раствор по распределительной трубе (4) через сопла подается на внутреннюю поверхность вращающихся тарелок, образуя под действием центробежной силы тонкие слои жидкости не более 0,1 мм. Греющий пар по валу (6) поступает в паровую рубашку, окружающую блок конических тарелок, оттуда - на наружную поверхность тарелок, отдавая тепло кипящему раствору, находящемуся внутри их. Образующийся в результате теплообмена конденсат отбрасывается под действием центробежной силы на периферию тарелок и удаляется через систему каналов из аппарата по трубе (7). Упаренный раствор собирается у большого основания конических тарелок и выводится через верх аппарата по напорной трубе (3). Вторичный пар по патрубку (5) отводится в конденсатор. Производительность установки от 800 до 2500 кг/ч выпаренной воды при температуре 35-50°С.
Обязательным условием эффективной работы роторно-пленочных аппаратов является равномерное смачивание всей поверхности теплообмена упариваемым раствором. Для распределения упариваемой жидкости по обогреваемой поверхности изготовляют центробежные пленочные аппараты, на роторе которых насажены жесткие лопасти, скребки или гофрированные барабаны. На рис. 5.8 представлена схема такого аппарата. Внутри цилиндрического корпуса (1) с паровой рубашкой (2) расположен ротор в виде вертикального вала (3) с неподвижными лопастями (4). Упариваемый раствор поступает через штуцер (6), подхватывается лопастями и распределяется по обогреваемой поверхности корпуса в виде тонкой пленки, из которой и происходит испарение растворителя. Упаренный раствор стекает в нижнюю коническую камеру и непрерывно отводится по штуцеру (7). В сепарационной камере (5) вторичный пар отделяет капельно жидкую фазу, проходя через отбойник центробежного типа, и отводится по патрубку (8) к конденсатору.
Рис. 5.8. Устройство роторно-пленочного выпарного аппарата с жестко закрепленными лопастями.
Объяснение в тексте
Центробежный роторно-пленочный вакуум-выпарной аппарат с гофрированным ротором представлен на рис. 5.9. В вертикальном цилиндрическом корпусе (1), разделенном по высоте на ряд секций, с паровыми рубашками установлен вал (3) с полыми барабанами (4). Поверхность барабанов гофрированная. На выступах гофр спиралеобразно расположены отверстия для выброса упариваемой жидкости на поверхность нагрева, а на впадинах гофр - отверстия для прохода вторичного пара. Между барабанами имеется кольцевой сборник (5) с желобами. Упариваемая жидкость поступает по патрубку (8) в полость распределительного кольца (6), откуда под действием центробежной силы отбрасывается на внутреннюю поверхность гофр барабана и распределяется в виде струй (потоков).
Рис. 5.9. Устройство центробежного вакуум-выпарного аппарата с гофрированным ротором.
Объяснение в тексте.
Дойдя до отверстий в гофрах, выбрасывается через них на поверхность нагрева (2) и образует нисходящую пленку, непрерывно турбулизируемую струями жидкости. Благодаря винтообразному распределению отверстий на гофрах, происходит равномерное орошение поверхности корпуса по высоте, соответствующей высоте барабана. Часть жидкости испаряется на поверхности нагрева первой секции, а неиспарившаяся часть со стенок корпуса попадает в кольцевой сборник, откуда по желобам поступает на распределительное кольцо (6а) нижележащей секции, где процесс повторяется. Упаренная жидкость (оптимальная степень концентрирования 5:1) удаляется из аппарата через штуцер (7). Вторичный пар поднимается вверх между корпусом и барабанами, а также через отверстия в барабанах и после прохождения сепаратора в сепарационной камере (9) отводится в конденсатор. Время контакта выпариваемой жидкости с поверхностью нагрева (она может быть от 0,8 до 40 м2) составляет несколько секунд, при этом поверхность непрерывно очищается струей жидкости, выбрасываемой из ротора. Непосредственный контакт элементов ротора с поверхностью нагрева отсутствует (зазор между ними сравнительно большой), в результате чего исключается загрязнение упаренного продукта механическими частицами.
Для упаривания вязких и пастообразных масс широко используют прямоточные роторные аппараты, на валу которых шарнирно закреплены скребки, очищающие тонкий слой высохшего порошка или пасты с постепенным охлаждением продукта.
