ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Характеристика роторно-пленочных аппаратов и области их применения из "Роторно-плёночные тепло- и массообменные аппараты" Принцип наложения вращательного движения на жидкую пленку, стекающую по твердой поверхности, а также газовую фазу, находящуюся в контакте с ней, с целью интенсификации в обеих фазах процессов переноса был впервые осуществлен на практике в конце двадцатых годов. В дальнейшем он был использован при создании ряда конструкций роторно-пленочных ректификационных колонн [2—5] и роторно-пленочного испарителя с вращающейся поверхностью нагрева [6, 7]. Предложенные конструкции не получили распространения, область их применения ограничилась в основном созданием лабораторных н полупромышленных аппаратов. [c.13] В 1944 г. Мюллером [8] была разработана конструкция роторно-пленочного испарителя с и- естким лопастным ротором. Первый промышленный аппарат этого типа был изготовлен в 1946 г., после чего швейцарская фирма Лува приступила к серийному изготовлению таких аппаратов. Несколько позднее началось изготовление роторно-пленочных испарителей с размазывающим лопастным ротором [9, 10]. К настоящему времени массовое производство роторно-пленочных испарителей налажено в ряде развитых капиталистических стран. В СССР освоено производство испарителей с шарнирным размазывающим ротором, в ГДР производятся аппараты с жестким ротором и фиксированным зазором между стенкой и лопастью. Работы по созданию новых типов роторно-пленочных испарителей ведутся также в ЧССР, ПНР и ВНР. [c.13] Плотность орошения в испарителе с падающей пленкой можно повысить, если применить схему с рециркуляцией неиспарившегося продукта. Правда, при этом возрастает время пребывания продукта в зоне нагрева, что недопустимо в случае термически лабильных продуктов, тем более, что по данным специального исследования время оказывает большее влияние на эффект термического разложения, чем температура [10]. В роторно-пленочных испарителях может быть достигнута гораздо более высокая степень выпаривания [И]. При этом время пребывания продукта в зоне нагрева составляет от одной до шести секунд в зависимости от нагрузки и теплофизических свойств жидкости. [c.14] Еще более ощутимо преимущество применения роторно-пленочных испарителей (по сравнению с испарителями с падающей пленкой), когда процесс проводят в вакууме. В этом случае обеспечить на практике условие Г Гш1п гораздо труднее, так как плотность орошения ограничивается допустимым гидравлическим сопротивлением. На основании данных практического опыта Виганд [12] сделал вывод, что применение испарителей с падающей пленкой допустимо при абсолютном давлении не менее 4 кПа (30 мм рт. ст.). Ниже этого давления, по его мнению, предпочтительнее применять роторно-пленочные испарители. [c.14] До сих пор еще существует представление о том, что значительным недостатком роторно-пленочного испарителя (по сравнению с испарителем с падающей пленкой) является малоэффективное использование объема аппарата, т. е. низкое отношение Г/У. Это в какой-то степени справедливо, если аппарат работает при атмосферном давлении. При переходе к вакууму, особенно в область абсолютных давлений, меньших 2,7 кПа (20 мм рт, ст.), поперечное сечение аппарата вполне соответствует допустимому в этом случае гидравлическому сопротивлению. В этой области давлений применение роторно-лленочных испарителей особенно эффективно. [c.14] Особо следует отметить перспективы применения роторно-пленочных аппаратов как теплообменников в процессах получения различных полимеров, обладающих высокой вязкостью (до 10 Па-с) [15]. Например, в работах [16,17] сообщается о применении аппарата этого типа для получения полиметилсилоксанов в промышленном масштабе. [c.15] В пищевой промышленности, где проблема снижения степени термического воздействия на перерабатываемые продукты играет первостепенную роль, имеются широкие возможности применения роторно-пленочных испарителей. Так, их применяют для сгущения молока, концентрирования фруктовых соков, получения экстрактов растворимого кофе, чая, мясного экстракта, обезвоживания и сушки фосфатидов [18]. С помощью роторно-пленочных испарителей производят витамины, аскорбиновую кислоту, ряд гормонов, антибиотиков и других препаратов их используют также для утилизации отходов атомной промышленности. [c.15] В работах венгерских исследователей Ушиди, Бабоса и сотр. [13, 19—21] продемонстрирована эффективность применения роторно-пленочных теплообменных аппаратов в качестве жидкофазных химических реакторов. Интенсивное перемешивание жидких реагентов, высокие коэффициенты теплообмена, незначительное время пребывания продуктов, возможность беспрепятственного выделения и немедленного удаления из аппарата образующихся газов и паров —все это обусловливает перспективность применения данных аппаратов для проведения быстропротекающих экзотермических реакций, в том числе и таких, которые сопровождаются выделением газовой фазы или в которых один из реагентов находится в газообразном состоянии. К указанным процессам относятся нитрование толуола и других углеводородов, омыление различных алкилсульфохлоридов с получением моющих средств, сульфирование додецилбензола смесью трехокиси серы и воздуха, сульфирование спиртов Си—Сго жирного ряда, изомеризация циклических оксимов в соответствующие лактамы и другие процессы. [c.15] Следует, однако, отметить, что применяемая система распределения реагентов не позволяет избежать их смешения до попадания их на теплообменную поверхность. В ряде случаев это недопустимо, так как приводит к быстрому возрастанию температуры в зоне предварительного смешения и, следовательно, к значительному ухудшению качества получаемых продуктов, снижению полезного выхода и т. п. Успешному применению роторно-пленочных теплообменных аппаратов в качестве химических реакторов должна способствовать разработка распределительного устройства, обеспечивающего раздельную доставку реагентов на теплообменную поверхность с последующим надежным их перемешиванием в условиях одновременного интенсивного теплосъема. [c.15] Приступая к анализу массообменных роторно-пленочных аппаратов, следует отметить принципиальное отличие их от роторных ректификационных и абсорбционных колонн распылительного типа. Для последних характерно распределение жидкости, участвующей в массообмепе с газом или паром, в виде струй и капель в объеме массообменной ступени. Такое распределение осуществляется посредством вращающегося ротора, в результате чего образуется развитая поверхность массообмена. Разумеется, при этом происходит также некоторая турбулизация газовой фазы. [c.16] В роторно-пленочных массообменных колоннах, как было отмечено выше, жидкость распределяется в виде пленки, текущей по твердой — движущейся или неподвижной — поверхности. В зависимости от конструкции ротора и интенсивности его вращения вращательное движение, налагаемое па газовую (паровую) фазу, может передаваться и жидкой пленке. Для ротора размазывающего типа, т. е. непосредственно соприкасающегося с твердой поверхностью, характерна прямая турбулизация пленки. [c.16] До последнего времени на практике применялись роторно-пленочные массообменные аппараты небольшого масштаба — лабораторные и модельные. Лишь отдельные конструкции получили выход в промышленность, и то весьма ограниченный. Так, роторнопленочные ректификаторы применяли для ректификационной очистки капролактама, для разделения и очистки смесей изоцианатов, очистки акрилонитрила и адиподинитрила. [c.16] Таким образом, современное состояние развития роторно-пленочных аппаратов характеризуется достаточно широким применением их для теплообменных процессов и лишь незначительным применением более или менее крупных аппаратов для массообменных процессов. Такое положение объясняется особенностями масштабного перехода. Создание теплообменных аппаратов достаточно большой мощности на основе известных конструкций может быть достигнуто простым увеличением теплообменной поверхности (правда, до определенного предела) путем наращивания размеров аппарата (диаметра, высоты) без каких-либо принципиальных изменений конструкции. [c.16] Что же касается роторно-пленочных массообменных аппаратов, то при создании такого аппарата большой мощности необходимо сохранить принцип тонкослойного распределения не только жидкой. (как в теплообменных аппаратах), но и газовой (паровой) фазы. В этом случае необходимы поиски специальных конструктивных решений, так как простое наращивание размеров аппарата не приводит к желаемому результату. [c.16] Прежде чем перейти к изложению основных принципов создания крупномасштабной роторно-пленочной тепло- и массообменной аппаратуры и результатам исследований в этой области, обратимся к анализу литературных данных, относящихся к указанной проблеме. Такой анализ будет дан в той степени, в какой это необходимо для изложения последующих разделов книги. [c.16] Вернуться к основной статье