Работа устройства заключается
в следующем. Вода после отбора тепла
при конденсировании из полости
охладителя 8 сливается через сливную
трубу 1 в стакан 2. Далее вода поступает
в коллектор переменного сечения
3, часть воды, протекая через коллектор
и патрубок 4, попадает в испаритель
7, а некоторое количество воды протекает
в расширительную часть через
зауженный участок 5.
В расширительной части создается
эжекционный эффект, при этом через трубку
предусмотрен выход воды из испарителя,
выносящей образовавшийся солевой осадок
при кипении и парообразовании. Происходит
постоянная самоочистка испарителя от
осадков, повышается качество дистиллята,
растет производительность, реже в три
раза требуется разборка аквадистиллятора
для профилактической чистки испарителя,
удваивается срок эксплуатации аппарата.
Одним из представителей колонных многокамерных
аппаратов являются многоступенчатые
аппараты. Установки подобного типа
для получения очищенной воды
бывают различной конструкции. Производительность
крупных моделей достигает 10 т/час.
Чаще всего применяются трехступенчатые
колонные аппараты с тремя корпусами (испарителями), расположенными
вертикально или горизонтально. Особенностью
колонных аппаратов является то, что только
первый испаритель нагревается паром,
вторичный пар из первого корпуса поступает
во второй в качестве греющего, где конденсируется
и получается дистиллированная вода.
Из второго корпуса вторичный пар поступает
в третий – в качестве греющего, где также
конденсируется. Таким образом, дистиллированную воду получают
из ІІ и ІІІ корпусов. Производительность
такой установки до 10 т/ч дистиллята. Качество
получаемого дистиллята хорошее, так как
в корпусах достаточная высота парового
пространства и предусмотрено удаление
капельной фазы из пара с помощью сепараторов.
Для обеспечения апирогенности получаемой воды необходимо создать
условия, препятствующие попаданию пирогенных веществ в
дистиллят. Эти вещества нелетучи и не
перегоняются с водяным паром. Загрязнение
ими дистиллята происходит путем переброса
капелек воды или уноса их струей пара
в холодильник. Поэтому конструктивным решением вопроса
повышения качества дистиллята является
применение дистилляционных аппаратов
соответствующих конструкций, в которых
исключена возможность переброса капельно-жидкой
фазы через конденсатор в сборник. Это достигается устройством специальных
ловушек и отражателей, высоким расположением
паропроводов по отношению к поверхности
парообразования. Целесообразно также
регулировать обогрев испарителя, обеспечивая
равномерное кипение и оптимальную скорость
парообразования, т.к. чрезмерный нагрев
ведет к бурному кипению и перебросу капельной
фазы. Проведение водоподготовки путем
обессоливания также уменьшает пенообразование
и, следовательно, выделение капелек воды
в паровую фазу.
Трехкорпусной аквадистиллятор «Финн-аква»
(Финляндия) функционирует за счет использования деминерализованной воды.
Рис. Аквадистиллятор «Финн-аква»
1 – регулятор давления; 2 – конденсатор-холодильник;
3 – теплообменник камер предварительного
нагрева; 4 – парозапорное устройство;
5 – зона испарения; 6, 7, 8 – труба; 9 – теплообменник
Вода поступает через регулятор давления в конденсатор, проходит теплообменники камер
предварительного нагрева, а после нагревания
поступает в зону испарения, состоящую
из системы трубок, обогреваемых внутри
греющим паром. Нагретая вода подается
на наружную поверхность обогреваемых
трубок в виде пленки, стекает по ним и
нагревается до кипения.
В испарителе за счет поверхности
кипящих пленок создается интенсивный
поток пара, который движется снизу
вверх со скоростью 20-60 м/с. Центробежная
сила, возникающая при этом, обеспечивает
стекание капель в нижнюю часть корпуса,
прижимая их к стенкам.
Наиболее совершенными в настоящее
время являются термокомпрессионные дистилляторы,
конструкция которых разработана итальянской
фирмой «Вопарасе». Их преимущество перед
дистилляторами других типов заключается
в том, что для получения 1 л воды для инъекций необходимо
израсходовать 1,1 л холодной водопроводной
воды. В других аппаратах это соотношение
составляет 1/9-1/15. Принцип работы аппарата
заключается в том, что образующийся в
нем пар, перед тем как поступить в конденсатор, проходит через компрессор и сжимается.
При охлаждении и конденсации он выделяет
тепло, по величине соответствующей скрытой
теплоте парообразования, которая затрачивается
на нагревание охлаждающей воды в верхней
части трубчатого конденсатора. Питание аппарата водой осуществляется
в направлении снизу вверх, выход дистиллятора
– сверху вниз. Производительность дистиллятора
до 2,5 т/час. Качество получаемой апирогенной
воды высокое, так как капельная фаза испаряется
на стенках трубок испарителя.
Рис.Принцип работы работы термокомпрессионого
дистиллятора
1 – конденсатор-холодильник; 2 – паровое
пространство; 3 – компрессор; 4 – регулятор давления;
5 – камера предварительного нагрева;
6 – трубки испарителя.
Нагревание и кипение в трубках
происходит равномерно, без перебросов,
в тонком слое. Задерживанию капель
из пара способствует также высота
парового пространства. Недостатками
являются сложность устройства и
эксплуатации.
Задачей современного изобретения является
создание нового энергоэффективного устройства
для дистилляции однородных жидкостей
и для разделения смесей жидкостей, имеющих
различную температуру кипения компонентов
смеси жидкостей, существенно превосходящего
зарубежные аналоги по техническим характеристикам.
Поставленную задачу решают путем
использования современных методов
интенсификации теплообмена при
течении гравитационно стекающих
тонких пленок по плоским поверхностям
с нагревателями и по оребренным поверхностям.
Указанного ниже результата в предлагаемом
дистилляторе достигают за счет конструктивных
особенностей аппарата, а также за
счет использования методов интенсификации
теплообмена путем управления формированием
структур и разрывом пленки на гладких
поверхностях с нагревателями и
на оребренных поверхностях, а также
использованием эффекта Пельтье, заключающегося
в том, что при протекании тока
через два соприкасающихся полупроводника
от одного к другому, пластина нагревается
с одной стороны и охлаждается
с другой.
Для осуществления способа дистилляции
однородных жидкостей и разделения
смесей жидкостей предлагается дистиллятор,
содержащий рабочую камеру в виде
вертикально расположенного полого
прямоугольного параллелепипеда из
теплоизолирующего материала, объем
которого разделен термоэлектрической
секцией с элементами Пельтье
на две сообщающиеся камеры: камеру
испарения и камеру конденсации,
с патрубками входа исходной жидкости
и выхода дистиллята и отработанной
жидкости. Термоэлектрическая секция
представляет собой две вертикально
установленные на дно рабочей
камеры пластины из теплопроводного
материала, между которыми расположены
элементы Пельтье, причем поверхность
одной пластины является гладкой
рабочей поверхностью камеры испарения,
поверхность другой пластины является
оребренной рабочей поверхностью камеры
конденсации. На пластину термоэлектрической
секции, смежную с камерой испарения
устанавливают пленкоформирователь,
состоящий из накопительной камеры,
распределительного устройства и сопла
с калиброванной плоской щелью.
В рабочую поверхность камеры
испарения заделывают один, два или
более локальных нагревателей специальной
конструкции для управления путем
периодического изменения электрической
нагрузки на них формированием структур
и разрывом пленки, что в условиях
интенсивного испарения позволяет
избежать резкого утонения пленки жидкости
в межструйной области и соответственно
разрыва и достичь существенной
интенсификацией теплообмена. Локальные
нагреватели заделывают в пластину так,
чтобы обеспечить условия "идеальной"
смачиваемости поверхности. Неиспарившуюся
жидкость с высокой степенью минерализации
удаляют из дистиллятора через патрубок
выхода отработанной жидкости, причем
все ее тепло утилизируют. На охлаждаемую
рабочую поверхность камеры конденсации
наносят микрооребрение со встречным
направлением диагональных полос, приводящее
к перераспределению конденсата и формированию
струй, и располагают специальные сборники-ловушки,
при помощи которых удаляют излишки конденсата,
что позволяет интенсифицировать процесс
теплообмена при конденсации.
Сопоставительный анализ с прототипом
показывает, что предлагаемый способ
отличается тем, что осуществляют нагрев
и испарение стекающей под
действием гравитации по вертикальной
плоской поверхности с локальным
нагревателем тонкой пленки жидкости
с толщиной микронного диапазона, для
достижения существенной интенсификации
теплообмена в пленках и струях
жидкости и конденсата осуществляют
управление формированием термокапиллярных
структур и струйными течениями
на гладкой рабочей поверхности
камеры испарения с помощью периодического
изменения электрической нагрузки
на локальном нагревателе и на
оребренной рабочей поверхности
камеры конденсации за счет использования
особой формы оребрения со специальными
сборниками-ловушками конденсата.
Предлагаемое устройство отличается
от прототипа тем, что рабочая
камера представляет собой вертикально
расположенный полый прямоугольный
параллелепипед, объем которого разделен
термоэлектрической секцией с элементами
Пельтье на две сообщающиеся камеры:
камеру испарения, камеру конденсации.
Термоэлектрическую секцию выполняют
в виде двух вертикально установленных
на дно рабочей камеры пластин
из теплопроводного материала, между
которыми расположены элементы Пельтье.
Причем поверхность одной пластины
является гладкой рабочей поверхностью
камеры испарения, поверхность другой
пластины является оребренной рабочей
поверхностью со специальными сборниками-ловушками
конденсата камеры конденсации. Один или
несколько локальных нагревателей заделывают
в рабочую поверхность камеры испарения
так, чтобы обеспечить условия "идеальной"
смачиваемости поверхности. Пленкоформирователь
устанавливают в камере испарения на рабочую
поверхность камеры испарения.
При поиске совокупности признаков, тождественных
всем признакам заявленного изобретения,
в приведенных выше аналогах и
других источниках патентной и научно-технической
литературы соответствий не обнаружено,
что подтверждает соответствие данного
изобретения критерию "новизна".
Достигаемый технический результат
заявляемого изобретения заключается
в обеспечении высокой энергетической
эффективности дистиллятора. При
значении холодильного коэффициента однокаскадного
термоэлектрического элемента (отношении
холодильной мощности к мощности,
затрачиваемой на совершение работы
обратного термодинамического цикла),
равного 0,577, тепловая энергия, передаваемая
в камеру испарения, позволяет экономить
до 26% общей тепловой мощности, необходимой
для получения дистиллята.
Предлагаемое решение обеспечивает
универсальность устройства, простоту
и технологичность конструкции.
Все элементы конструкции изготавливают
на базе серийно выпускаемых изделий.
Отсутствие подвижных деталей обеспечивает
высокую долговечность, надежность
и безопасность системы, низкий уровень
шума и простоту обслуживания. Отсутствие
расходуемых материалов снижает
эксплуатационные расходы. Отсутствие
интенсивного кипения и непрерывный
выпуск воды из камеры испарения предотвращает
камнеобразование и позволяет работать
с жидкостями любого качества. Дистиллятор
является проточным.
Дистилляция находит применение в
химической, гидролизной, нефтеперерабатывающей
и во многих отраслях пищевой промышленности.
Список использованной
литературы
- Сийрде Э. К. и др. Дистилляция. – Москва, 1991;
- Малтабар B.Mосква, Фертман Г.И. Технология коньяка. – 2-е изд. – Москва, 1971;
- Багатуров С. А. Основы теории и расчета перегонки и ректификации. – 3-е изд. – Москва, 1974;
- Стабников В. Н. и др. Ректификация в пищевой промышленности: Теория процесса, машины, интенсификация. – Москва.