CS259921B1

CS259921B1 - Apparatus for continuous adiabatic thickening of solutions

Info

Publication number: CS259921B1
Application number: CS869720A
Authority: CS
Inventors: Drahomir Jurajda
Original assignee: Drahomir Jurajda
Priority date: 1986-12-22
Filing date: 1986-12-22
Publication date: 1988-11-15
Also published as: CS972086A1

Abstract

Podstatou zařízení je to, že pracovní kompresor je sací větvi napojen na odpařovací nádobou a výtlačnou větví na vstup do kondenzátorů rozpouštědla přichyceného ke dnu varného žlabu. Dopravní čerpadlo zahuštované kapaliny je výtlačnou větví napojeno přes systém proti proudých výměníků na vstup do varného žlabu a vývod zahuštěné kapaliny je vyveden přes protiproudý výměník do zásobní nádrže. Odvod kondenzátu ze směrné nádoby je vyveden přes protiproudé výměníky do zásobní nádrže kondenzátu. Při tom pracovní kompresor, odpařovací nádoba s integrovaným kondenzátorem a sběrnou nádobou i všechny protiproudé výměníky jsou od vnějšího okolí tepelně izolovány.The essence of the device is that the working compressor is connected by a suction branch to the evaporation vessel and by a discharge branch to the inlet of the solvent condensers attached to the bottom of the boiling trough. The transport pump of the thickened liquid is connected by a discharge branch via a system of counter-current exchangers to the inlet of the boiling trough and the outlet of the thickened liquid is led through a counter-current exchanger to the storage tank. The condensate drain from the directional vessel is led through counter-current exchangers to the condensate storage tank. In this case, the working compressor, the evaporation vessel with integrated condenser and collection vessel and all counter-current exchangers are thermally insulated from the external environment.

Description

Vynález se týká zařízení pro kontinuální adiabatické zahušťování roztoků a řeší problém totálního využití kondenzačního tepla odpařované kapaliny pro vlastní technologický proces.The invention relates to a device for continuous adiabatic thickening of solutions and solves the problem of total utilization of condensation heat of vaporized liquid for the actual technological process.

Zahušťování roztoků odpařováním rozpouštědla, především v případě vodných roztoků, je proces energeticky velmi náročný a možnosti následného využití kondenzačního tepla odpařené kapaliny jsou především v letním období ve většině průmyslových podniků omezené. V řadě racionálně řešených chemických nebo potravinářských provozů se sice část kondenzačního tepla získá v protiproudých výměnících a využívá např. pro předehřev surovin pro jiný technologický proces. Značná část tepla uvolněného při kondenzaci odpařené kapaliny, někdy i všechno teplo však odchází z provozu do okolního prostředí jako tzv. <pdpadní, nízkopotenciální nevyužitelné teplo. Ze známých případů, kde se podstatná Část kondenzačního tepla uvolněného v zařízení využívá pro vlastní technologický proces, je možno jmenovat především destilační kolony a jeden ze známých postupů přípravy pokrmů - dušení.Concentration of the solutions by solvent evaporation, especially in the case of aqueous solutions, is a very energy intensive process and the possibilities for subsequent use of the condensation heat of the vaporized liquid are limited in most industrial enterprises, especially in summer. In many rationally designed chemical or food processing plants, some of the condensation heat is obtained in counterflow heat exchangers and is used, for example, for preheating raw materials for another technological process. Much of the heat released by the condensation of the vaporized liquid, but sometimes all of the heat goes out of operation into the environment as the so-called low-potential, unusable heat. Among the known cases where a substantial part of the condensation heat released in the plant is used for the actual technological process, mention may be made in particular of distillation columns and one of the known methods of food preparation - stewing.

Problém totálního využití kondenzačního tepla kapalin odpařených při vlastním technologickém procesu řeší zařízení pro kontinuální adiabatické zahušťování roztoků podle vynálezu. Zařízení sestává z odpařovací nádoby, pracovního kompresoru s kondenzátorem par odpařeného rozpouštědla, dopravního čerpadla zahušťované kapaliny, systému protiproudých výměníků pro předehřev zahušťované kapaliny a zásobních nádrží zahušťované a zahuštěné kapalin i kondenzátu rozpouštědla. Podstata vynálezu spočívá v tom, že pracovní kompresor je sací větvi.napojen na odpařovací nádobu a výtlačnou větví na vstup do kondenzátoru par rozpouštědla přichýceného ke dnu varného žlabu odpařovací nádoby.The problem of total utilization of condensation heat of liquids evaporated during the actual technological process is solved by the device for continuous adiabatic thickening of the solutions according to the invention. The equipment consists of an evaporator vessel, a working compressor with a vaporized solvent vapor condenser, a condensed liquid transport pump, a countercurrent heat exchanger system for the condensed liquid pre-heating, and condensed and concentrated liquid storage tanks and solvent condensate. The principle of the invention consists in that the working compressor is connected to the evaporation vessel by means of a suction branch and by a discharge branch to the inlet of the solvent vapor condenser attached to the bottom of the cooking vessel of the evaporation vessel.

Dopravní čerpadlo zahušťované kapaliny je výtlačnou větví napojeno přes systém protiproudých výměníků na vstup do varného žlabu odpařovací nádoby. Vývod zahuštěné kapaliny ze sběrné jímky je napojen přes protiproudý výměník pro ohřev zahušťované kapaliny do zásobní nádrže zahuštěné kapaliny. Odvod kondenzátu rozpouštědla ze sběrné nádoby je napojen přes druhou větev protiproudých výměníků do zásobní nádrže. Při tom pracovní kompresor, odpařovací nádoba s integrovaným kondenzátorem a sběrnou nádobou kondenzátu i všechny protiproudé výměníky jsou od vnějšího okolí tepelně izolovány.The conveyor pump of the thickened liquid is connected to the inlet into the cooking trough of the evaporation vessel via a discharge branch via a system of counter-current exchangers. The outlet of the thickened liquid from the sump is connected through a countercurrent heat exchanger for heating the thickened liquid to the thickened liquid storage tank. The solvent condensate drain from the collecting vessel is connected through the second branch of the countercurrent exchangers to the storage tank. The working compressor, the evaporator tank with integrated condenser and the condensate collecting tank and all the counterflow heat exchangers are thermally insulated from the outside.

Výhodou zařízení podle vynálezu je to, že potřeba energie pro vlastní zahušťování je minimálně desetkrát nižší než u zahušťovacích zařízení soudobých typů, možnost odpařovat rozpouštědlo za sníženého tlaku, dále to, že při jedné technologické operaci se získá jak žádaná zahuštěná kapalina, tak Čisté rozpouštědlo.The advantage of the device according to the invention is that the energy requirement for self-thickening is at least ten times lower than that of thickeners of the present type, the possibility of evaporating the solvent under reduced pressure, and that in one technological operation both the desired concentrated liquid and pure solvent are obtained.

Na obr. 1 je obecné schéma zařízení podle vynálezu, na obr. 2 je ve zjednodušeném schematickém řezu příklad jednoho z možných konstrukčních řešení odpařovací nádoby s integrovaným kondenzátorem par rozpouštědla.Fig. 1 is a general diagram of the device of the invention; Fig. 2 is a simplified schematic sectional view of one possible embodiment of an evaporator vessel with an integrated solvent vapor condenser.

Zařízení sestává z odpařovací nádoby j?, jejíž dno tvoří jeden nebo více varných žlabůThe apparatus consists of an evaporation vessel 10, the bottom of which comprises one or more cooking troughs

2.1 uspořádaných do spádu a ústících do jímky 2.2 zahuštěné kapaliny. Ke dnu odpařovací nádoby je přichycen kondenzátor 3. par rozpouštědla, napojený sérií trubek 3.3 dílčího svodu kondenzátu do sběrné nádoby 3j4. Na obr. 1 jsou schematicky zakresleny i skapávací plechy2.1 arranged in a slope and discharging into a sump 2.2 of the concentrated liquid. A solvent vapor condenser 3 is attached to the bottom of the evaporation vessel, connected by a series of condensate sub-conduit tubes 3.3 to a collection vessel 34. The dripping plates are also schematically shown in FIG

3.1 kondenzátu na teplosměnné ploše mezi kondenzátorem a odpařovacím žlabem a přepážky 3.2 u jednotlivých trubek 3.3 dílčího svodu kondenzátu.3.1 of condensate on the heat exchange surface between the condenser and the evaporator trough and the partition 3.2 of the individual condensate drain pipes 3.3.

Pracovní kompresor I. je sací větví napojen na odpařovací nádobu 2 přes odlučovač 1.1 kapek vroucí zahušťované kapaliny 2.3 stržených proudem par k sacímu otvoru. Výtlačná větev kompresoru (exhaustoru) 1^ je napojena na vstup do kondenzátoru 3,. Zahuštěná kapalina je ze sběrné jímky 2.2 vyvedena přes automatický odpouštěcí venitl 2<4 do protiproudého výměníku 4_ a odtud do sběrné nádrže zahuštěné kapaliny. Kondenzát rozpouštědla je ze sběrné nádoby 3.4 vyveden přes samočinný odpouštěcí ventil 3.5 do protiproudého výměníku 5.1 a odtud přes protiproudý výměník 5. do sběrné nádrže 10 kondenzátu rozpouštědla. Zahušťovaná kapalina je ze zásobní nádrže 1_ dopravována čerpadlem £ přes paralelně napojené protiproudé výměníky 4 a do výměníku 5.1 a odtud přes startovací a pomocný výměník 6. na vstup do varného žlabu 7.1.The working compressor 1 is connected to the evaporation vessel 2 via a suction branch via a drop separator 1.1 of a boiling thickened liquid 2.3 entrained by the vapor stream to the suction opening. The discharge line of the compressor 1 is connected to the inlet to the condenser 3. The thickened liquid is discharged from the collecting sump 2.2 via an automatic drain valve 24 to an upstream exchanger 4 and from there to the collecting tank of the thickened liquid. The solvent condensate is discharged from the collecting vessel 3.4 via a self-draining valve 3.5 to a countercurrent exchanger 5.1 and from there via a countercurrent exchanger 5 to a solvent condensate collecting tank 10. The thickened liquid is transported from the storage tank 7 through the pump 4 via parallel connected upstream exchangers 4 and into the exchanger 5.1 and from there via the start and auxiliary exchanger 6 to the inlet of the cooking trough 7.1.

Vzájemný poměr m^:m₂ podílů zahušEované kapaliny protékající výměníky 4 a 5 ]θ udržován regulačními Šoupátky 8.1 a 8.2. Varná nádoba 2, kondenzátor 2, sběrné nádrže 2 a 10. jsou opatřeny kombinací uzavíracího a dvoucestného ventilu 2.6, 3.6, 9.2 a 10.2 pro zavzdušnění příslušné sekce zařízení nebo její napojení na pomocnou vývěvu před startem studeného zařízení.The ratio m m: m _{2 of the} fractions of the thickened liquid flowing through the exchangers 4 and 5 θ is maintained by the control valves 8.1 and 8.2. The cooking vessel 2, the condenser 2, the collecting tanks 2 and 10 are provided with a combination of shut-off and two-way valves 2.6, 3.6, 9.2 and 10.2 to vent the respective section of the plant or to connect it to the auxiliary pump before starting the cold plant.

Dvbucestné ventily 9.3 a 10.3 slouží pro evakuaci nádrží 2 a 12 před vypouštěním obsahu z nádrží 2 ^a 10 ^a naopak k jejich zavzdušnění před vypouštěním kapalin ze zařízení. Symbolem V je označeno připojení příslušných ventilů na pomocnou vývěvu (před startem studeného zařízení nebo před přepouštěním obsahu sběrných nádrží). Soubor dvoucestných ventilů 9.1,9.4, 71 a 7.2 umožňuje nastavit jakoukoliv potřebnou kombinaci proudění kapalin mezi nádržemi 7_,The two-way valves 9.3 and 10.3 serve to evacuate the tanks 2 and 12 before the contents are discharged from the tanks 2 ^and 10 ^and vice versa to aerate them before the liquids are discharged from the device. The symbol V indicates that the associated valves are connected to the auxiliary pump (before starting a cold system or before draining the collecting tank contents). The set of two-way valves 9.1,9.4, 71 and 7.2 makes it possible to set any necessary combination of fluid flow between the tanks 7,

2, 10 (např. při proplachování zařízení čisticí kapalinou z externího zdroje a jejím jímáním do nádrže 2» recirkulaci zahušEované kapaliny při startu studeného zařízení apod.).2, 10 (eg by flushing the device with cleaning liquid from an external source and collecting it into the tank 2 »to recirculate the thickened liquid when starting a cold device, etc.).

Funkce‘-září zení je tato: ZahušEovaná kapalina 2,3 stéká samospádem varným žlabem 2.1 a teplem předávaným dnu varného žlabu kondenzátorem 2 j® udržována ve varu. Pracovní kompresor (exhauStor) 2 nasává sytou suchou páru rozpouštědla přes odlučovač 1.1 stržených kapek vroucí kapaliny o střední teplotě a komprimuje ji na tlak P₂· Výtlačná větev kompresoru 2 í^enapojená na spodní., vstup kondenzátoru 2, který je skapávacími plechy 3.1 a přepážkami 3.2 rozdělen do více sekcí, z nichž je samostatnými trubkami 3.3 dílčího svodu odváděn kondenzát rozpouštědla do sběrné nádoby 3.4.The function of the apparatus is as follows: The condensed liquid 2,3 flows through a gravity chute 2.1 and the heat transmitted to the bottom of the chute by a condenser 2 being kept boiling. Working compressor (exhauStor) 2 sucks saturated dry steam solvent through the trap 1.1 entrained droplets boiling liquid medium temperature and compresses it to a pressure P ₂ · Discharge branch compressor 2 s ^e connected to the bottom., Input capacitor 2 which is skapávacími sheets 3.1 and divided into several sections by means of partitions 3.2, of which the condensate of solvent is discharged through separate tubes 3.3 of the partial drain into the collecting vessel 3.4.

Ze sběrné nádoby 3.4 je kondenzát o teplotě odpouštěn automatickým ventilem 3.5 přes výměníky 5.1 a 5 do zásobní nádrže 10 kondenzátu. Zahuštěná kapalina o teplotě je z jímky 22 odpouštěna automatickým ventilem 24 přes protiproudý výměník 2 do zásobní nádrže 2· Dopravní čerpadlo 2 čerpá zahušEovanou kapalinu ze zásobní nádrže 2 přes paralelně spojené protiproudé výměníky 2 ^a 2 ^a odtud přes výměníky 51 a 6 na vstup do varného žlabu 2,1. Regulačními šoupátky 8.1 a 8.2 je nastavován poměr 111^:1x12, (m^ + m₂ = m) , kde m^ je množství čerpané kapaliny protékající za jednotku času výměníkem 2, množství čerpané kapaliny protékající výměníkem 2 ^a ih je celkové množství kapaliny čerpané za jednotku času.From the collecting vessel 3.4, the temperature condensate is discharged by the automatic valve 3.5 via the exchangers 5.1 and 5 into the condensate storage tank 10. The thickened liquid of temperature is discharged from the sump 22 via an automatic valve 24 via a countercurrent exchanger 2 to a storage tank 2. The pump 2 pumps the thickened liquid from the storage tank 2 through parallel connected countercurrent exchangers 2 ^and 2 ^and from there via exchanger 51 and 6 trough 2.1. The control valves 8.1 and 8.2 set the ratio 111 ^: 1x12, (m ^ + m ₂ = m), where m ^ is the amount of pumped liquid flowing through the exchanger 2, the amount of pumped liquid flowing through the exchanger 2 ^and ih is the total amount of pumped liquid per unit of time.

Na obr. 1 je naznačeno ideální možné seřízení průtoku oběma výměníky a to takové, že na výstupu z výměníku 2 5 je teplota obou proudů čerpané kapaliny stejná a před vstupem do výměníku 5.1 nedochází ke zbytečným energetickým ztrátám v důsledku nevratného procesu míšení kapalin nestejné teploty. Očelnost začlenění výměníku 5.1 za výměníky 4 a 5 je podmíněna tím, že teplota kondenzátu odváděného ze sběrné nádoby 3.4 je vyšší než teplota zahuštěné kapaliny odváděné ze sběrné jímky 2.2 na vstup do výměníku 2· Na obr. 1 je rovněž naznačeno, že teplota čerpané kapaliny má po výstupu z pomocného výměníku 2 (^v idealizovaném případě již po výstupu z výměníku 5.1) teplotu T^, tzn. teplotu potřebnou pro var dosud nezahuštěného roztoku při tlaku P^ (což je situace na vstupu do varného žlabu 2.1).In Fig. 1, the ideal possible adjustment of the flow through both exchangers is indicated, such that at the outlet of the exchanger 25 the temperature of the two pumped liquid streams is the same and there is no unnecessary energy loss due to the irreversible mixing process. The purpose of incorporating the exchanger 5.1 after the exchangers 4 and 5 is that the temperature of the condensate discharged from the collecting vessel 3.4 is higher than the temperature of the condensed liquid discharged from the collecting sump 2.2 to the inlet of the exchanger 2. has upon exiting from the auxiliary heat exchanger 2 ⁽ⁱⁿ the idealized case after leaving exchanger 5.1), the temperature T ^, i. the temperature required for boiling the solution not yet concentrated at the pressure P ^ (which is the situation at the entrance to the cooking trough 2.1).

V odpařovací nádobě 2 se tudíž ustaví fázová rovnováha kapalina-pára při tlaku P^, ovšem při nestejné teplotě a koncentraci rozpouštěné látky v zahušEované kapalině. Teplota zahuštěné kapaliny (Tp u vtoku do sběrné jímky 2.2 bude vyšší než teplota (T^) nezahuštěné kapaliny na vstupu do varného žlabu 2,1. Pára rozpouštědla o teplotě nasávaná z odlučovače kapekThus, a liquid-vapor phase equilibrium is established in the evaporation vessel 2 at a pressure P 1, but at an unequal temperature and concentration of the solute in the concentrated liquid. The temperature of the concentrated liquid (Tp at the sump inlet 2.2) will be higher than the temperature (T ^) of the unconcentrated liquid at the inlet of the cooking trough 2.1.

1.1 do pracovního exhaustoru 2 bude mít tudíž charakter mírně přehřáté páry. Aby se udržela stejná intenzita varu zahušEované kapaliny 2.3 po celé délce varného žlabu 2.1, musí naopak teplota kondenzace přehřátých par rozpouštědla dopravovaných pracovním kompresorem na vstup do kondenzátoru 2 ^s j®ho délkou úměrně klesat. To zajišEuji jak skapávací plechy 3.1, tak přepážky 3.2 před každou trubkou 3.3 dílčího odvodu kondenzátu. Pokles teploty kondenzace (a tudíž i pokles tlaku s délkou kondenzátoru) je na obr. 1 naznačen odstupňovanou výškou hladiny kondenzátu v jednotlivých trubkách 3.3 dílčího svodu kondenzátu do sběrné nádoby 3.4.1.1 to the working exhaust 2 will therefore have the character of a slightly superheated steam. In order to maintain the boiling intensity of the condensed liquid 2.3 over the entire length of the cooking trough 2.1, on the contrary, the condensation temperature of the superheated solvent vapors transported by the working compressor to the inlet of the condenser 2 ^of its length must decrease proportionally. This is ensured by both the drip plates 3.1 and the partition 3.2 in front of each condensate drain pipe 3.3. The drop in the condensation temperature (and hence the pressure drop with the length of the condenser) is indicated in FIG.

V principu může být zařízení dle obr. 1 seřízeno tak, že v odpařovací nádobě 2_ je za provozu podtlak a v kondenzátoru je přetlak, atmosférický tlak nebo ještě podtlak, ve výjimečných případech tak, že jak v kondenzátoru 3, tak v odpařovací nádobě 2 bude v provozních podmínkách přetlak (tato situace přichází v úvahu pouze v případech, kdy budou zahuštovány roztoky látek, u nichž má použité rozpouštědlo bod varu blízký teplotě okolí).In principle, the device according to FIG. 1 can be adjusted so that in the evaporation vessel 2 there is underpressure in operation and in the condenser there is overpressure, atmospheric pressure or even underpressure, in exceptional cases so that both the condenser 3 and the evaporation vessel 2 overpressure under operating conditions (this situation is only applicable if the solutions of substances for which the solvent used has a boiling point close to ambient temperature are to be concentrated).

Zařízení je možno uvést do provozního rovnovážného stavu tímto způsobem:The equipment can be brought into operational equilibrium as follows:

Jednotlivé sekce zařízení se prostřednictvím ventilů 2.6, 3,6, 9.2, 10.2 připojí k pomocné vývěvě a evakují se na hodnotu odpovídající tenzi par rozpouštědla při teplotě okolí (T_o>. Dvoucestné ventily 9.1 a 9.4 se nastaví tak, aby zahuštovaná kapalina z výměníku ± tekla zpět do zásobní nádrže 2 a spustí se pracovní čerpadlo ji·The individual sections of the equipment are connected to the auxiliary pump via valves 2.6, 3.6, 9.2, 10.2 and evacuated to a value corresponding to the solvent vapor pressure at ambient temperature (T _o >. Adjust the two-way valves 9.1 and 9.4 so that the thickened liquid from the exchanger ± flowed back into the storage tank 2 and the working pump starts it ·

Regulačním šoupátkem 6.1 se otevře přívod externího tepla (Qg) do pomocného výměníku 2· Po dosažení pracovní teploty T₁ po celé délce varného žlabu 2.1 se zapne pracovní kompresor 2 a plynule s nárůstem teploty ve sběrné nádobě 3.4 kondenzátu se omezuje přívod externího tepla Qg až na nulovou nebo nezbytně nutnou hodnotu, potřebnou pro rovnovážný chod zařízení.The control valve 6.1 opens the external heat supply (Qg) to the auxiliary exchanger 2 · After reaching the working temperature T ₁ along the entire length of the cooking trough 2.1, the working compressor 2 is switched on and the external heat supply Qg to to the zero or necessary value necessary for the equilibrium operation of the device.

Pro dokonalou funkci zařízení je nezbytné, aby především odpařovací nádoba 2, kondenzátor 2 ^a pracovní kompresor 2 byly od vnějšího okolí co nejlépe izolovány. Za předpokladu ideální izolace těchto částí zařízení budou samotné procesy odpařování a kondenzace na teplosměnné ploše styku kondenzátoru 2» ^s varným žlabem 2.1, nahlíženo globálně z hlediska okolí, probíhat adiabaticky.For the perfect functioning of the device, it is necessary, above all, that the evaporation vessel 2, the condenser 2 ^{and the} working compressor 2 are best isolated from the external environment. Assuming the ideal isolation of these parts of the plant, the evaporation and condensation processes on the heat exchange surface of the condenser 2 contact ^{with the} cooking trough 2.1, viewed globally from the environmental point of view, will be adiabatic.

Mechanická práce L vnášená do systému pracovním kompresorem 2 ^a pomocné teplo Qg budou ze systému odváděny jak zahuštěnou kapalinou z výměníku £, tak kondenzátem rozpouštědla vytékajícím z výměníku 5. Na obr. 2 je ve schematickém řezu zakresleno jedno z možných konstrukčních řešení uzlové části zařízení a jejich tepelné izolace. Odpařovací nádobu 2 tvoří podtlaková válcová nádoba uzavřená zespodu pevným a seshora odklopným víkem 2.5 s varným žlabem 2.1 vinutým společně s kondenzátorem 2 jako dvojitá spirála p.o vnitřní stěně válce. Ve střední části válcové dutiny je umístěn odlučovač 11 kapek a k jeho výstupu je na přírubu připojen sací větví pracovní kompresor 2·The mechanical work L introduced into the system by the working compressor 2 ^{and the} auxiliary heat Qg will be removed from the system by both the thickened liquid from the exchanger 8 and the solvent condensate exiting the exchanger 5. FIG. 2 shows one schematic section of one of the possible solutions their thermal insulation. The evaporation vessel 2 consists of a vacuum cylindrical vessel closed from below with a fixed and top-hinged lid 2.5 with a cooking trough 2.1 wound together with the condenser 2 as a double spiral on the inner wall of the cylinder. In the central part of the cylindrical cavity there is a droplet separator 11 and a working compressor 2 is connected to the flange through the suction branch.

Trubice vinutého kondenzátoru 2 xiá průřez písmene D přiléhajícího rovnou stranou ke dnu varného žlabu 2.1. Funkci skapávacích plechů 3.1 zajištujících i potřebný gradient tlaku v kondenzátoru zajištuje v tomto případě jeho samotná délka při relativně úzkém průřezu, funkci přepážek 3.2 plní seříznuté konce trubic 3;3 dílčího odvodu kondenzátu zapuštěné v pravidelných odstupech do dna spirály kondenzátoru 2· V takto uspořádané uzlové části zařízení. Izolované z vnější strany např. vrstvou 150 mm tvrdé polyuretanové pěny, bude ztrátové teplo <Q_Z( unikající za jednotku času do vnějšího okolí ve srovnání s kondenzačním teplem (r) převáděným přes teplosměnnou plochu kondenzátor 2 “ varný žlab 2.1 zcela zanedbatelné a v úvahách o celkové účinnosti zařízení se nemusí uvažovat.The winding condenser tube 2 x has a cross-section of the letter D adjacent to the bottom of the cooking trough 2.1. The function of the dripping plates 3.1 providing the necessary pressure gradient in the condenser is ensured in this case by its very length at a relatively narrow cross-section. equipment parts. Insulated from the outside by eg a layer of 150 mm rigid polyurethane foam, the heat loss <Q _Z (leaking per unit of time to the outside compared to the condensation heat (r) transferred through the heat exchange surface 2 "cooking chute 2.1 will be negligible) the overall efficiency of the equipment need not be considered.

Z fyzikálního hlediska představuje kombinace kompresoru 2» odpařovací nádoby 2 a kondenzátoru 2» uspořádaná podle vynálezu, speciální případ tepelného čerpadla, u kterého je chladivém rozpouštědlo protékající kontinuálně ve formě zahuštovaného roztoku varným žlabem 2.1. Odpařovací nádoba 2 je v tomto uspořádání nejen výparníkem tepelného čerpadla, ale i prostředím, kam se odvádí teplo uvolněné v kondenzátoru. Kondenzátor 2 3^e naopak i prostředím, ze kterého výparník tepelného čerpadla teplo odnímá.From a physical point of view, the combination of the compressor 2 »of the evaporator vessel 2 and the condenser 2» arranged according to the invention is a special case of a heat pump in which the cooling solvent flows continuously in the form of a thickened solution through a cooking trough 2.1. In this arrangement, the evaporation vessel 2 is not only the evaporator of the heat pump but also the environment where the heat released in the condenser is removed. 2 condenser ³ and vice versa and the environment from which the evaporator of the heat pump removes heat.

λλ

S ohledem na to, že množství rozpouštědla (A^), které se ve varném žlabu 2.1 za jednotku češu odpaří je vždy menší, než celkové množství (ih) kapaliny protékající výměníky 5.1 a 6, nebude zpravidla množství tepla předané zahušťované kapalině ve výměníku 5.1 dostačovat na její předehřátí na potřebnou hodnotu T^i Z tohoto důvodu bude zpravidla nutné přivádět i po startu zařízení určité množství tepla (Qg) (srovnatelné s velikostí mechanické práce dodávané do systému kompresorem 2) ^z vnějšího zdroje do pomocného výměníku ji·Given that the amount of solvent (A ^) that evaporates in the cooking trough 2.1 per unit of Bohemian is always less than the total amount (s) of liquid flowing through the exchangers 5.1 and 6, the amount of heat transferred to the concentrated liquid in the exchanger 5.1 For this reason, it will usually be necessary to supply a certain amount of heat (Qg) (comparable to the amount of mechanical work supplied to the system by the compressor 2) ^{from the} external source to the auxiliary heat exchanger after the start of the device.

Hodnotit účinnost zařízení podle vynálezu bude možno technologickoekonomickým faktorem (^eTE), což je koeficient analogický ne zcela objektivnímu topnému faktoru (^Et) používanému prt hodnocení účinnosti klasických tepelných čerpadel.The efficiency of the device according to the invention can be evaluated by a technology-economic factor ( ^e TE), a coefficient analogous to the not entirely objective heating factor ( ^E t) used for evaluating the efficiency of conventional heat pumps.

(Topný faktor sám o sobě nevystihuje exergetickou kvalitu produkovaného tepla). Faktor &j,_E bude definován vzorcem:(The heating factor itself does not represent the exergetic quality of the heat produced). The factor & j, _E will be defined by the formula:

^εΤΕ ~ ®1 ^Z ' ^k<^^e Qj je množství tepla teoreticky potřebného pro získání zahuštěné kapaliny v množství m₂ za jednotku času a navíc pro získání kondenzátu rozpouštědla v množství ráj za jednotku času v případě, že by se neprováděla žádná rekuperace tepla. Q₂ představuje součet mechanické práce L, dodávané do systému za jednotku času kompresorem i a externího tepla Ů_g přiváděného za jednotku času do pomocného výměníku j>. ^ε ΤΕ ~ ®1 ^Z ' ^{k <} ^ ^e Qj is the amount of heat theoretically needed to obtain a condensed liquid in m ₂ per unit of time and, moreover, to obtain solvent condensate in a quantity of paradise per unit of time in the absence of heat recovery . Q ₂ is the sum of the mechanical work L supplied to the system per unit of time the compressor ia external heat in _grams per unit of time fed into the auxiliary heat exchanger j>.

Za předpokladu, že teplota T' zahuštěné kapaliny vystupující z výměníku 4. je stejná jako teplota kondenzátu vystupujícího z výměníku 5, vyplyne z energetické bilance vztah pro Q₂:Assuming that the temperature T 'of the thickened liquid exiting the exchanger 4 is the same as the temperature of the condensate exiting the exchanger 5, the equation for Q ₂ results from the energy balance:

®2 ^{= L +} “ ^(ή1·° ^{+ ň}2-^c9’-^(Tó “ ^To’ ^Α·°·^(τ/> - ^To>' kde c je měrná tepelná kapacita rozpouštědla a c_g měrná tepelná kapacita zahuštěného roztoku v nádrži 9. (U silně zředěných roztoků je možno rozdíl v hodnotách c a c_g zanedbat).®2 ^{= L +} “ ^(or 1 · ° ^{+ ň} 2- ^c 9'- ^(T ó ^{T T} ' ^Α · ° · ^(τ /> - ^T o>' where c is the specific heat capacity of the solvent ac _g specific heat) capacity of the concentrated solution in tank 9. (For heavily diluted solutions, the difference in cac _g values may be neglected).

V případech, že jako technologicky žádoucí produkt je hodnocen i kondenzát rozpouštědla (což bude převážná většina případů), vychází pro hodnotu tato bilance:In cases where solvent condensate (which will be the vast majority of cases) is evaluated as a technologically desirable product, this value is based on the value:

Teplo nezbytně nutné pro přípravu množství m₂ zahuštěného roztoku za jednotku času bude:The heat necessary to prepare an amount of m _{2 of the} concentrated solution per unit of time will be:

Q' = ň.c_?. (T₇ - Τθ) + iňj.r kde r je střední výparní teplo rozpouštědla při teplotě Tj a Τθ je teplota okolí.Q '= n.c _? . (T ₇ - Τθ) + ijj.r where r is the mean evaporative heat of the solvent at Tj and Τθ is the ambient temperature.

Teplo, teoreticky nutné pro přípravu ihj kondenzátu za jednotku času bude:The heat theoretically necessary to prepare ihj condensate per unit of time will be:

Q'' = m^.c. (Τ_χ - Τθ) + m₁.r (Q' + Q~ = Qj) kde c₇ je měrná tepelná kapacita zahušíovaného roztoku v nádrži 7_.Q '' = m ^ .c. _(Τ χ - Τθ) m + _1, R (Q '+ Q ~ = Qj) where _C7 is the specific heat capacity of the solution in the tank zahušíovaného 7_.

Pro technologickoekonomický topný faktor e_TE vychází:For the technological-economic heating factor e _TE :

ε_ΤΕ = DA.c_? + *₁.o) . (Tj-Τθ) + 2 nij.r] / (jrhj-c + m₂.o_g) . (Τθ-Τθ£] , nebo po zjednodušení pro zředěné roztoky:ε _ΤΕ = DA.c _? + * ₁ .o). (Tj-θθ + 2 nij.r] / (jrhj-c + m ₂ .0 _g ). (Τθ-Τθ £] or, after simplification, for dilute solutions:

«_TE * C*-c. (Tj - Τθ) + 2 Aj.fJ/Bl.c. (Τ' - ΤθΠ .« _TE * C * -c. (Tj - θ) + 2 Aj.fJ/Bl.c. (Τ '- ΤθΠ.

Z uvedeného vztahu vyplývá, že hodnota ε_ΤΕ roste prakticky úměrně s hodnotou ráj a že maximální hodnoty může dosáhnout v případě, kdy zařízení bude seřízeno pro totální destilace (*₂ = 0).It follows from this relationship that the value of ε _ΤΕ increases practically in proportion to the value of paradise and that it can reach the maximum value if the plant is adjusted for total distillation (* ₂ = 0).

V tom případě by pro í'_TE platil vztah:In that case, the relation _TEI would be:

^eTE “ ^(T1 - ^To> ^{Z (T}Ó - ^Zo> ^{+ 1 r 7} C^c· ^(t; - ^To0 ^e TE ' ^(T 1 - ^T o> ^{Z (T 0} - ^Z o> ^{+ 1 r 7} C ^c · ^(t ; - ^T o0

Např. pro takto připravovanou destilovanou vodu za podmínek chodu zařízení, kdy Tj = = 353 °K, t_o = 293 °K a Τθ = 313 °K vychází:E.g. for distilled water thus prepared under the conditions of operation of the plant, where Tj = 353 ° K, t _o = 293 ° K and Τθ = 313 ° K:

» 60/20 + 2.2 308/(4,187.20) = 3 + 55,1 = 58 TE *»60/20 + 2.2 308 / (4,187.20) = 3 + 55.1 = 58 TE *

Na základě výpočtu je možno stanovit, že i při nižším podílu odpařeného rozpouštědla.On the basis of the calculation, it can be determined that even with a lower proportion of solvent evaporated.

(kdy se bude poměr iym pohybovat v rozmezí 0,3 až 0,8), bude se hodnota pohybovat v rozmezí 20 až 50, tzn. bude v průměru o jeden řád vyšáí než topný faktor soudobých tepelných čerpadel voda-voda používaných pro vytápění.(where the ratio of iym is in the range of 0.3 to 0.8), the value will be in the range of 20 to 50, i. will on average be one order of magnitude higher than the heating factor of contemporary water-to-water heat pumps used for heating.

Z rozboru poměrů v odpařovací nádobě 2, kde se může výrazně uplatnit ebulioskopický efekt a tudíž i nutnosti řešit adekvátně konstrukčně i kondenzátor 3,, vyplývá, že zařízení bude muset být konstruováno vždy pro jeden účel nebo pro zahušťování takového souboru roztoků, u kterých budou tepelné poměry ve varném žlabu podobné.The analysis of the conditions in the evaporation vessel 2, where the ebulioscopic effect and therefore the necessity to adequately design the capacitor 3, can be demonstrated, that the device will have to be designed for one purpose or for the concentration of such a set of solutions similar conditions in the cooking trough.

Jako uživatelé zařízení pro adiabatické zahušťování roztoků podle vynálezu přicházejí v úvahu chemický průmysl (zahušťování roztoků solí ve vodě, příprava technické destilované vody) farmaceutický průmysl (příprava destilované vody velmi vysoké čistoty několikanásobnou destilaci, izolace sloučenin a léčiv z velmi zředěných roztoků), potravinářský průmysl (zahušťováni ovocných šťáv a jiných potravinářských roztoků) a různá výzkumná a speciální pracoviště. V principu přichází v úvahu i zcela okrajové použití zařízení v miniaturním provedení, jako odsolovač mořské vody pro trosečníky. Vzhledem k vysokému dosažitelnému technologickoekonomickému faktoru je možno zařízení konstruovat tak, aby pracovní kompresor (vývěva) .1 mohl být poháněn lidskou silou a pomocný tepelný výměník J5 byl řešen jako tepelně vodivá hadice uspořádaná do plošného tvaru a přikládaná pod oděvem přímo na lidské tělo.Users of the adiabatic thickening device according to the invention are the chemical industry (thickening of salt solutions in water, preparation of technical distilled water) pharmaceutical industry (preparation of very high purity distilled water by multiple distillation, isolation of compounds and drugs from very dilute solutions) (thickening of fruit juices and other food solutions) and various research and special workplaces. In principle, the marginal use of the device in a miniature design, such as seawater desalination for castaways, is also possible. Due to the high achievable technological-economic factor, the device can be designed in such a way that the working compressor (vacuum pump) 1 can be driven by human force and the auxiliary heat exchanger 15 is designed as a heat conducting hose arranged flat and placed directly under the clothing.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Equipment for continuous adiabatic concentration of solutions consisting of an evaporator vessel, a working compressor with a vaporized solvent vapor condenser, a concentrated liquid transport pump, a countercurrent heat exchanger system for the concentrated liquid, and a concentrated liquid storage tank, concentrated liquid and solvent condensate; (1) the suction branch is connected to the evaporation vessel (2) and the discharge branch to the inlet of the solvent condenser (3) attached to the bottom of the cooking trough (2.1)

a.The thickened liquid transport pump (8) is connected via a discharge branch via two parallel connected upstream heat exchangers (4, 5), then through a upstream heat exchanger (5.1) and a start exchanger (6) to the inlet to the cooking trough (2.1) and from the collecting sump (2.2) it is connected via a counterflow exchanger (4) to the storage tank (9), whereas the drainage of solvent condensate from the collecting vessel (3.4) is connected via countercurrent exchangers (5.1, 5) to the storage tank (10). the compressor (1), the evaporation vessel (2) with the integrated condenser (3) and the collecting vessel (3.4) as well as all counterflow heat exchangers (4, 5, 5.1, 6) are thermally insulated from the outside.