От лабораторного роторного испарителя — к промышленному выпарному аппарату

[uzikoff]

Спасибо за вопрос. Теплопередача в DFE определяется обычными и достаточно хорошо изученными процессами: теплоотдачей при конденсации греющего пара, теплопроводностью стенки барабана и теплоотдачей к плёнке раствора на его внутренней поверхности.

Каждая из этих составляющих зависит от конкретного режима. Для конденсации особенно важно содержание неконденсируемых газов — их накопление заметно снижает коэффициент теплоотдачи, поэтому в конструкции предусмотрена их сдувка. Со стороны раствора теплоотдача зависит, в частности, от толщины и гидродинамики плёнки, физических свойств и концентрации раствора, а также режима кипения.

Поэтому на данном этапе разумнее оперировать не отдельными коэффициентами, а ожидаемым общим коэффициентом теплопередачи U, который для предварительных расчётов DFE можно оценивать ориентировочно в диапазоне 800–1500 Вт/(м²·К) в зависимости от режима и свойств раствора. Тогда тепловой поток определяется обычным соотношением q″ = U·ΔT, где температурный напор задаётся температурами конденсации греющего пара и кипения раствора. Для концентрированных растворов необходимо, конечно, учитывать температурную депрессию кипения.

Здесь появляется важная конструктивная особенность DFE. Для увеличения производительности не обязательно существенно увеличивать диаметр или усложнять аппарат — теплообменная поверхность можно наращивать главным образом увеличением длины барабана. При неизменном диаметре площадь поверхности растёт практически пропорционально длине. При этом дополнительная длина — это в основном относительно простые элементы: тонкостенная цилиндрическая обечайка, наружный корпус и дополнительные промежуточные роликовые опоры. Поэтому стоимость аппарата не должна возрастать пропорционально его теплообменной поверхности: наиболее сложные торцевые узлы, привод, системы подачи и выгрузки остаются практически теми же. Это потенциально является одним из существенных преимуществ масштабирования DFE.

Аналогично, я не ожидаю большого крутящего момента на приводе барабана. Если непрерывная механическая очистка действительно поддерживает внутреннюю поверхность достаточно чистой, тяжёлый очищающий стержень со спиральными навивками не должен скользить по неподвижной загрязнённой поверхности — он перекатывается по вращающейся стенке под действием собственного веса. Основные механические сопротивления тогда связаны с сопротивлением качению, деформацией гибких навивок, перемешиванием и подъёмом слоя жидкости, трением в опорах и приводе. Само образование и перенос жидкой плёнки также не требует подъёма всего объёма раствора: при вращении барабана вовлекается преимущественно сравнительно тонкий пристенный слой.

Поэтому исходная инженерная гипотеза DFE состоит в том, что большая теплообменная поверхность может сочетаться с относительно небольшой механической мощностью привода, а увеличение производительности может достигаться преимущественно увеличением длины барабана.

Но именно эти два положения — реальный коэффициент теплопередачи при длительной работе и фактический крутящий момент привода в условиях образования отложений — должны стать одними из основных измеряемых параметров опытной установки.