Принцип работы роторного испарителя

Роторный испаритель – это прибор, который позволяет разделить две жидкости с разной температурой кипения, легколетучая жидкость конденсируется и поступает в приемную емкость. Самое широкое применение ротационные испарители нашли в отгонке растворителей и разделении жидкостей с разными физико-химическими свойствами.

В общем смысле принцип действия роторного испарителя основан на физических свойствах жидкостей, а именно на прямой зависимости температуры кипения от давления – чем ниже давление, тем ниже температура кипения. Таким образом, понизив давление, до необходимого значения для конкретного жидкого вещества, можно обеспечить кипение и испарение даже при комнатной температуре. Для примера, при нормальном атмосферном давлении (760 мм рт.ст.) вода кипит при температуре +100 °С, а при давлении 20 мм рт.ст. – кипит при комнатной температуре. Аналогично с другими жидкостями, например, этиловый спирт в обычных условиях кипит при +78,4 °С, а при снижении давления до 40 мм рт.ст. – всего при +19 °С. Кроме влияния давления на скорость и эффективность испарения, влияет также площадь испарения – более тонкие слои жидкости, размещенные на поверхности большей площади, испаряются гораздо быстрее. Этот принцип лежит в основе тонкопленочного испарения, обеспечиваемого как роторными испарителями, так и специальными тонкопленочными испарителями.

Устройство роторного испарителя

Основные элементы конструкции роторного испарителя:

• круглодонная колба, в которой непосредственно происходит испарение, расположенная наклонно (1),
• водяная нагревательная баня, в которую частично помещена испарительная колба (2),
• электрический двигатель, приводящий испарительную колбу в движение (вращение) (3),
• стеклянная трубка со шлифовым соединением, по которой образовавшиеся пары из испарительной колбы поступают в охлаждающий резервуар (обратный холодильник) (4),
• холодильник-конденсатор, в котором пары отгоняемой жидкости охлаждаются и конденсируются (5),
• приемная колба, куда поступает конденсат (6),
• вакуумный насос для создания в системе нужного пониженного давления / вакуума,
• клапан сброса вакуума,
• различные дополнительные элементы и крепления, не влияющие на работу системы кардинально.

В зависимости от конкретных задач, решаемых с помощью роторного испарителя, а также требуемых объемов, можно подобрать оптимальное оборудование – ознакомиться с поставляемыми компанией «Тирит» роторными испарителями можно по ссылке. В каталоге представлены, как лабораторные модели, так и промышленные.

Принцип работы роторного испарителя

В испарительную круглодонную колбу загружается исходный продукт – раствор, из которого необходимо отогнать растворитель или разделить жидкости. Колба расположена под наклоном, частично погружена в нагревательную баню. За счет электромотора колба с раствором вращается вокруг оси ее наклона с постоянной скоростью. Скорость вращения колбы можно регулировать. Основная масса раствора, находящего в колбе, преимущественно погружена в нагревательную баню и, соответственно, нагревается до необходимой температуры. За счет постоянного вращения стенки колбы смачиваются тонким слоем жидкости и образуют пленку, что существенно увеличивает площадь испарения. Зная исходный состав раствора, исследователь задает такие параметры давления и температуры нагревательной бани, которые позволяют испаряться только нужным веществам. Большая площадь испарения позволяет осуществлять процесс максимально эффективно и быстро. Образующиеся в колбе пары поступают по трубке в холодильник и конденсируются, затем стекают в приемный резервуар.

Таким образом, работа ротационного испарителя основана на сочетании следующих принципов:

• разница температур кипения жидкостей, входящих в исходный раствор,
• понижение температуры кипения нужного вещества при снижении давления в системе,
• равномерный прогрев исходного раствора (за счет вращения колбы происходит и перемешивание раствора),
• увеличение площади испарения,
• маленькая толщина слоя.

Назначение ротационных испарителей

Благодаря ключевым принципам действия, распространяющимся на большой спектр веществ (снижение температуры кипения при снижении давления и повышение скорости испарения при снижении толщины слоя образца) и реализованной согласно этим принципам конструкции, ротационные испарители широко применяются для самых разных задач и процессов.

Отгонка растворителя – удаление из исходного образца растворителя после синтеза или экстракции.

Регенерация или рециркуляция растворителя – частная задача отгонки, восстановление растворителя для повторного использования, в роторных испарителях, как уже отмечалось, можно восстановить порядка 90% растворителя из исходного раствора.

Дистилляция – полное или частичное разделение исходного образца на растворитель и основной компонент для повышения концентрации основного компонента.

Экстракция по Сокслету (холодным растворителем) – при некоторой модификации растворителя можно подавать отогнанный охлажденный растворитель в колбу с экстрагируемым образцом.

Сушка порошков – удаление жидкости из раствора, получение твердого порошка на выходе.

Кроме того, роторные испарители применяются в лабораторно-исследовательских центрах и на производствах в процессах концентрирования веществ, очистки веществ от жидких примесей, разделения образца на фракции, перекристаллизации, а также для подготовки широкого круга образов для лабораторного анализа, очистки натуральных продуктов и сточных вод.

Преимущества и недостатки роторных испарителей

К неоспоримым преимуществам роторных испарителей среди других типов испарительного оборудования относятся:

• Высокая эффективность процесса – необходимое вещество испаряется / отделяется в полном объеме, его не остается в составе исходного образца. Роторные испарители применимы даже для сложных растворов.
• Высокая скорость процесса – за счет тонкопленочного испарения роторные испарители позволяют сократить время испарения до считанных минут. Кроме того, возможность управления скоростью с панели управления прибора позволяет максимально ускорить процесс.
• Эффективность в восстановлении растворителей – в приемную колбу устройства попадает примерно 90% отогнанного из образца растворителя.
• Универсальность и широкое применения – роторные испарители эффективно применяются для многих процессов и задач: отгонка растворителя, сушка, дистилляция, перекристаллизация, концентрирование, очистка различных веществ и т.д. То же касается и отраслей применения – это химическая, биологическая, биохимическая, фармацевтическая, косметологическая, пищевая, нефтегазовая отрасли.
• Низкие затраты на нагрев – пониженное давление позволяют избежать необходимости нагрева образцов до высоких температур.
• Минимальное участие оператора, исключение прямого контакта с образцом в процессе и снижение человеческого фактора в процессе.
• Возможность работы с токсичными, горючими веществами.
• Применимость в промышленных масштабах – за счет того, что ротационные испарители могут обрабатывать большие объемы исходных образцов, они широко применяются в промышленности в производственных масштабах.

Среди недостатков роторных испарителей обычно фигурируют:

• Относительно высокая стоимость – однако, здесь необходимо понимать, что затраты на приобретение оборудования однозначно компенсируются высокой эффективностью, точностью и скоростью процесса.
• Необходимость регулярного техобслуживания и калибровки прибора.
• Высокие требования к качеству очистки оборудования после каждого применения.

Если у вас есть вопросы или нужна консультация по подбору и применению роторных испарителей для ваших задач, обращайтесь к нашим специалистам, это можно сделать по телефонам +7 (495) 223-18-03, 8-800-600-18-03, пишите на email info@tirit.org или заполняйте форму заявки.