4.4.10. Роторні прямотечійні апарати
Для випарювання нестійких до підвищених температур в’язких і пастоподібних розчинів застосовують роторні прямотечійні апарати (рис. 4.16). Всередині циліндричного корпусу 1 апарата, забезпеченого паровими сорочками 2, обертається ротор 3, що складається з вертикального вала (розміщеного по осі апарата) і шарнірно закріплених на ньому скребків 4.
Рис. 4.16. Роторний прямотечійний випарний апарат: 1 – корпус; 2 – парова сорочка; 3 – ротор; 4 – скребки
Випарюваний розчин надходить в апарат зверху, захоплюється скребками, які обертаються під дією відцентрової сили, відкидається до стінок апарата і переміщається їхньою внутрішньою поверхнею у вигляді плівки. Поступово відбувається повне випарювання плівки, і на стінках апарата утворюється тонкий шар порошку або пасти, який знімається скребками, що обертаються (зазор між зовнішнім краєм скребків і стінкою апарата становить менше ніж 1 мм). Твердий або пастоподібний продукт відділяється через спеціальний секторний затвор з днища апарата (на рис. 4.16 не показано).
У роторних прямотечійних апаратах досягається інтенсивний теплообмін за невеликого винесення рідини вторинною парою. Разом з цим роторні апарати є складними у виготовленні і відрізняються високою вартістю експлуатації внаслідок наявності обертових частин (ротора). Є декілька різновидів роторних прямотечійних випарних апаратів, зокрема апарати з горизонтальним корпусом. Ці апарати описуються в спеціальній літературі.
4.4.11. Апарати з примусовою циркуляцією
Для того, щоб уникнути відкладення накипу в трубах, особливо у разі випарювання розчинів, що кристалізуються, необхідні швидкості циркуляції, не менші, ніж 2–2,6 м/с, тобто більші від тих швидкостей, за яких працюють апарати з природною циркуляцією. Таких високих швидкостей можна досягнути і в умовах природної циркуляції, створюючи дуже великі корисні різниці температур між гріючою парою і киплячим розчином.
В апаратах з примусовою циркуляцією швидкість її визначається продуктивністю циркуляційного насоса і не залежить від висоти рівня рідини в трубах, а також від інтенсивності пароутворення. Тому в апаратах з примусовою циркуляцією випарювання є ефективним за малих корисних різниць температур, що не перевищують 3–5 °С і за значних в’язкостей розчинів.
Конструкцію випарного апарата з примусовою циркуляцією показано на рис. 4.17. Апарат має виносну вертикальну нагрівальну камеру 1, сепаратор 2 і циркуляційну трубу 3, що не обігрівається, в яку подається вихідний розчин. Циркуляція розчину забезпечується насосом 4.
За великої швидкості руху випарюваного розчину його кипіння відбувається на короткій ділянці перед виходом з кип’ятильних труб. Отже, зона кипіння виявляється переміщеною у верхню частину нагрівальної камери. На більшій частині довжини труб рідина лише дещо перегрівається. Це пояснюється тим, що тиск внизу труби більший, ніж тиск у її верхній частині, на величину гідростатичного тиску стовпа рідини і гідравлічного опору труби.
Внаслідок високого рівня розчину в кип’ятильних трубах значна частина всього циркуляційного контура є заповненою рідиною, а паровміст суміші рідини і вторинної пари, що викидається з труб, є невеликим. В зв’язку з цим циркуляційний насос повинен перекачувати великі об’єми рідини (мати велику продуктивність) за помірної витрати енергії, яка витрачається насамперед на подолання гідравлічного опору труб. Таким вимогам відповідають пропелерні насоси, які здебільшого використовують в апаратах з примусовою циркуляцією. Швидкість її обмежена зростанням гідравлічного опору і відповідно – витратою енергії на циркуляцію. Тому бажано вибирати оптимальну швидкість циркуляції, яку визначають на підставі техніко-економічних розрахунків.