1.2. Выпарные аппараты

При условии расположения нагревательной камеры не внутри, а вне корпуса прибора, появляется возможность увеличения интенсивности процесса выпаривания за счет повышения длины кипятильных труб, а также посредством увеличения разницы плотностей смеси жидкости и пара и жидкости в циркуляционном контуре.

Аппарат, имеющий выносную нагревательную камеру, содержит кипятильные трубы длиной до 7 м. Его работа при естественной интенсивной циркуляции объясняется тем, что сама циркуляционная труба не подвергается нагреву, а опускной и подъемный отсеки циркуляционного контура отличаются достаточно приличной высотой.

Выносную нагревательную камеру можно быстро отделить от корпуса прибора, это помогает облегчить ее ремонт и ускорить процесс ее чистки. Ремонт и проверку нагревательной камеры с легкостью проводят с помощью присоединения к корпусу двух нагревательных камер, не совершая при этом полную остановку агрегата (в этом случае лишь чуть-чуть временно снижается его производительность).

Начальный раствор подают под нижнюю решетку трубы нагревательной камеры, где он поднимается по кипятильным трубам и выпаривается, но иногда раствор подают сразу в циркуляционную трубу. Вторичный пар и жидкость разделяют в сепараторе, жидкость спускается по циркуляционной трубе, которая не подвергается обогреванию и перемешивается с начальным раствором, затем весь круг циркуляции происходит заново. Вторичный пар проходит через брызгоуловитель, и его убирают через верхнюю часть сепаратора, а упаренный раствор забирают через нижний штуцер как конечный или промежуточный результат.

Скорость циркуляции в оборудовании с выносной нагревательной камерой, порой, достигает до 1.5 м/с, поскольку это позволяет выпаривать кристаллизующиеся и концентрированные растворы, нисколько не боясь, что поверхность теплообмена быстро загрязнится.

Из-за своей гибкой универсальности, хорошей передаче тепла и удобству в использовании, хорошей теплопередачи именно такие приборы заслуженно получили широкое применение и большую популярность.

В некоторых видах конфигурации приборов с выносной нагревательной камерой нет циркуляционной трубы, и тогда они становятся аналогами прямоточных аппаратов с удаленной циркуляционной трубой. В таких условиях процесс выпаривания протекает за один прогон раствора сквозь нагревательную камеру. Однако с помощью выпарных аппаратов прямоточного вида не получится выпаривать кристаллизирующиеся растворы.

2.Технологическая схема установки и ее описание

В промышленности применяются многокорпусные выпарные установки, обеспечивающие экономию греющего пара. С увеличением числа корпусов уменьшается удельный расход пара, но увеличивается стоимость установки.

Выбор числа ступеней выпарной станции производится на основе технико-экономических расчётов.

Выпарная станция может компоноваться из одной, двух и более параллельно действующих выпарных установок.

Различают следующие схемы выпарных установок:

по давлению вторичного пара в последней ступени: а) работающие под разрежением; б) под давлением; в) при ухудшенном вакуумом.

В зависимости от технологии обработки раствора при выпарке: а) одностадийные; б) многостадийные. В многостадийных установках сгущённый раствор отбирается из выпарной установки и направляется для дополнительной обработки (отстаивание, фильтрация), а затем вновь поступает в выпарные аппараты для дальнейшего сгущения.

По взаимному направлению потоков греющего пара и выпариваемого раствора: а) прямоточные; б) противоточные; в) с параллельным питанием раствора; г) со смешанным током.

По принципу работы выпарные установки разделяются на непрерывно и периодически действующие.

В установках непрерывного действия неконцентрированный (слабый) раствор непрерывно подаётся в аппарат, а упаренный (крепкий) раствор непрерывно отводится из него.

В аппаратах периодического действия жидкость подаётся в аппарат, выпаривается до необходимой, более высокой концентрации, затем упаренный раствор удаляется из аппарата. Опорожнённый аппарат снова заполняется неконцентрированным раствором. Периодическое выпаривание применяется в установках небольшой производительности, когда сгущённая жидкость не поддаётся откачке насосом, либо в тех случаях, когда необходимо выпарить весь растворитель.

Аппараты непрерывного действия более экономичны в тепловом отношении, поскольку в них отсутствуют потери, связанные с расходом теплоты на периодиче-ский разогрев аппарата. В большинстве случаев аппараты непрерывного действия компонуются в многокорпусные выпарные установки, представляющие собой не-сколько соединённых друг с другом аппаратов (корпусов), работающих под давлением, понижающемуся по направлению от первого корпуса к последнему. В каждом последующем корпусе устанавливается большая концентрация раствора, чем в предыдущем.

По давлению внутри аппарата выпарные установки разделяются на работающие при избыточном и атмосферном давлении и вакууме.

Вакуум в выпарных аппаратах применяется в следующих случаях:

когда раствор под влиянием температуры разлагается, изменяет цвет, запах.

когда раствор при атмосферном давлении имеет высокую температуру кипения, т.е. обладает большой физико-химической температурной депрессией, и требует высоких параметров греющего пара.

когда греющий теплоноситель имеет низкую температуру и, следовательно, нужно снижать температуру кипения раствора.

В тех случаях, когда получаемый в результате выпаривания раствора вторичный пар может быть использован как теплоноситель в других теплообменных установках и поэтому нет надобности удорожать выпарную установку подключением вакуум-насоса и конденсатора, может оказаться более рациональным выпаривание под давлением.

В качестве греющего теплоносителя наибольшее применение в выпарных установках получил водяной пар.

Наибольшее распространение получили вертикальные выпарные аппараты с трубчатой поверхностью нагрева, хорошо компонующиеся и занимающие меньшую площадь.

Во всех конструкциях выпарных аппаратов для облегчения очистки поверхности нагрева от накипеобразований пар поступает в межтрубное пространство, а раствор подогревается и кипит в трубках.

Выпарные аппараты с паровым обогревом можно разбить на три группы: с естественной циркуляцией раствора, с принудительной циркуляцией раствора и плёночные аппараты.

Движущей силой естественной циркуляции раствора является разность весов столба жидкости в опускных трубах и парожидкостной эмульсии в подъёмных за счёт разности плотностей ρж и ρэ.

При работе выпарного аппарата образующаяся в трубках парожидкостная эмульсия поступает в сепаратор, где происходит сепарация, - пар уходит в паропровод вторичного пара, а жидкость поступает в циркуляционную трубу и при непрерывной выпарке смешивается с раствором, поступающим на выпарку, и вновь поступает в греющие трубки.

Для осаждения влаги во всех сепарирующих устройствах обычно используют три фактора: действие силы тяжести, под влиянием которой капельки воды выпадают из потока пара; силу контактного взаимодействия, т.е. прилипание водяных капель к поверхности сепаратора; центробежный эффект, в результате которого при движении влажного пара по кривой траектории капельки жидкости отбрасываются к периферии, т.е. к стенкам сепаратора и стекает вниз. В большинстве случаев эти три способа механического воздействия на влажный пар используются одновременно или сочетаются в разнообразной последовательности и в разной степени.

Для уменьшения колебания рабочего давления в выпарных аппаратах целесообразно в сепараторе и в нагревательной камере иметь минимальные объёмы жидкости и вводить парожидкостную смесь в сепаратор над свободной поверхность раствора.

Для устойчивой работы аппарата на выпускной трубе, подающей парожидкостную эмульсию в сепаратор, устанавливают стабилизатор (трубчатку из полых трубок). Циркуляции жидкости в аппарате обусловлена разностью гидростатических напоров жидкости на входе в кипятильные трубки и выходе из них.

Если пар, образующийся из раствора (вторичный пар одного выпарного аппарата), направить в греющую камеру другого выпарного аппарата и поддерживать во втором аппарате такое давление, чтобы температура этого пара была больше температуры кипения раствора во втором аппарате, то в нём тоже может происходить выпаривание, как и в первом аппарате.

Для возможности кипения раствора в каждом корпусе необходимо обеспечить соответствующую разность между температурами вторичного пара предыдущего корпуса и кипящего раствора следующего за ним корпуса.

Выпаривание раствора в многокорпусных установках позволяет достичь значительной экономии пара, а следовательно, и топлива по сравнению с однокорпусным выпариванием при одинаковых производительностях. Однако с увеличением числа корпусов увеличивается расход металла, начальные затраты на установку и амортизационные отчисления, расходы на текущие ремонты и, кроме того усложняется эксплуатация, поэтому в большинстве случаев на практике применяют выпарные установки с греющими поверхностями нагрева с тремя или четырьмя корпусами.

Рис. 2. Аппараты выпарные с принудительной циркуляцией, соосной греющей камерой и солеотделением.