Теплонспользующие установки промышленных предприятий

Классификация и конструктивные особенности выпарных аппаратов

Выпарные аппараты классифицируют с учетом

Трех факторов: ,

1) по месту кипения раствора — с кипением раствора в труб­ках, с вынесенной зоной кипения, с падающей и восходящей пленками;

2) по режиму движения раствора — с естественной циркуля­цией. с принудительной циркуляцией;

3) по конструктивному оформлению контура — с соосной греющем камерой, с вынесенной греющей камерой, с частичным осветлением, без осветления.

Во всех аппаратах подлежащим упарнвашпо раствор пода­стся п трубное пространство, а греющий пар — в межтрубмое.

Выпарные аппараты с кипепием раствора в трубках (рис. 8.1) предназначены для упаривания растворов, не выде­ляющих на поверхности теплообмена при кипении загрязнений (накипи).

Раствор, подлежащий упариванию, подается через штуцер Г Аппарат обогревается конденсирующимся в межтрубиом про­странстве греющей камеры водяным паром, который поступает через штуцер А. Образующийся при этом конденсат удаляется ил аппарата через штуцер В. По циркуляционному контуру совершается многократная циркуляция раствора. Из сепаратора по обратной циркуляциониой трубе раствор поступает в нижнюю часть греющих трубок, где по мере продвижения вверх он на­гревается и вскипает. Образующаяся парорастворенная смесь из греющих трубок поступает в сепаратор, где разделяется па жидкую и паровую фазы. Часть жидкой фазы (упаренный раст­вор) выводится из выпарного аппарата через штуцер Д, а часть поступает на циркуляцию. Паровая фаза (вторичный пар), про­ходя сепаратор и каплеотделитель, очищается от уносимых капель раствора и выводится из аппарата через штуцер Б. Выделяемые при конденсации пара инертные газы выводятся из межтрубного пространства через штуцер Е.

Выпарные аппараты с естественной циркуляцией и вынесен­ном зоной кипения раствора характеризуются тем, что кипение раствора в таких аппаратах происходит в трубе вскипания, установленной над греющей камерой. Кипение в греющих труб­ках предотвращается за счет гидростатического давления столба парорастворной смеси в трубе вскипания. Аппараты с вынесен­ной зоной кипения предназначены для упаривания растворов, образующих при кипеиип на поверхности теплообмена пакнпь или выделяющих твердую фазу.

Для упаривания растворов без выделения твердой фазы применяется выпарной аппарат, показанный на рис. 8.2.

Многократное движение раствора в аппарате осуществляется по циркуляционному контуру: сепаратор — обратная циркуляци­онная труба — греющая камера — труба вскипания — сепаратор.

Раствор, подлежащий упариванию, подается в штуцер Г, затем, смешавшись с циркулирующим по контуру раствором, поступает в греющие трубки. Перегретый в греющей камере раствор поднимается по трубе вскипания н по достижении дав­ления, соответствующего температуре насыщения, вскипаеь

Рис. 8.2. Выпарной аппарат естесгненноії циркуляции о пынесеннымн зоной кипения н греющей камерой:

/ — греющая камера: 2 — іруба покипамия, 3 — каплоотделитель: 4 — сепаратор - 5 — об­ратная ЦИркуЛ ЯЦІІОНМЯИ трубо

Греющий нар подается через штуцер А в межтрубное про­странство аппарата, где конденсируется, отдавая тепло движу­щемуся по трубкам греюшеп камеры раствору. Образующийся при этом конденсат удаляется через штуцер В, а инертные га­зы — через штуцер Е.

Для растворов, выделяющих в процессе упаривания твердую фазу, применяются выпарные аппараты с солеотделнтелем (рис. 8.3). В отличие от аппарата, представленного на рнс. 8.2, они имеют солеотделитель 6, в котором собираются кристаллы солеи. Смесь кристаллов солен и жидкой фазы (суспензия) выводится нз аппарата через штуцер П, а осветленная жидкая фаза — через штуцер Гг. Принципы работы этого аппарата и рассмотрсччного ранее (рис. 8.2) аналогичны.

Коэффициент теплопередачи выпарных аппаратов с естест­венной циркуляцией равен 1200—1800 Вт/(м2-К), а интервал между промывками — не более суток.

В аппаратах с принудительной цирку­ляцией и вынесенной зоной кипення (рис. 8.4) движение раствора по контуру ап­парата осуществляется осевым насосом 6. Циркуляционный насос обеспечивает скорость движения раствора в греющих трубках 2—2,5 м/с. Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией имеют 2 более высокие коэффициенты теплопере­дачи (до 3000 Вт/(м2-К) и удлиненный интервал между промывками (до 30 дней):

При выпаривании растворов, не обра­зующих накипи на поверхности тепло­обмена и не допускающих длительной обработки (термостойкие растворы), ши­роко используются выпарные аппараты с восходящей и падающей пленкой (рис. 8.5). Они характеризуются высо­кой эффективностью (коэффициент те­плопередачи 1600—2500 Вт/(м2-К), ма­лым расходом. металла (в 1,5—2 раза ни­же, чем для изготовления аппаратов при­веденных конструкций).

В отличие от аппаратов многократной циркуляции, пленочные аппараты — од­ноходовые. Время пребывания раствора в них в 20—150 раз меньше, чем в цир­куляционных аппаратах.

При выборе конструкции выпарного аппарата необходимо учитывать следу­ющие факторы: физико-химические свойства раствора (вязкость, термостойкость, склонность к ценообразованию, растворимость солей); состав раствора; концентрацию растворимых веществ; кратность использования пара (однокорпусные или многокорпус­ные выпарные установки); располагаемая полезная разность температур; механические свойства образующейся накипи и спо­соба се удаления (промывка, механическое сверление, гидро­механическая очистка и т. д.); срок службы греющих трубок и место их соединения с трубной решеткой; заданную произво­дительность.

Для упаривания пенящихся и не отлагающих на поверхности теплообмена накипи растворов применяются выпарные аппара­ты с кипением раствора в трубках и пленочные, а для упарнаа -

Пня пакипеобразующих растворов или растворов, выделяющих твердую фазу,— аппараты с вынесенной зоной кипения.

При динамической вязкости растворов до 5-10-3 Па ■ с и по­лезной разности температур более 12°С целесообразно приме­нять выпарные аппараты с естественной циркуляцией, а при вязкости до 20-10-3 Па-с и полезной разности температур 8— 12 С — с принудительной циркуляцией.

Выпарные аппараты с соосной греющей камерой обладают меньшим гидравлическим сопротивлением, а следовательно, более высокой производительностью, чем аппараты с вынесен­ной греющей камерой. Поэтому, если в процессе эксплуатации возникает необходимость в механической или гидромеханиче­ской чистке аппарата, целесообразно использовать вынесенные греющие камеры.