Многократное выпаривание

Сущность многократного выпаривания заключается в том, что процесс выпаривания осуществляется в нескольких соединенных последовательно аппаратах, давление в которых поддерживается таким образом, чтобы вторичный пар предыдущего корпуса мог быть использован как греющий пар в последующем корпусе.

Многокорпусные установки могут быть прямоточными, противоточными и комбинированными.

В противоточной многокорпусной установке (рис. 7.11) исходный раствор подается в корпус 1, далее в корпуса 2 и 3 и удаляется из корпуса 3 в виде упаренного продукта. Давление в установке уменьшается в направлении от корпуса 1 к корпусу 3, что позволяет перемещать раствор под действием перепадов давлений без дополнительного перекачивающего оборудования.

Греющие пары перемещаются в том же направлении, что и раствор: свежий пар вводится в корпус 1; образовавшийся в этом корпусе вторичный пар поступает в качестве греющего в корпус 2; образующийся в нем вторичный пар поступает на обогрев корпуса 3; вторичный пар из корпуса 3 отводится в барометрический конденсатор 4.

Преимуществом прямоточной схемы является возможность перемещения раствора из корпуса самотеком. К недостаткам можно отнести неблагоприятные для теплопередачи условия. Так, коэффициенты теплоотдачи от пара к упариваемому раствору уменьшаются от корпуса к корпусу в связи со снижением теплосодержания греющего пара, уменьшением количества упариваемого раствора, но увеличением его концентрации. Таким образом, коэффициент теплопередачи в последнем корпусе оказывается в несколько раз меньше, чем в первом.

Схема противоточной многокорпусной выпарной установки представлена на рис. 7.12. Свежий греющий пар поступает, как и в предыдущем случае, в корпус 1, а вторичные пары в качестве греющих перемещаются в направлении от корпуса 1 к корпусу 3 и

`конденсируется в барометрическом конденсаторе 4. Выпариваемый раствор вводится в корпус 3, перемещается в установке в

направлении от корпуса 3 к корпусу 1 и отбирается из корпуса 1 насосом 7. Поскольку давление в каждом последующем корпусе меньше, чем в предыдущем, для перемещения раствора используются насосы 5, 6.

Преимуществом противоточной схемы является более интенсивный теплообмен во всех корпусах, недостатком – необходимость использования в схеме насосов, работающих на горячих легко кристаллизующихся потоках, что усложняет эксплуатацию установки.

В комбинированных схемах осуществляются различные варианты ввода и перемещения раствора. Так, например, возможны схемы с вводом раствора в каждый корпус в отдельности, с вводом раствора в средний корпус с дальнейшей передачей его в последний и выпуском через первый и т.д. Подобные схемы применяются в специальных случаях. В промышленной практике они мало распространены и поэтому в данном учебнике не рассматриваются.

Материальный баланс многокорпусной установки, состоящей из n корпусов, записывается аналогично уравнениям (7.2) в виде

где 1, 2, ..., n – номера корпусов многокорпусной установки.

Тепловой баланс при расчете многокорпусной установки составляется обычно для каждого корпуса по аналогии с уравнениями (7.3) и (7.4) с целью определения необходимого количества греющего пара для первого корпуса и достаточности количества вторичного пара из предыдущего корпуса для нормальной работы последующего корпуса. В случае избытка вторичного пара для обогрева последующего корпуса он частично может отбираться в качестве экстрапара для нужд производства.

Общую разность температур для многокорпусной установки – разность между температурой греющего пара t_{гр. п}, поступающего в первый корпус, и температурой вторичного пара t_{в. п}, отводимого из последнего корпуса, определяют по формуле

Общую полезную разность температур, которая меньше обще разности температур на величину температурных потерь во все корпусах установки, можно определить как

При расчете многокорпусных выпарных установок для определения площадей теплопередающих поверхностей общую полезную разность температур необходимо предварительно распределить по корпусам установки.

Существует два подхода к проведению такого расчета:

· равенство поверхностей нагрева корпусов, т. е. применяемые выпарные аппараты имеют одинаковые размеры. В этом случае Полезная разность температур для каждого корпуса определяется по зависимости

где Q_i тепловая нагрузка i-го корпуса; К_i – коэффициент теплопередачи в i-м корпусе;

· минимальная общая поверхность нагрева корпусов установки, т. е. определение величин полезной разности температур в каждом корпусе осуществляется в этом случае по зависимости

При этом следует учитывать, что для нормального функционирования выпарных аппаратов с естественной циркуляцией полезная разность температур в корпусе не должна быть менее 5...7°С, а для аппаратов с принудительной циркуляцией – не менее 3°С.

Выбор числа корпусов производят с учетом того, что основным преимуществом многокорпусной выпарной установки является использование первичного греющего пара только в первом корпусе. Остальные корпуса обогреваются теплотой вторичного пара, получаемого в предыдущем корпусе. Таким образом, увеличение числа корпусов

приводит к уменьшению производственных затрат, связанных с полу‑

чением греющего пара. Однако число корпусов нельзя увеличивать постоянно, поскольку каждый из них увеличивает температурные потери всей установки. Поэтому предельным числом корпусов в установках многократного выпаривания является такое их число, при котором полезная разность температур имеет положительное значение.

Оптимальное число корпусов установок многократного выпаривания обычно определяется экономическими соображениям (рис. 7.13) – приведенными затратами на проведение процесс выпаривания (кривая а). Приведенные затраты состоят из затрат на производство пара (кривая б), которые уменьшаются с увеличением числа корпусов; амортизационных расходов, увеличивающихся с ростом количества корпусов (кривая в); трудозатрат (линия г) практически не зависящих от числа корпусов. Оптимальное число корпусов в промышленных условиях, соответствующее минимальным приведенным затратам обычно составляет 3...4 корпуса.