Конструкция выпарного аппарата.

Выпарной аппарат состоит из кипятильника, в котором расположена камера теплообменника, и сепаратора – это пространство, в котором вторичный пар отделяется от раствора.

Выпарные аппараты бывают в зависимости от характера кипящей жидкости: со свободной циркуляцией, с естественной циркуляцией, с принудительной циркуляцией и пленочные.

1. Выпарной аппарат со свободной циркуляцией. В этих аппаратах неподвижный или медленно движущийся раствор находится снаружи труб. В растворе возникают непорядочные конвективные токи, обусловленные свободной конвекцией. К данной группе относятся аппараты, выполненные в виде чаш или котлов, поверхность теплообмена которых образована стенками аппарата. Применяются для выпаривания высоковязких жидкостей.

2. Выпарные аппараты с естественной циркуляцией. В таких выпарных аппаратах циркуляция осуществляется за счет различия плотностей в различных точках аппарата, т.е. в кипятильных трубах и циркуляционной трубе.

Для циркуляции необходима разность температур между греющим паром и раствором 7-10⁰ С. Кратность циркуляции в выпарных аппаратах с естественной циркуляцией составляет 20-30.

Выпарной аппарат с паровым трубчатым обогревом состоит из следующих основных элементов:

- греющая камера, в которой происходит нагревание и выпаривание раствора.

- сепаратор – паровое пространство, в котором происходит отделение вторичного пара от раствора. Паровое пространство определяет частоту и сухость вторичного пара, Унос вместе с паром жидкости, содержащей концентрируемый продукт, загрязняет вторичный пар, уменьшая выход готового продукта.

- циркуляционные трубы для возврата раствора в греющую камеру.

- брызгоотделитель для отделения брызг раствора от вторичного пара. Различают циклонные, жалюзийные и сетчатые брызгоотделители, которые выбирают, исходя из условий работы и вида упариваемого раствора.

ВЫПАРИВАЕМЫЙ АППАРАТ С ЦЕНТРАЛЬНОЙ

ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ ТРУБОЙ.

1 – греющая камера;

2 – циркуляционная труба;

3 – кипятильные трубки;

4 – сепаратор;

5 – брызгоотделитель.

Аппарат с центральной циркуляционной трубой имеет соосную греющую камеру 1, состоящую из кипятильных трубок 3 обогреваемую паром.

Исходный раствор циркулирует по кипятильным трубкам снизу вверх и опускается вниз по циркуляционной трубе 2. Наличие сепаратора 4 достаточных размеров и брызгоотделитель 5 обеспечивает хорошее отделение вторичного пара от уносимых капелек жидкости.

Циркуляция в аппарате происходит за счет разности плотностей жидкости в циркуляционной трубе, где кипение не столь интенсивно, и парожидкостной эмульсии в кипятильных трубках. В аппарате на каждую единицу объема жидкости в кипятильных трубках приходится значительно большая поверхность нагрева труб (пропорционально их диаметру).

Благодаря устройству циркуляционной трубы усиливается естественная циркуляция, увеличивается коэф. теплоотдачи и уменьшается осаждение накипи и твердых частиц на внутренних поверхностях кипятильных трубок. Этот выпарной аппарат компактен, удобен в обслуживании, но вызывает затруднения замены греющей камеры.

ВЫПАРНОЙ АППАРАТ С ВЫНЕСЕННОЙ

ГРЕЮЩЕЙ КАМЕРОЙ.

Выпариваемый раствор, поднимаясь по трубам, нагревается и по мере подъема вскипает. Образовавшаяся парожидкостная смесь направляется в сепаратор, где происходит разделение жидкостной и паровой фаз.

Высота парового пространства влияет на сепарацию из пара капелек жидкости, выбрасываемых из кипятильных труб и поднимающихся по инерции на определенную высоту.

1 – греющая камера;

2 – брызгоотделитель;

3 – сепаратор;

4 – циркуляционная труба.

Поскольку циркуляционная труба не обогревается, создаются условия для интенсивной циркуляции раствора. При этом плотность раствора в выносной циркуляционной трубе больше чем в циркуляционных трубах, размещенных в греющих камерах, что обеспечивает сравнительно высокую скорость циркуляции раствора и препятствует образованию отложений на поверхности нагрева.

ВЫПАРНОЙ АППАРАТ С ПОДВЕСНОЙ

ГРЕЮЩЕЙ КАМЕРОЙ.

Аппарат с подвесной греющей камерой применяется для упаривания кристаллизующихся, агрессивных и умеренно вязких растворов.

В таких аппаратах вследствие большого сечения кольцевого канала между обечайками и внутренней паровой камерой улучшена циркуляция раствора, а свободная подвеска греющей камеры исключает возможность нарушения плотности вальцовочных соединений между трубами и решетками при термической деформации.

Аппараты изготавливают с площадью поверхности нагрева от 100 до 400 м² и длиной греющих труб от 1520 до 3190 мм.

Достоинством аппарата является повышенный коэффициент теплоотдачи за счет хорошего охлаждения раствора в кольцевом пространстве и легкость выемки греющей камеры из аппарата для чистки, ремонта или замены.

1 – греющая камера; 2 – линзы; 3 – кольцевой трубопровод для промывки аппарата; 4 – труба для ввода греющего пара; 5 – сепаратор.

ВЫПАРНЫЕ АППАРАТЫ С ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ

ЦИРКУЛЯЦИЕЙ.

С целью повышения интенсивности циркуляции раствора и увеличения коэффициента теплоотдачи применяют аппараты с принудительной циркуляцией. Их целесообразно использовать при упаривании вязких жидкостей, когда естественная циркуляция затруднена. Аппараты с принудительной циркуляцией имеют высокие показатели при меньших перепадах температур.

Принудительная циркуляция организуется при помощи мешалок, насосами и подачей газа.

ПЛЕНОЧНЫЕ ВЫПАРНЫЕ АППАРАТЫ.

Используются для упаривания очень вязких и пастообразных растворов. Кроме того, их применяют для выпарки чистых некристаллизующихся растворов и растворов, чувствительных к высоким температурам.

В пленочных аппаратах выпариваемый раствор движется вдоль поверхности теплообмена в виде тонкой пленки, что дает возможность осуществлять упаривание при однократном прохождении раствора вдоль поверхности без его циркуляции. В таких аппаратах происходит снижение потерь полезной разности температур и повышение коэффициента теплоотдачи.

Температурный напор пленочных испарителей составляет 2-3 градуса, что дает возможность снизить удельный расход теплоты на выпаривание и увеличить производительность.

По способу организации движения пленки испаряемой жидкости пленочные выпарные аппараты и испарители делятся на вертикальные с падающей и восходящей пленкой и горизонтальные – трубные и роторные.

ВЫПАРНОЙ АППАРАТ ПЛЕНОЧНОГО ТИПА С ВОСХОДЯЩЕЙ ПЛЕНКОЙ И СООСНОЙ ГРЕЮЩЕЙ КАМЕРОЙ.

1 – греющая камера;

2 – центробежный сепаратор;

3 – брызгоотделитель.

Отличается наличием длинных труб (от 5,7 до 9м), которые заполняются на 20 – 25% их высоты. Раствор поступает в нижнюю часть аппарата, и распределяются по трубкам греющей камеры 1.

При достижении температуры кипения в растворе бурно образуются пузырьки, которые, двигаясь вверх, увлекают за собой раствор, распределяя его тонким слоем по внутренней поверхности кипятильных трубок.

Следовательно, парожидкостная смесь расслаивается на пленку жидкости около стенок и пар в центре трубок так, что жидкая пленка увлекается вверх трением о струю пара. Испарение жидкости происходит при этом в тонком слое, движущимся с большой скоростью. Парожидкостная эмульсия на выходе из верхней части трубок поступает в центробежный сепаратор 2, где происходит отделение от пара. Вторичный пар уходит через верхний штуцер, а концентрированный раствор отбирается из нижней части сепаратора для производственных целей и отводится в следующий корпус.

Выпарной аппарат с восходящей пленкой применяют для выпаривания маловязких и пенящихся растворов, чувствительных к высоким температурам.

К недостаткам этого оборудования относится: возможность температурных деформаций труб с последующим изгибом и нарушением плотности вальцевых соединений в трубных решетках; трудность очистки труб от накипи и необходимость постройки зданий большой высоты.

МНОГОКОРПУСНЫЕ ВЫПАРНЫЕ

УСТАНОВКИ (МВУ).

В МВУ греющий пар поступает только на обогрев первого корпуса, последующие корпуса обогреваются вторичным паром предыдущих. Т.о. значительно снижается потребность греющего пара.

Первые корпуса МВУ обычно работают при атмосферном и повышенном давлении, а последние под вакуумом.

Температура кипения раствора в многокорпусной установке понижается от первого корпуса к последнему, и раствор при переходе из какого-либо корпуса в следующий за ним в пространство, где давление и температура ниже, поэтому он охлаждается. За счет выделившейся при этом теплоты испаряется некоторое количество воды из раствора без участия теплоты греющего пара. Это явление происходит во всех корпусах МВУ, и носит название самоиспарения раствора.

В многокорпусных выпарных установках вследствие многократного использования теплоты значительно снижается удельный расход греющего пара.

С увеличением числа корпусов возрастают температурные потери, уменьшается полезная разность температур между корпусами. Кроме того, с увеличением числа корпусов повышается расход металла, начальные затраты на установку и амортизационные отчисления, расходы на текущие ремонты, усложняется эксплуатация.

СХЕМЫ МНОГОКОРПУСНЫХ ВЫПАРНЫХ УСТАНОВОК.

По технологическим признакам различают следующие схемы промышленных выпарных установок непрерывного действия:

1. По числу ступеней – одноступенчатые и многоступенчатые;

2. По давлению вторичного пара в последней ступени – работающие под разряжением, под давлением, при ухудшенном вакууме;

3. В зависимости от технологии обработки раствора – одностадийные и многостадийные и многостадийные;

4. По подводу греющего пара – с подачей пара в первую ступень, с нуль – корпусом;

5. По наличию отбора пара – на подогрев раствора или для отпуска пара в сторону;

6. По направлению движения греющего пара и выпариваемого раствора – прямоточные и противоточные, параллельным и смешанным питанием корпусов.