Выпарные установки с аппаратами поверхностного и контактного типов, адиабатного испарения

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………….….3

1 ВЫПАРНЫЕ АППАРАТЫ ПОВЕРХНОСТНОГО ТИПА……………….….4

2 ВЫПАРНЫЕ АППАРАТЫ КОНТАКТНОГО ТИПА………………….……10

3 ВЫПАРНЫЕ АППАРАТЫ МГНОВЕННОГО ИСПАРЕНИЯ…………......12

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ………………………………14

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Процесс выпаривания заключается в удалении из раствора большей части растворителя и получении концентрированного раствора. Выпаривание следует вести так, чтобы при заданной производительности получить сгущенный раствор требуемой концентрации без потерь сухого вещества и при возможно меньшем расходе топлива. Процесс выпаривания осуществляют в аппаратах однократного действия (однокорпусный выпарной аппарат) или многократного действия (многокорпусный выпарной аппарат). В последнем случае расход топлива на выпаривание значительно снижается.

Для проведения процесса применяют выпарные аппараты (выпарные аппараты), работающие под атмосферным и избыточным (до 0,6 МПа) давлением или разрежением (до 0,008 МПа). При работе под избыточным давлением повышается температура кипения раствора, поэтому возможности данного способа ограничены свойствами раствора и температурой теплоносителя. Разрежение в выпаривании создается в результате конденсации вторичного пара в специальных конденсаторах, охлаждаемых водой или исходным раствором, и удаления неконденсирующихся газов с помощью вакуум-насоса. Выпаривание в условиях разрежения позволяет снизить температуру кипения раствора; применяется для концентрирования термочувствительных растворов.

 

1 ВЫПАРНЫЕ АППАРАТЫ ПОВЕРХНОСТНОГО ТИПА

 

 

Наиболее  распространены выпарные аппараты с  трубчатыми греющими камерами. В таких аппаратах раствор находится в трубном, а греющий пар - в межтрубном пространстве. Основные достоинства: интенсивная теплопередача, многократное использование теплоты вторичного пара, высокая степень чистоты целевого продукта, возможность создания аппаратов большой единичной мощности, легкость удаления инкрустирующих отложений с поверхности кипятильных труб. Различают выпарные аппараты с многократной циркуляцией раствора (естественной и принудительной) и однократной - так называемые однопроходные, или пленочные.

Концентрируемая жидкость подается в аппарат снизу  и поднимается по греющим трубам по принципу газлифта или восходящейпленки. Под дествием подводимой снаружи теплоты пленка жидкости на внутренней поверхности труб закипает. Поднимающийся пар увлекает с собой жидкость вверх по трубам.

Жидкость  отделяется от пара в расположенном  ниже по потоку сепараторе и возвращается по обратной трубе в выпарной аппарат, что обеспечивает стабильную и равномерную циркуляцию. Чем больше разность температур между нагревательной камерой и камерой кипения, тем больше интенсивность испарения и, соответственно, циркуляция жидкости и интенсивность теплообмена.

Разделение  камеры кипения на несколько отдельных  камерс собственными системами циркуляции жидкости позволяет достичь высокой  конечной концентрации при значительно меньшей площади теплообмена, чем в традиционном аппарате с циркуляцией раствора. Конечный Концентрат отводится из последней камеры. В первых камерах теплопередача значительно выше за счет более низкой вязкости и температурной депрессии раствора.

 

Рисунок 1 – Выпарной аппарат с  горизонтальными трубами

1-греющая камера; 2-сепаратор; 3-брызгоуловитель; 4-труба вскипания; 5-циркуляционная  труба.

 

     Особенностью аппарата с естественно  циркуляцией является быстрый пуск и очень высокая удельная производительность – поскольку в аппарате содержится очень мало жидкости благодаря относительно малой длине (1-3 м) и малому диаметру греющих труб.

Применение

• Выпаривание термостабильных продуктов при необходимостивысоких коэффициентов концентрирования.
• Выпаривание жидкостей, сильно загрязняющих теплообменные поверхности, а также неньютоновских жидкостей, если кажущуюся вязкость можно уменьшить за счет высокой скорости потока.
• Циркуляционный выпарной аппарат с разделенной камерой кипения и верхним расположением сепаратора можно применять в качестве концентратора.

Проведенные специальные заводские опыты  показали, что пленочные аппараты не характеризуются большой интенсивностью теплоотдачи при кипении. Некоторым преимуществом пленочного аппарата является однократная циркуляция с быстрым прохождением раствора через трубы, что предохраняет растворы, чувствительные к высокой температуре, от порчи. Недостатки этих аппаратов: значительная длина трубок, затрудняющая ремонт, малая аккумулирующая способность, не обеспечивающая постоянную производительность и затрудняющая получение раствора равномерной концентрации. Труба, отводящая упаренный раствор на следующий корпус, должна иметь гидравлический затвор соответствующей высоты для предотвращения возможного прорыва пара в трубное пространство следующего корпуса. Эти аппараты дороже обычных вертикальных аппаратов. 

 

 
Рисунок 2 –  Аппарат с однократной циркуляцией раствора

 

 В  некоторых случаях применяют  аппараты с принудительной циркуляцией.  В этих аппаратах жидкость  движется по трубкам с большой  скоростью (2—3 м/с) под давлением;  зона кипения находится у верхнего  конца трубок. Благодаря значительной скорости движения раствора в трубках отложения на поверхности теплообмена меньше, чем в обычных вертикальных аппаратах. Аппараты с принудительной циркуляцией целесообразно применять в определенном интервале тепловых нагрузок и, главным образом, при упаривании вязких жидкостей, когда естественная циркуляция затруднена. В этих условиях достигается более высокий коэффициент теплоотдачи к кипящей жидкости, чем в обычных аппаратах, что позволяет соответствующим образом уменьшить поверхность нагрева аппарата по сравнению с вертикальным аппаратом с естественной циркуляцией раствора. С другой стороны, на привод циркуляционного насоса требуются довольно значительные затраты мощности, поэтому целесообразность применения подобных аппаратов следует обосновать соответствующим технико-экономическим расчетом.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3 – Аппарат с принудительной циркуляцией

 

        Особенностями аппарат с принудительной циркуляцией является: длительный рабочий период – кипение и испарение идет не на греющих поверхностях, а в сепараторе. Поэтому загрязнение нагревательной камеры из-за инкрустаций и осаждения сводится к минимуму; оптимизация теплообменной поверхности – скорость потока в трубах определяется работой циркуляционного насоса.

Применение

• Обработка жидкостей с высокой вязкостью или склонным к загрязнению греющих поверхностей.
• Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией прекрасно приспособлены для выпарной кристаллизации солевых растворов.

Рисунок 4 – Пленочный аппарат:

1-греющая камера; 2-сепаратор; 3-брызгоуловитель; 4-труба вскипания; 5-циркуляционная труба; 6-ротор.

Назначение

     Пленочного испаритель предназначен для охлаждения воды и других жидкостей, используемых далее в технологических процессах на предприятиях пищевой промышленности (молочные, пивоваренные, птице-, мясо-, рыбо- перерабатывающие заводы), химической промышленности. Основная область применения — охлаждение воды до температур, близких к +0°С, без риска размораживания теплообменного аппарата. В специальных случаях, возможно непосредственное охлаждение на аппарате таких жидкостей, как сок, вино, пиво, молоко, а также загрязненной воды.

Описание  работы:

Охлаждаемая среда подается в распределительный  бак, находящийся над теплообменными секциями. Из распределительного бака жидкость равномерно распределяется через перфорированные отверстия и под действием гравитации стекает по наружной поверхности вертикально установленных теплообменных пластин в виде тонкой пленки, за счет чего достигается высокоэффективный теплообмен. Охлаждение стекающей тонкой пленки жидкости осуществляется за счет выкипания хладагента внутри теплообменных пластин. Охлажденная жидкость собирается в баке, находящимся под теплообменными пластинами и далее распределяется по потребителям.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ВЫПАРНЫЕ  АППАРАТЫ КОНТАКТНОГО ТИПА

 

 

Для химически  агрессивных растворов, особенно при  высоких температурах, например H2SO4, СаС12, Na2SO4*10H2O (мирабилит), применяют  аппараты с погружным горением (рис. 2) - цилиндрические емкости из углеродистой стали, футерованные кислотоупорной плиткой  или гуммированные. В них топочные газы, используемые как теплоноситель, образуются в результате сжигания топлива (например, природного газа) в горелках, которые погружены в концентрируемый раствор. Эти газы барботируют через раствор и удаляются вместе с вторичным паром.

Рисунок 5 – Выпарной аппарат контактного типа: 1 -горелка; 2-корпус.

 

Важное  достоинство таких выпарные аппараты - отсутствие поверхности теплообмена, что обеспечивает сравнительно простое решение вопросов коррозионной стойкости материалов, из которых изготовлены аппараты. Недостатки: большой расход топлива, невозможность использования вторичного пара в качестве теплоносителя (удаляется в смеси с газами), загрязнение атмосферы топочными газами и продуктами уноса раствора паром.

Для получения  небольших масс продукта (несколько  грамм или килограмм) в лабораторных условиях обычно применяют стеклянные колбы, снабженные внутренними или  внешними конденсаторами.

 

 

3 ВЫПАРНЫЕ  АППАРАТЫ МГНОВЕННОГО ИСПАРЕНИЯ

 

 

Специальной разновидность многоступенчатых выпарных установок – установки мгновенного вскипания, или с адиабатическими испарителями. Исходный раствор с помощью насоса последовательно движется через систему подогревателей, каждый из которых обогревается вторичным паром своего испарителя. Пройдя систему подогревателей, перегретый раствор вскипает в системе последовательно соединенных испарителей. Давление в них поддерживается таким, чтобы температура вторичного пара превышала температуру нагреваемого раствора в соответствующем подогревателе. Вторичный пар из последнего испарителя поступает на конденсацию, а сконцентрированный раствор - в сборники. Число ступеней испарения может достигать 30 и более, что обусловливает их работу при малых температурных напорах (2-3 °С). Конструкция и размеры испарителей полностью исключают перегрев раствора. Установки мгновенного вскипания применяют для растворов с малой при невысокой степени их концентрирования, например при опреснении морской воды.

Рисунок 6 –  Выпарная установка мгновенного вскипания: 1-подогреватель; 2 - испаритель; 3-конденсатор; 4-вакум-насос; 5, 6, 7-сборники соответственно конденсата, исходного и конечного растворов.

Достоинства: отсутствие контакта выпариваемого  раствора с поверхностью нагрева, что  очень важно при выпаривании  кристаллизующихся растворов; простота изготовления; минимальное число  насосов для циркуляции раствора; компоновка из стандартных теплообменников и емкостей. Основной недостаток: ограниченная степень концентрирования раствора за один проход (0,15-0,20).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК  ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

 

1. Таубман Е.И. – Выпаривание (Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии) – М.: Химия, 1982.
2. Попов Н.П. – Выпарные аппараты в производстве минеральных удобрений. Л., «Химия»,1974-128с.
3. Колач Т.А., Радун Д.В. – Выпарные станции. Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, Москва 1963.
4. Лебедев П.Д. – Теплообменные, сушильные и холодильные установки. Учебник для студентов технических вузов. Изд.2-е, перераб.М., «Энергия»,1972.
5. http://www.chemport.ru/data/chemipedia/article_697.html
6. http://apparats.narod.ru/vyp_ap.htm
7. http://www.intent93.ru/useruploads/files/Samples/Niro_Z613_2005.pdf
8. http://www.irimex.ru/services/catalog/conditioners/ammiak/plenochniye_ispariteli