Движущий напор в выпарных аппаратах с принудительной циркуляцией

Принудительная циркуляция в выпарных аппаратах обеспечивается насосами.

Мощность привода к циркуляционному насосу N определяется по формуле

(1.14)

где - напор насоса, Па;

G – количество раствора, циркулирующего в контуре аппарата, кг/с;

- плотность пара, кг/м3;

КПД насоса.

1.3.2. Выпарные аппараты с естественной циркуляцией [2, 3, 5]

В выпарных аппаратах с естественной циркуляцией раствора кратность циркуляции имеет значение 20-30.

Широкое распространение получили выпарные аппараты

· с центральной циркуляционной трубой,

· с выносной (внешней) циркуляционной трубой и

· с выносной греющей камерой.

1.3.2.1. Выпарной аппарат с центральной циркуляционной трубой

На рис. 1.7. приведена схема выпарного аппарата с центральной циркуляционной трубой типа ВВ. Он состоит из греющей камеры - 1, пучка кипятильных труб – 2, циркуляционной трубы – 3, сепарационного (парового) пространства – 4, брызгоотделителя (отбойника) - 5.

Рис. 1.7. Выпарной аппарат с центральной циркуляционной трубой

1 - греющая камера, 2 - пучок кипятильных труб (подъемных), 3 - циркуляционная труба (опускная), 4- сепарационное (паровое) пространств, 5 - брызгоотделитель (отбойник).

Скорость циркуляции раствора в нагревательных трубах зависит от:

· физических свойств раствора,

· тепловой нагрузки поверхности нагрева и

· гидравлического сопротивления циркуляционного контура.

Пространство аппарата над уровнем кипящей жидкости (высотой 1,5-2,5 м) называется сепарационным (паровым) пространством и служит для отделения брызг и капель раствора, уносимых потоком вторичного пара. Это пространство обычно ограничивается сверху брызгоуловителем (отбойником). Нижнее днище аппарата бывает сферическим или коническим; последнее предпочтительно в случае выпаривания кристаллизующихся растворов.

Греющая камера выпарного аппарата представляет собой пучок труб 2 с двумя трубными решетками, вставленный в кожух – обечайку.

Греющий пар подается в межтрубное пространство, а раствор циркулирует в трубах. Такое направление тока теплоносителей благоприятствует условиям для очистки труб от отложения солей и накипи. Устойчивая циркуляция раствора в аппарате обеспечивается большой удельной поверхностью нагрева на единицу объема раствора в трубах малого диаметра (подъемных) (d=32 мм) в сравнении с центральной трубой большого диаметра (опускной) (d=194 мм и более). Большая скорость циркуляции раствора в трубах (до 2,0 м/с) обеспечивает высокие коэффициенты теплопередачи.

Аппараты компактны и имеют небольшую металлоемкость. Номинальная площадь поверхности нагрева – до 400 м². Аппарат типа ВВ применяется для упаривания маловязких ( Па·с) не кристаллизующихся и неагрессивных растворов, так как он не обеспечивает достаточную скорость циркуляции (не более 0,3-0,8 м/с) из-за обогрева циркуляционной трубы. Поэтому и коэффициенты теплопередачи также относительно низкие.

Для достижения более высокой скорости циркуляции (до 2-3 м/с) применяются аппараты с внешней циркуляционной трубой (рис. 1.8).

Размер греющей камеры снижается (более высокая интенсивность теплопередачи), но эти аппараты имеют большие габариты и более сложную конструкцию.

На рис. 1.8 показан выпарной аппарат с вынесенной циркуляционной трубой 5. В этом аппарате циркуляционная труба не обогревается, следовательно раствор в ней не кипит и парожидкостная смесь не образуется. Разность плотностей парожидкостной смеси в кипятильных трубах 2 и раствора в циркуляционной трубе больше, чем в аппаратах с центральной циркуляционной трубой, поэтому кратность циркуляции и коэффициенты теплопередачи несколько выше. Повышение скорости движения парожидкостной смеси в кипятильных трубах уменьшает возможность отложения солей, которые могут выделяться при концентрировании растворов.

Рис. 1.8. Выпарной аппарат с вынесенной циркуляционной трубой:

1 – нагревательная камера; 2 – кипятильные трубки; 3 – сепаратор; 4 – брызгоотбойник; 5 – циркуляционная труба

Рис. 1.9. Выпарной аппарат с вынесенной зоной кипения:

1 – нагревательная камера; 2 – сепаратор; 3 – брызгоотбойник; 4 – труба вскипания; 5 – циркуляционная труба

Существенного снижения отложения солей можно достичь при использовании аппаратов с вынесенной зоной кипения (рис.1.9). В таких аппаратах вследствие увеличенного гидростатического давления столба жидкости кипения в трубах нагревательной камеры 1 не происходит, упариваемый раствор только перегревается. При выходе перегретого раствора из этих труб в трубу вскипания 4 он попадет в зону пониженного гидростатического давления, где и происходит интенсивное его закипание. Таким образом предотвращается возможность отложения накипи на теплообменной поверхности труб и, следовательно, увеличиваются коэффициент теплопередачи и время эксплуатации аппарата между профилактическими ремонтами.

Часто в технологии встречаются растворы, кипение которых сопровождается пенообразованием. При вспенивании увеличивается унос капель и кристаллов из раствора с вторичным паром, быстрее засоляются греющие поверхности в последующих аппаратах, где этот пар конденсируется. Для упаривания пенящихся растворов применяют выпарной аппарат с выносной поверхностью нагрева (рис. 1.10), так как в основном в нем происходит самоиспарение перегретой в трубах жидкости при поступлении ее в сепаратор. При этих условиях жидкость испаряется спокойно, и при достаточных размерах сепаратора не происходит уноса капелек жидкости и пены со вторичным паром.

Рис. 1.10. Выпарной аппарат с выносной поверхностью нагрева: 1 – сепаратор; 2 – греющая камера