Кожухотрубчатые испарители.

Испарители применяются для испарения жидкости или для увеличения концентрации раствора путем испа­рения части растворителя иногда даже до состояния, при котором наступает кристаллизация. Чаще всего на практике применяются восемь основных типов испарителей: горизонтальные с кипением в межтрубном пространстве, вертикальные с короткими трубами, типа «корзины», вертикальные с длинными трубами, с подъемной циркуля­цией, с опускной циркуляцией, с кипением в горизонталь­ных трубах. В большинстве случаев в горячем теплоносителе про­текает процесс конденсации. Все испарители, за исключе­нием пластинчатых, являются трубчатыми теплообменными аппаратами, и во всех, за исключением горизонтальных, ки­пение происходит в трубах.

Циркуляцияможет быть естественной за счет разно­сти плотностей кипящей жидкости и вновь поступающей в испаритель, вынужденной, которая обеспечивается на­сосами, и смешанной.

Давление с испарителя выбирается таким образом, чтобы обеспечивать нужную температуру кипения. В испарителях, в которых жидкость движется снизу вверх по вертикальным трубам, температура кипения жидкости внизу выше, чем вверху, из-за большего гидроста­тического давления. Во всех испарителях имеются на выходе устройства для отделения пара от жидкости.

На рис. 5.18 приведен горизонтальный кожухотрубчатый испаритель с кипением в межтруб­ном пространстве. Он относится к так называемым корпус­ным ребойлерам. Они часто используется как парогенерирующие установки в ректификационных колоннах. Испаритель этого типа может быть использован и как испари­тель для повышения концентрации растворов при условии, что отсутствует опасность образования накипи. Если испаряемая жидкость не содер­жит нерастворимых твердых компонентов, то к непрерыв­ной очистке можно не прибегать, но должно быть преду­смотрено дренажное отверстие на днище кожуха для пери­одической чистки. Более простая конструкция представляет собой пучок погруженных в жидкость U-образных труб и заполняю­щих половину объема бака большого диаметра.

Вертикальные испарители с короткими трубами. На рис. 5.19 показан вертикальный испаритель с короткими трубами с кипением внутри труб и крыльчаткой для улуч­шения циркуляции жидкости через трубы. Длина труб не превышает 3 м, их внутренний диаметр 25—60 мм. Жид­кость начинает кипеть почти вверху труб. При кристалли­зации предпочти тельнее обеспечить кипение за пределами труб, чтобы избежать отложений твердых частиц вверху труб.

Можно отказаться от применения крыльчатки и ис­пользовать естественную конвекцию. В этом случае попе­речное сечение центральной циркуляционной трубы должно быть несколько больше, чем проходное сечение всех труб.

Испаритель типа «корзины».Испаритель типа «корзины» представляет собой аппарат с вертикальными трубами с естественной конвекцией, но вместо централь­ной циркуляционной трубы (как в описанном выше вер­тикальном испарителе с короткими трубами) жидкость движется через кольцевой зазор между кожухом и выпар­ным аппаратом (рис. 5.20).

Площадь поперечного сечения кольцевого зазора долж­на быть больше, чем площадь сечения труб. Преимущества этого типа испарителя заключаются в том, что аппарат может быть извлечен для очистки и ремонта.

Во всех трех описанных выше типах испарителей важ­но обеспечить требуемую поверхность раздела между жид­костью и паром. Должен быть также обеспечен необходи­мый объем пространства над жидкостью, который должен быть таким, чтобы капли падали обратно в жидкость. Сепараторы могут быть либо внешними (рис. 5.19), либо внутренними (рис. 5.20).

Испаритель с вертикальными длинными трубами. Испарители с вертикальными длинными трубами анало­гичны испарителям с короткими трубами. Диаметр труб такой же (или несколько меньше), но их длина составляет 6 м и более, а количество труб существенно меньше. Цир­куляционная труба размещена снаружи. Циркуляция может быть естественной, но в большинстве случаев – вы­нужденная (рис. 5.21). Вынужденная циркуляция обеспе­чивает более высокие расходы жидкости и, следовательно, больший температурный напор.

По сравнению с испарителями с короткими трубами в данных аппаратах более высокие коэффициенты теплоот­дачи, но температура в зоне подогрева увеличивается бы­стрее из-за большего давления на входе. Это может при­вести к существенному снижению температурного напора.

Испаритель с подъемной циркуляцией. Это – испаритель с естественной циркуляцией в длинных вертикальных трубах, который отлича­ется от описанного выше тем, что входной коллектор для испаряемой жидкости расположен намного ниже. Таким образом, кипение начинается раньше, рост температуры и скорость циркуляции меньше, качество пара на выходе выше. По сравнению с испарителем с длинными вертикаль­ными трубами в этом испарителе более высокий температур­ный напор и полнее реализуется преимущество длинных труб из-за увеличения коэффициента теплоотдачи при ки­пении, но больше вероятность образования накипи. Типич­ный испаритель с движущейся вверх жидкостью изобра­жен на рис. 5.22.

Вариантом конструкции испарителя с движущейся вверх жидкостью является прямоточный парогенератор с вынужденным потоком, в котором испаряемая жидкость поступает снизу в вертикальные трубы и почти полностью испаряется по мере продвижения вверх по трубам.

Испаритель с опускной циркуляцией. В таком испа­рителе жидкость подается в трубы сверху и стекает под действием гравитации в виде пленки по внутренней поверх­ности труб. Как правило, образующийся пар движется вверх (противоток с жидкостью). Когда температура ниже нормальной температуры кипения (но без вакуума), снизу может подаваться газ, который вместе с паром будет перемещаться вверх в противотоке с жидкостью.

При противоположном направлении потока пара и га­за по отношению к потоку жидкости скорость пара и газа не должна превышать скорость затопления труб.

Испарители с кипением в горизонтальных трубах. Испарители с горизонтальными трубами представляют собой стандартные кожухотрубчатые аппараты с конден­сацией пара в межтрубном пространстве, выносной греющей камерой и кипением в трубах. Греющая камера может быть отсоединена для очистки или для замены обо­греваемых труб. В такой конструкции вынужденная цир­куляция необходима, и она должна быть достаточной для избежания высушивания верхней части труб.