Выпарные аппараты поверхностного типа

(8 слайд)

Наибольшее применение в химической промышленности на­шли выпарные аппараты поверхностного типа, особенно верти­кальные трубчатые выпарные аппараты с паровым обогревом не­прерывного действия.

В зависимости от режима движения кипящей жидкости в вы­парных аппаратах их разделяют на аппараты со свободной цир­куляцией, аппараты с естественной циркуляцией, аппараты с принудительной циркуляцией, пленочные выпарные аппараты.

 

Выпарные аппараты со свободной циркуляцией. Для выпари­вания вязких кристаллизующихся продуктов находят еще при­менение выпарные аппараты периодического действии с паровой рубашкой

(9 слайд)

 

Рис. 7.1. Однокорпусиой выпарной аппарат: I— аппарат*, 2 — рубашка

Вторичный

пар

 

Слабо концентрированный раствор подается в аппарат, где за счет обогрева возникает свободная циркуляция. Подогрев ве­дется до температуры кипения. После выпаривания до необхо­димой концентрации выпаренный раствор спускается из аппа­рата и аппарат вновь наполняется неконцентрированным рас­твором.

(10 слайд)

 

Выпарной аппарат с центральной циркуля­ционной трубой.

Аппарат с центральной циркуляционной трубой имеет греющую соосную камеру 1, состоящую из кипятильных трубок 3 и обогреваемую паром. Исходный рас­твор циркулирует по кипятильным трубкам снизу вверх и опу­скается вниз но циркуляционной трубе 2. Наличие сепаратора 4 достаточных размеров и брызгоотделителя 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 коэффициент теплоот­дачи и уменьшается осаждение накипи и твердых частичек на внутренних поверхностях кипятильных труб. Этот выпарной ап­парат компактен, удобен в обслуживании, но вызывает затруд­нения замена греющей камеры.

Выпарной аппарат с вынесенной зоной кипения.

 

Выпарной аппарат с естественной циркуляцией и соосной греющей камерой (рис. 7.3) состоит из греющей камеры 1, сепа­ратора 3 с отбойником и брызгоотделителем 2 и циркуляционной трубы 5.

Различают два исполнения этих аппаратов: 1) с кипением раствора в трубках; 2) с вынесенной зоной кипения.

В первом исполнении выпариваемый раствор, поднимаясь по трубкам греющей камеры, вскипает за счет теплоты греющего па­ра, поступающего в межтрубное пространство. Вторичный пар, проходя сепаратор и брызгоотделитель, освобождается от капель раствора и выходит из верхней части аппарата. Раствор опу­скается по циркуляционной трубе вниз и поступает в нижнюю часть трубок для дальнейшего выпаривания.

В аппаратах второго исполнения кипение раствора происхо­дит не "в греющих трубах, а в трубе вскипания , установлен­ной внутри сепаратора над греющей камерой. Кипение в трубах предотвращается за счет гидростатического давления столба жидкости в трубе вскипания. Высота трубы вскипания условно принята равной 2 м.

• Циркуляция раствора в аппарате происходит по контуру: се­паратор— циркуляционная труба — греющая камера — сепара­тор. Уровень раствора должен поддерживаться по верхней кром­ке трубы вскипания. Снижение уровня раствора приводит к по­тере полезного напора и уменьшению скорости циркуляции, а значительное повышение этого уровня может вызвать повышен­ный унос раствора. В сепараторе предусмотрено устройство для осаждения и выведения образующихся кристаллов солей. По­этому выпарные аппараты во втором исполнении применяются для выпаривания растворов, образующих на греющих поверхно­стях осадок, удаляемый при промывке.

 

11 слад

Выпарной аппарат с вынесенной греющей камерой.

 

Аппарат состоит из греющей камеры 1, представляющей собой пучок труб, сепаратора 3 с брызгоуловителем 2 и циркуляционной трубы 4, присоединенной к нижней растворной камере.

Выпариваемый раствор, поднимаясь по трубкам, нагревается и по мере подъема вскипает. Образовавшаяся парожидкостнаясмесь направляется в сепаратор, где происходит разделение жидкой и паровой фаз.

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

Вторичный пар, проходя сепаратор и брызгоотделитель, ос­вобождается от капель, а раствор возвращается по циркуля­ционной трубе в греющую камеру.

В таких аппаратах облегчается очистка поверхности от от­ложений, так как доступ к трубам легко осуществляется при открытой верхней крышке греющей камеры.

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 ка­мер о й.

Аппараты с подвесной греющей камерой (при­меняют для упаривания кристаллизующихся, агрессивных и уме­ренно вязких растворов. В греющую камеру 1 пар подводится через трубу 4. Роль циркуляционной трубы выполняет кольцевой зазор между кор­пусом аппарата и греющей камерой.

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

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

Достоинством аппарата является повышенный коэффициент теплопередачи за счет хорошего охлаждения раствора в кольце­вом пространстве (со стороны корпуса) и легкость выемки грею­щей камеры из аппарата для чистки, ремонта или замены.

 

Слайд

 

Выпарной аппарат с усиленной естественной циркуляцией

 

применяется для упаривания вязких и кристаллизующихся растворов.

Интенсификация работы аппарата происходит за счет уста­новки направляющих перегородок и переноса процесса кипения в сепаратор.

Аппарат состоит из корпуса 1, трубных решеток 7, в которых развальцованы трубы 5. Над ними на высоте 3—4 м установ­лены концентрические перегородки 2, образующие кольцевые ка­налы. Внутри аппарата расположена длинная циркуляционная труба 4, внизу—камера для осаждения кристаллов.

В трубках происходит нагрев раствора, а закипает он в ка­налах между перегородками, после чего парожидкостная смесь поступает в сепаратор 3, где происходит отделение вторичного пара.

При достаточной высоте парового пространства капли не до­стигают верха этого пространства и падают обратно на зерка­ло испарения. Жидкость возвращается в греющую камеру по циркуляционной трубке 4.

В выпарном аппарате с усиленной естественной цир­куляцией наибольшая ин­тенсивность теплообмена до­стигается при скорости цир­куляции жидкости, равной 2,5 м/с.

Слайд

Выпарные аппараты с прину­дительной циркуляцией

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

Принудительная циркуляция организуется с помощью меша­лок, насосов и подачей газа. Циркуляция раствора может со­здаваться также путем вращения либо вибрацией поверхности нагрева.

Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией, соосной греющей камерой и кипением раствора в трубках со­стоит из греющей камеры 1, представляющей собой пучок труб, заключенный в цилиндрическую обечайку (в межтрубном про­странстве пропускается пар), сепаратора 3 с отбойником и брызгоотделителем 2, циркуляционной трубы 4 и циркуляционного насоса 5 с электроприводом.

Циркуляция раствора в аппарате осуществляется при по­мощи осевого насоса, который обеспечивает скорость потока в трубах 2—2,5 м/с.

Выпариваемый раствор, поднимаясь по трубам, нагревается и закипает. Образовавшаяся парожидкостная смесь попадает в сепаратор, где вторичный пар отделяется от капель, а раствор поступает в циркуляционную трубу и насосом подается в грею­щую камеру аппарата.

В аппаратах второго исполнения, т. е. с вынесенной зоной ки­пения, кипение раствора происходит не в трубах, а непосредст­венно в трубе вскипания, установленной над греющей камерой. Кипение в трубах предотвращается за счет гидростатического столба жидкости в трубе вскипания.

Для предотвращения попадания кристаллов, выделяющихся в процессе кипения раствора, в сепараторе предусмотрено уст­ройство для их осаждения,Недостатком аппаратов является необходимость расхода электроэнергии на работу насоса.