ВА с принудительной циркуляцией

Эти ВА применяют для повышения интенсивности циркуляции раствора и увеличения КТП.

Принудительная циркуляция организуется с помощью мешалок, насосов или подачи газа.

А. ВА с соосной греющей камерой (рис. 4-7)

Различают два исполнения:

1) с кипением раствора в трубах;

2) с выносной зоной кипения.

Аппарат состоит (рис. 4-7) из греющей камеры 1, состоящий из пучка труб, заключенных в цилиндрическую обечайку (в М.Т.П. пропускается пар), сепаратора 3 с отбойником и брызгоотделителем 2, циркуляционной трубы 4 и циркуляционного насоса (ЦН) 5 с электроприводом. ЦН – это осевой насос, обеспечивающий скорость потока в трубах ω_тр=2-2,5м/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 ЦН подается в греющую камеру аппарата..

В ВА второго исполнения 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.

Б. ВА с выносной греющей камерой и зоной кипения

Этот ВА мало чем отличается от аппарата, изображенного на рис. 4-4.

Пленочные ВА

Эти аппараты используют для упаривания очень вязких и парообразных растворов, а также их применяют для выпарки чистых не кристаллизующих растворов и растворов, чувствительных к высоким температурам.

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

Температурный напор в пленочных испарителях равен 2-3К, т.е. он ниже чем у трубчатых испарителей (5-3К). При заданном температурном напоре в установке снижается удельный расход теплоты на выпаривание и увеличивается производительность выпарной установки (ВУ).

А. ВА пленочного типа с восходящей пленкой и соосной греющей камерой (рис. 4-8)

 

Рис.4-8.Выпарной аппарат плёночного типа с восходящей плёнкой и соосной греющей камерой:

1 – греющая камера; 2 – центробежный сепаратор; 3 - брызгоотделитель

Рис.4-9.Выпарной аппарат со свободно падающей плёнкой:

1 – греющая камера; 2 – сепаратор; 3 - брызгоотделитель

В таких ВА- длинные трубы l=5,7-9,0м, которые заполняются на 20-25% и высоты. Раствор поступает в нижнюю часть аппарата и распределяется по трубам греющей камеры 1.

При достижении t_кип в растворе бурно образуются пузырьки, которые, двигаясь вверх, увлекают за собой раствор, распределяя его тонким слоем по внутренней поверхности кипятильных трубок. 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, движущемся с большой скоростью (20м/с). Парожидкостная эмульсия при выходе из верхней части трубок поступает в центробежный сепаратор 2, где жидкость отделяется от пара. Вторичный пар уходит через верхний штуцер, а концентрированный раствор отбирается из нижней части сепаратора для производственных целей или отводится в следующий корпус.

Циркуляция раствора в аппарате отсутствует, т.е. каждая частица раствора однократно омывает обогреваемую поверхность, поэтому эффективность ВА зависит от уровня раствора. При снижении уровня раствора ниже оптимального жидкость превращается в пар, не достигнув верхней части труб, т.е. уменьшается активная поверхность нагрева..

Максимальный эффект от процесса кипения раствора в пленке достигается большой длиной греющих труб. За счет этого увеличивается скорость парожидкостной эмульсии и уменьшается средняя толщина плёнки раствора. Скорость пара, при кипении пленки, повышается за счет роста его удельного объема; с уменьшением гидростатического давления понижается t_кип раствора и увеличивается КТО от стенки к пленке.

ВА с восходящей пленой применяются для выпаривания маловязких и пенящихся растворов.

Недостаток: возможность температурных деформаций длинных труб с последующим изгибом и нарушение плотности вальцевых соединений в трубных решетках; трудность очистки труб от накипи.

Б. ВА со свободно падающей пленой (рис. 4-9)

Выпариваемый раствор подается сверху в греющую камеру 1, которая состоит из пучка труб, заключенного в цилиндрическую обечайку. Концы труб завальцованы в трубной решетке, приваренные к торцам обечайки. К нижней трубной решетке подсоединена переходная камера со штуцером для соединения сепаратором 2.

Раствор равномерно распределяется на верхней трубной решетке по стенкам труб и движется вниз под действием сил тяжести вместе с паром. При стекании пленки исключается нарушение ее сплошности и обнажение некоторой части поверхности нагрева.

В сепараторе 2 происходит разделение парожидкостной смеси и он представляет собой сосуд с коническим днищем и эллиптической верхней крышкой. Вторичный пар уходит через штуцер в крышке сепаратора, а упаренный раствор отводится из нижней его части.

Эффективность испарения растворителя зависит от толщины пленки, скорости течения пленки, физико-химических свойств жидкости и температурного перепада между поверхностью и жидкостью.

КТП таких ВА довольно высоки и применят эти аппараты для упаривания растворов термически стойких веществ и вязких растворов.

ВА контактного типа

Степень концентрирования растворов можно значительно повысить в ВУ без разделяющей поверхности теплообмена, т.е. при непосредственном соприкосновении упариваемого раствора с горячим теплоносителем.

Контактные ВА могут различаться по типу теплоносителя: газ, жидкость или твердое вещество. Наибольшее распространение получили нагреватели типа газ-жидкость.

А. ВА с барботажем топочных газов (рис. 4-10)

Рис.4-10.Выпарной аппарат с барботажем топочных газов:

1 – корпус; 2 – барботажная решётка

Топочные газы, попадая в корпус 1, проходят через барботажную решетку 2, распыляются в растворе на мелкие пузырьки и образуют большую поверхность теплообмена. Растворитель интенсивно испаряется за счет насыщения водяным паром газовых пузырьков, которые всплывают на поверхности раствора, лопаются и выносят парогазовую смесь в надрастворное пространство. При этом температура парогазовой смеси повышает температуру жидкости на 2-5°С.

ВА отличаются простотой в изготовлении и эксплуатации. Недостаток – возможность загрязнения упариваемого раствора продуктами сгораниями.

Б. ВА с погружной горелкой (рис. 4-11)

 

 

Рис.4-11.Погружные горелки:

а – циклонного типа для сжигания газа; б – для сжигания жидкого топлива; в – туннель- ного типа для сжигания газа

 

Аппараты погружного горения (АПГ) получили широкое распространение для выпаривания до высоких концентраций растворов соляной, серной, фосфорной и др. химически агрессивных кислот, а так же растворов хлористого магния и натрия, сульфата натрия, железного купороса и др. солей, кроме того и для выпаривания кристаллизующих растворов.

Горячим теплоносителем в АПГ являются топочные газы, получаемые в результате сжигания топлива в горелках, погруженных непосредственно в выпариваемый раствор. Продукты сгорания выходят из горелки через распределительное устройство и барботируют через раствор. Вторичный пар из ВА удаляется вместе с топочными газами и больше не используются.

Парогазовая смесь из аппарата отводится в конденсатор, где конденсируется пары растворителя, а газ направляется в атмосферу или поступает в абсорбер с целью очистки. При непосредственном контакте дымовых газов с выпариваемым раствором процесс теплообмена имеет очень низкие потери. ВА большой производительности могут иметь до трех погружаемых горелок.

Погружная горелка состоит из смесителя для смешении топлива и воздуха и камеры сгорания этой смеси. Продукты сгорания из камеры подаются в жидкость на оптимальную глубину.

АПГ делятся на виды: с барботажной трубой и выносной камерой горения; с погружной горелкой, расположенной в циркуляционной трубе; аппараты эрлифтного типа.

АПГ, расположенный в циркуляционной трубе, применяют для упаривания промышленных сточных вод при интенсивном их перемешивании для предотвращения осаждения солей и шлаков (рис. 4-12). Погружаемая горелка 4 выполняет роль газлифного устройства и размещается в циркуляционной трубе 2.

 

Рис.4-12.Аппарат с погружной горелкой, расположен- ной в циркуляционной трубе:

1 – корпус; 2 – циркуляционная труба; 3 – окна;

4 – погружная горелка; 5 – сепаратор;

6-брызгоотделитель

При выходе из сопла горелки продукты сгорания распределяются в жидкости в виде пузырьков и струек, которые всплывая, увлекают за собой жидкость по кольцевому пространству и выбрасывают через окна 3 циркуляционной трубы. В нижней части трубы 2 вследствие разности гидростатических давлений в корпусе аппарата и внутри трубы 2 возникает интенсивная циркуляция раствора.

Для извлечения капель и брызг из парогазовой смеси в верхней части ВА имеется сепаратор 5 с жалюзийным брызгоотделителем 6. Для исключения возможности взрыва газовой смеси в АПГ в крышке сепаратора установлена взрывная мембрана. Уровень жидкости в ВА поддерживается автоматическим регулированием.

Достоинства АПГ – простота устройства, отсутствие греющих поверхностей нагрева и высокий коэффициент использования теплоты сгорания топлива.

Недостатки АПГ – строгий контроль за процессом горения для исключения взрыва; большие габариты аппаратов (D=3,6м, H=7,2м); установка громоздких конденсаторов для разделения парогазовой смеси.