Выпарной аппарат с естественной (принудительной) циркуляцией. Устройство, принцип действия.
Выпарные аппараты с естественной циркуляцией.
Рис. 3.2. Схема естественной циркуляции
Естественная циркуляция возникает в замкнутой системе, состоящей из необогреваемой опускной (циркуляционной) трубы 1 и обогреваемой (подъемной) кипятильной трубы 2.Естественная циркуляция раствора происходит вследствие того, что в кипятильной трубе жидкость нагревается до более высокой температуры, чем в циркуляционной. Поэтому плотность раствора, находящегося в циркуляционной трубе, больше, чем в кипятильной, и происходит упорядоченное движение (циркуляция) кипящей жидкости по пути: кипятильная труба – паровое пространство – опускная труба – кипятильная труба и т. д. При циркуляции повышается коэффициент теплоотдачи со стороны кипящей жидкости. Для естественной циркуляции требуются два условия: а) достаточная высота уровня жидкости в опускной трубе, для того, чтобы уравновесить столб парожидкостной смеси в кипятильных трубах и сообщить этой смеси необходимую скорость; б) достаточная интенсивность парообразования в кипятильных трубах, чтобы парожидкостная эмульсия в них имела возможно меньшую плотность.
Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией.Аппараты с принудительной циркуляцией применяются для повышения интенсивности циркуляции и коэффициента теплопередачи (рис. 3.7).
Рис. 3.7. Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией для пенящихся растворов:
1 – трубчатка; 2 –сепаратор; 3 –отражательный зонт; 4 –циркуляционный насос;
5 – циркуляционная труба;
I – вторичный пар; II – отвод раствора;
III – подвод пара; IV –отвод конденсата;
V – подвод раствора
Циркуляция жидкости осуществляется пропеллерным или центробежным насосом. Свежий раствор подается в нижнюю часть кипятильника, а упаренный раствор отводится из нижней части сепаратора. Уровень жидкости поддерживается несколько ниже верхнего обреза кипятильных трубок. Поскольку вся циркуляционная система почти полностью заполнена жидкостью, работа насоса затрачивается не на подъем жидкости, а лишь на преодоление гидравлических сопротивлений. Количество перекачиваемой насосом жидкости во много раз превышает количество испаряемой воды, поэтому отношение массы жидкости к массе пара в парожидкостной смеси, выходящей из кипятильных трубок, очень велико.
Скорость циркуляции жидкости в кипятильных трубках принимается равной 1,5–3,5 м/с. Скорость циркуляции определяется производительностью циркуляционного насоса и не зависит от уровня жидкости и парообразования в кипятильных трубках. Поэтому аппараты с принудительной циркуляцией пригодны для работы с малыми разностями температур между греющим паром и раствором (3–5 °С), а также при выпаривании растворов с большой вязкостью, естественная циркуляция которых затруднена.
Достоинствами аппаратов с принудительной циркуляцией являются высокие коэффициенты теплопередачи (в 3–4 раза больше, чем при естественной циркуляции), а также отсутствие загрязнений поверхности теплообмена при небольших разностях температур. Недостаток – необходимость расхода энергии на работу насоса. Применение принудительной циркуляции целесообразно при изготовлении аппарата из дорогостоящего материала (при этом важное значение имеет значительное сокращение поверхности теплообмена вследствие повышения коэффициентов теплопередачи), при выпаривании кристаллизующихся растворов (сокращаются простои во время очистки аппарата) и при выпаривании вязких растворов (что при естественной циркуляции требует наличия разности температур).
|