Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствора

Выпарные аппараты с естественной циркуляцией

Выпарные аппараты с естественной циркуляциейпросты по кон­струкции и применяются для выпаривания растворов невысокой вяз­кости, не склонных к кристаллизации. Эти аппараты бывают с соос­ной и вынесенной греющими камерами.

Выпарной аппарат состоит из сепаратора, греющей камеры и циркуляционной трубы. Сепаратор представляет собой цилиндри­ческую емкость с эллиптической крышкой, присоединенную с помощью болтов к греющей камере. В сепараторе для отделения капелек жидкости от вторичного пара устанавливают отбойники различной конструкции. Греющая камера выполнена в виде верти­кального кожухотрубного теплообменника, в межтрубное про­странство которого поступает греющий пар, а в греющих трубках кипит раствор. Нижние части сепаратора и греющей камеры соеди­нены циркуляционной трубой.

Естественная циркуляция возникает в замкнутой системе, состоящей из необогреваемой циркуляционной трубы и кипятильных труб. Если жидкость в трубах нагрета до кипения, то в результате выпаривания части жидкости в этих трубах образуется парожидкостная смесь, плотность которой меньше плотности самой жидко­сти. Таким образом, масса столба жидкости в циркуляционной трубе больше, чем в кипятильных трубах, вследствие чего происходит циркуляция кипящей жидкости по пути кипятильные трубы — паро­вое пространство — циркуляционная труба — трубы и т. д. При цир­куляции повышается коэффициент теплоотдачи со стороны кипящей жидкости и снижается образование накипи на поверхности труб.

Для естественной циркуляции требуются два условия: 1) доста­точная высота уровня жидкости в циркуляционной трубе, чтобы уравновесить столб парожидкостной смеси и создать необходимую скорость; 2) достаточная интенсивность парообразования вкипя­тильных трубах, чтобы парожидкостная смесь имела возможно малую плотность.

Наличие обогреваемой центральной циркуляционной трубы приводило к снижению интенсивности циркуляции.

Парообразование в кипятильных тру­бах определяется физическими свой­ствами раствора (главным образом вязкостью) и разностью температур между стенкой трубы и жидкостью. Чем ниже вязкость раствора и чем больше раз­ность температур, тем интенсивнее парообразование и больше скорость циркуляции. Для создания интенсивной циркуляции разность температур между греющим паром и раствором должна быть не ниже 10 ^ºС.

Выпарные аппараты с естественной циркуляцией характеризу­ются простотой конструкции и легкодоступны для ремонта и очи­стки.

Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствора

Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствора позволяют повысить интенсивность циркуляции раствора и коэффи­циент теплопередачи.

Циркуляция жидкости производится 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 труб. Поскольку вся циркуляционная система почти полностью заполнена жидкостью, работа насоса затрачи­вается лишь на преодоление гидравлических сопротивлений.

Давление в низу кипятильных труб больше, чем вверху, на вели­чину давления столба жидкости в трубах плюс их гидравлическое сопротивление. Из-за этого на большей части высоты кипятильных труб жидкость не кипит, а подогревается. Закипание происходит только на небольшом участке верхней части трубы. Количество перекачиваемой насосом жидкости во много раз превышает количе­ство испаряемой воды, поэтому отношение массы жидкости к массе пара впарожидкостной смеси, выходящей из кипятильных труб, очень велико.

Скорость циркуляции жидкости в кипятильных трубах прини­мают равной 1,5...3,5 м/с. Она определяется производительностью циркуляционного насоса, поэтому аппараты с принудительной цир­куляцией пригодны при работе с малыми разностями температур между греющим паром и раствором (3..5 ^ºС) и при выпаривании растворов большой вязкости.

Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией имеют пло­щадь поверхности теплопередачи от 25 до 1200 м², длину кипятиль­ных труб oт 4 до 9 м в зависимости от их диаметров, которые состав­ляют 25, 38, 57 мм. Избыточное давление в греющей камере состав­ляет от 03 до 1,0 МПа, а вакуум в сепараторе – 93 кПа. Соотноше­ние площадей сечения циркуляционной трубы и греющей камеры неменее 0,9.

Преимущества аппаратов с принудительной циркуляцией: высо­кие коэффициенты теплопередачи (в 3…4 раза больше, чем при естественной циркуляции), а, следовательно, и значительно меньшие площади поверхности теплопередачи, а также отсутствие загрязне­ний поверхности теплопередачи при выпаривании кристаллизу­ющихся растворов и возможность работы при небольших разностях температур.

Недостаток этих аппаратов — затраты энергии на работу насоса.

Применение принудительной циркуляции целесообразно при изготовлении аппарата из дорогого металла для выпаривания кри­сталлизующихся и вязких растворов.