Выпарные установки

Большим распространением пользуются многокорпусные выпарные установки, которые включают несколько соединенных друг с другом аппаратов (корпусов), работающих под давлением, понижающимся по направлению от первого корпуса к последнему. В таких установках можно применять вторичный пар, образующийся в каждом предыдущем корпусе, для обогрева последующего корпуса. При этом свежим паром обогревается только первый корпус.

Вторичный пар из последнего корпуса поступает в конденсатор (если корпус работает при разрежении) или используется вне установки (если последний корпус работает под повышенным давлением).

Так, в многокорпусных выпарных установках осуществляется многократное использование одного и того же количества тепла (отдаваемого греющим паром в первом корпусе), что позволяет сэкономить значительное количество потребляемого свежего пара.

Многократное использование тепла возможно также в однокорпусных выпарных установках, если сжать вторичный пар при помощи компрессора или пароструйного инжектора до давления, позволяющего применять пар для обогрева того же аппарата, в котором этот пар образовался. Выпарные установки со сжатием вторичного пара называются установками с тепловым насосом.

По методу ведения процесса различают периодическое и непрерывное выпаривание. При периодическом выпаривании исходный раствор выгружают, а аппарат загружают новой порцией исходного раствора. При непрерывном выпаривании непрерывно подводят греющий пар и начальный раствор, а непрерывно отводят сгущенный раствор, вторичный пар и конденсат греющего пара.

При выпаривании крупнотоннажных продуктов применяют установки непрерывного действия. Аппараты и установки периодического действия используются лишь в производствах малого масштаба или для упаривания растворов до высоких конечных концентраций.

В зависимости от характера движения кипящей жидкости в выпарном аппарате различают выпарные установки со свободной циркуляцией, естественной циркуляцией, принудительной циркуляцией, пленочные.

выпарная установкаВ выпарных установках со свободной циркуляцией неподвижный или медленно движущийся раствор находится снаружи труб. В растворе возникают неупорядоченные конвекционные токи (свободная циркуляция), обусловленные свободной конвекцией. К данной группе относятся аппараты в виде чаш, котлов, поверхность которых образована стенками аппарата. Эти аппараты применяют редко, в основном для выпаривания очень вязких жидкостей.

Естественная циркуляция возникает в замкнутой системе, состоящей из необогреваемой трубы и обогреваемых кипятильных труб. Жидкость в кипятильных трубах нагревается до кипения, часть ее испаряется в паровое пространство. Происходит циркуляция пара. Для достижения достаточной циркуляции разность температур между греющим паром и раствором должна быть не ниже +7… 10 °С.

В выпарной установке с принудительной циркуляцией циркуляция жидкости производится пропеллерным или центробежным насосом. Эти аппараты пригодны для работы с малыми разностями температур между греющим паром и раствором (+3…5 °С) и для выпаривания растворов с большой вязкостью.

Преимуществами аппарата являются высокие коэффициенты теплопередачи, отсутствие загрязненной поверхности теплообмена при выпаривании кристаллизующихся растворов, возможность работы при небольших разностях температур. Недостаток – необходимость расхода энергии на работу насоса.

В пленочных аппаратах раствор движется вдоль поверхности теплообмена в виде тонкой пленки.

выпарная установкаПленочные аппараты с вертикальными трубами состоят из пучка кипятильных труб, обогреваемых снаружи паром и присоединенных вверху к сепаратору. Жидкость подается снизу на 1/4–1/5 высоты труб. Остальная часть высоты труб заполнена парожидкостной смесью, расслаивающейся на пленку жидкости (около стенок) и пар (в центре). Трением о струю пара жидкая пленка увлекается вверх. Поэтому такие аппараты часто называют аппаратами с поднимающейся пленкой.

Пленочные аппараты обладают высоким коэффициентом теплопередачи, достигаемым лишь при определенном уровне жидкости. Но для выпаривания с большой скоростью требуются длинные трубы (6–9 м), которые сложно очищать и трудно регулировать процесс выпаривания.

Пленочные аппараты применяются для выпаривания пенящихся продуктов, а также продуктов, чувствительных к большой температуре. Они мало пригодны для очень вязких и кристаллизующихся продуктов.

Многокорпусные выпарные установки в зависимости от способа подачи раствора могут быть с прямоточным, противоточным и параллельным питанием. Наиболее распространены схемы с прямоточным питанием. Недостатком схемы с прямоточным питанием является то, что в последнем корпусе низкая температура кипения, и выпаривается наиболее концентрированный раствор, что повышает вязкость раствора и снижает коэффициенты теплопередачи.

При противоточном питании наиболее высокая концентрация раствора достигается в первом корпусе, где и температура кипения наибольшая. В связи с этим значительного падения коэффициента теплопередачи в корпусе с наиболее концентрированным раствором не происходит, и коэффициенты теплопередачи мало изменяются по корпусам. Это является наиболее существенным преимуществом противоточного питания перед прямоточным питанием.

Количество выпариваемой воды в последнем корпусе меньше, чем при прямоточном питании, что уменьшает нагрузку на конденсатор. При противоточном питании выгоднее холодный раствор. Недостаток противоточного питания – дополнительный расход энергии за счет установки насосов, сложность в регулировании процесса.

ЧИТАЙТЕ ДАЛЕЕ: