Выпарной аппарат схема автоматизации

Выпарной аппарат схема автоматизации

Процесс выпаривания  заключается в удалении из раствора большей части растворителя и  получении концентрированного раствора. Выпаривание следует вести так, чтобы при заданной производительности получить сгущенный раствор требуемой концентрации без потерь сухого вещества и при возможно меньшем расходе топлива. Процесс выпаривания осуществляют в аппаратах однократного действия (однокорпусный выпарной аппарат) или многократного действия (многокорпусный выпарной аппарат). В последнем случае расход топлива на выпаривание значительно снижается.

Если температура  поступающего раствора значительно  ниже температуры кипения, то целесообразно  его предварительно подогреть в отдельном теплообменнике, чтобы выпарной аппарат работал только как испаритель, а не выполнял частично роль подогревателя, так как в последнем случае коэффициент теплопередачи аппарата несколько снижается. Чем выше концентрация начального раствора, тем меньше расход тепла на его упаривание.

В литературе описано большое количество конструкций  аппаратов, применяемых как ранее, так и сейчас в химической, сахарной и других отраслях промышленности. Строгой и общепринятой классификации  выпарных аппаратов нет, однако их можно классифицировать по ряду признаков:

по расположению поверхности нагрева — на горизонтальные, вертикальные и реже наклонные;

по роду теплоносителя — с паровым  обогревом, газовым обогревом, обогревом  высокотемпературными теплоносителями (масло, даутерм, вода под высоким давлением), с электрообогревом (чаще всего применяют паровой обогрев, поэтому в дальнейшем внимание будет уделено аппаратам с паровым обогревом);

по способу  подвода теплоносителя — с  подачей теплоносителя внутрь трубок (кипение в большом объеме) или в межтрубное пространство (кипение внутри кипятильных труб);

по режиму циркуляции — с естественной и  искусственной (принудительной) циркуляцией;

по кратности  циркуляции — с однократной и  многократной циркуляцией;

по типу поверхности нагрева — с паровой рубашкой, змеевиковые и, наиболее распространенные, с трубчатой поверхностью различной конфигурации.

К конструкции  выпарных аппаратов должны быть предъявлены  следующие требования:

- простота, компактность, надежность, технологичность изготовления, монтажа и ремонта;

- стандартизация  узлов и деталей;

- соблюдение  требуемого режима (температура,  давление, время пребывания раствора  в аппарате), получение полупродукта  или продукта необходимого качества  и требуемой концентрации, устойчивость в работе, по возможности более длительная работа аппарата между чистками при минимальных отложениях осадков на теплообменной поверхности, удобство обслуживания, регулирования и контроля за работой;

- высокая  интенсивность теплопередачи, малый вес и невысокая стоимость одного квадратного метра поверхности нагрева.

В промышленности наиболее часто применяют вертикальные выпарные аппараты. Их достоинства: компактность, естественная циркуляция (благодаря  наличию циркуляционной трубы), значительная кратность циркуляции, малая занимаемая площадь, большое паровое пространство, удобство обслуживания и ремонта. Для большей компактности эти аппараты в последнее время изготовляют с удлиненными трубками (3-3,5 м). 

Выпарной аппарат с центральной циркуляционной трубой

Для упаривания кристаллизующихся растворов применяют  аппараты с коническим днищем с углом  наклона больше угла естественного  откоса кристаллизующейся массы.

Некоторое распространение имеют пленочные аппараты с однократной циркуляцией раствора. Основная особенность этой конструкции заключается в возможности снижения потерь полезной разности температур от гидростатической депрессии. Подаваемый в нижнюю часть трубок аппарата раствор вскипает; при этом образуется много паровых пузырьков, увлекающих за собой раствор. Парожидкостная эмульсия, выходящая из трубок, ударяется о поверхность сепаратора с изогнутыми лопатками, получает вращательное движение и отбрасывается центробежной силой к периферии, благодаря чему происходит довольно совершенная сепарация пара. Таким образом, выпаривание происходит в тонком слое при однократной циркуляции раствора. При большой длине кипятильной трубки (более 5 м) возможны разрыв и высыхание пленки жидкости в верхней части трубки с понижением при этом коэффициента теплоотдачи.

Проведенные специальные заводские опыты  показали, что пленочные аппараты не характеризуются большой интенсивностью теплоотдачи при кипении. Некоторым  преимуществом пленочного аппарата является однократная циркуляция с быстрым прохождением раствора через трубы, что предохраняет растворы, чувствительные к высокой температуре, от порчи. Недостатки этих аппаратов: значительная длина трубок, затрудняющая ремонт, малая аккумулирующая способность, не обеспечивающая постоянную производительность и затрудняющая получение раствора равномерной концентрации. Труба, отводящая упаренный раствор на следующий корпус, должна иметь гидравлический затвор соответствующей высоты для предотвращения возможного прорыва пара в трубное пространство следующего корпуса. Эти аппараты дороже обычных вертикальных аппаратов. 

Выпарной аппарат  с центральной циркуляционной трубой (рис. 13-3) является одной из наиболее старых, но широко распространенных конструкций.

Рис. 13-3. Выпарной аппарат с центральной циркуляционной трубой:

1 – корпус; 2 –  кипятильные трубы; 3 – циркуляционная  труба; 4 – сепаратор; 5 – отбойник.

Греющая камера состоит  из ряда вертикальных кипятильных труб 2, обогреваемых снаружи паром. По оси  греющей камеры расположена циркуляционная труба 3 значительно большего диаметра, чем кипятильные трубы. Хотя в таком аппарате циркуляционная труба обогревается снаружи паром, раствор нагревается в ней значительно меньше, чем в кипятильных трубах. Это объясняется тем, что поверхность трубы пропорциональна ее диаметру, а объем жидкости в ней пропорционален квадрату диаметра; таким образом, в циркуляционной трубе объем жидкости на единицу поверхности трубы значительно больше, чем в кипятильных трубах.

В аппаратах большой  производительности вместо одной циркуляционной трубы устанавливают несколько труб меньшего диаметра.

Аппарат с центральной  циркуляционной трубой отличается простотой  конструкции и легкодоступен  для ремонта и очистки. В то же время наличие обогреваемой циркуляционной трубы снижает интенсивность циркуляции.

По нормалям аппараты с центральной циркуляционной трубой выполняют с поверхностью теплообмена 25, 50, 100, 150, 250 и 350 м²; они снабжены кипятильными трубами с наружным диаметром 38 или 57 мм (длиной от 2000 до 4000 мм) и циркуляционной трубой диаметром около 1/3 диаметра аппарата