Многокорпусные выпарные установки. Основные направления повышения экономической эффективности выпарных установок

ЛЕКЦИЯ 25

Многокорпусные выпарные установки

25.1. Общие сведения

В современных выпарных установках выпариваются очень большие  количества воды, достигающие нескольких сот тонн в час. Поскольку на выпаривание 1 кг воды расходуется более 1 кг греющего пара, то уменьшение его расхода является чрезвычайно актуальной задачей. Одним из вариантов ее решения является объединение нескольких выпарных аппаратов в многокорпусную выпарную установку.

Применение многокорпусных выпарных установок (МВУ) позволяет значительно уменьшить расход теплоты на выпаривание благодаря использованию теплоты вторичного пара. Принцип работы МВУ состоит в том, что выпаривание производят в нескольких, соединенных между собой аппаратах. Давление в аппаратах поддерживают таким образом, что вторичный пар предыдущего корпуса используется в качестве греющего в последующем. Давление вторичного пара в первом корпусе определяют исходя из располагаемого давления греющего пара и физико-химических свойств выпариваемого раствора.

При работе многокорпусных выпарных установок часть вторичного пара часто используют для обогрева других аппаратов (подогревателей раствора, отопительной системы и т. д.). Этот извлекаемый из системы выпарной установки пар называется экстра-паром. Его можно выводить из любого корпуса установки. При этом необходимо учитывать, что чем дальше от первого корпуса отбирается экстра-пар, тем меньше расход греющего пара и, следовательно, экономичнее работает установка.

25.2. Типовые схемы многокорпусных выпарных установок

Многокорпусные выпарные установки в зависимости от относительного движения греющего пара и выпариваемого раствора разделяются на: прямоточные, противоточные, с параллельным питанием корпусов раствором, смешанного тока. Нумеруют корпуса установки по ходу пара.

Прямоточная установка (рис. 25.1)состоит из нескольких (в данном случае трех) корпусов. Исходный раствор из емкости 1 насосом 2 нагревают в подогревателе 3 до температуры, близкой к температуре кипения и подают в первый корпус установки 4, который обогревается свежим паром. Вторичный пар из первого корпуса направляют в качестве греющего во второй корпус 5, в котором, вследствие пониженного давления раствор кипит при более низкой температуре, чем в первом. Аналогично вторичный пар из второго корпуса направляют в качестве греющего в третий корпус 6, а из третьего – в барометрический конденсатор 7.

В барометрическом конденсаторе вторичный пар охлаждается водой, конденсируется и вследствие этого в конденсаторе и последнем корпусе выпарной установки создается разрежение. Степень разрежения определяется условиями конденсации пара и высотой барометрической трубы. Воздух и другие неконденсирующиеся газы, поступающие в конденсатор с охлаждающей водой, вторичным паром и через уплотнения арматуры и фланцевых соединений трубопроводов, отсасываются через ловушку-брызгоотделитель 8 вакуум-насосом.  Смесь конденсата вторичного пара и воды удаляется в канализацию через бак-гидрозатвор 9.

Рисунок 25.1 – Принципиальная схема многокорпусной прямоточной выпарной установки:
1 – емкость исходного раствора; 2 – насос 3 – подогреватель исходного раствора;
4, 5, 6 – корпуса выпарной установки; 7 – барометрический конденсатор смешения;
8 – ловушка; 9 – бак-гидрозатвор; 10 – емкость упаренного раствора.

Выпариваемый раствор из первого корпуса самотеком перетекает во второй корпус, давление в котором ниже, чем в первом, и охлаждается здесь до температуры кипения. При этом за счет выделяющегося при снятии перегрева тепла образуется дополнительно некоторое количество вторичного пара. Такое явление происходит во всех корпусах выпарной установки, кроме первого, и называется самоиспарением раствора. Аналогично из второго корпуса раствор перетекает в третий корпус, в котором выпаривается до конечной концентрации.  Упаренный раствор собирают в емкости 10 и насосом отправляют на склад продукции или на дальнейшую переработку.

На практике давление вторичного пара в первом корпусе в большинстве случаев составляет 0,3¸0,5 МПа, в последнем корпусе 0,01¸0,02 МПа. При работе многокорпусной выпарной установки часть вторичного пара, называемую экстра-паром, можно использовать для подогрева исходного раствора или других технологических нужд. Количество корпусов выпарной установки определяют путем технико-экономического расчета при минимальных издержках производства.

Преимущества прямоточной установки: раствор движется из корпуса в корпус самотеком, понижение температуры кипения раствора происходит по мере увеличения его концентрации (что особенно важно для сохранения качества растворов термолабильных веществ), поступление в выпарной аппарат перегретой жидкости улучшает процесс выпаривания.

Недостатком прямоточной схемы является уменьшение по корпусам коэффициента теплопередачи из-за увеличения концентрации раствора (повышения вязкости) и одновременного снижения температуры кипения.

Прямоточные установки широко применяют для концентрирования многокомпонентных растворов, у которых при повышении концентрации одного из компонентов уменьшается растворимость выводимой соли.

В противоточной выпарной установке (рис. 25.2) греющий пар и выпариваемый раствор перемещаются из корпуса в корпус в противоположных направлениях.