Устройство выпарных аппаратов. Роторные тонкопленочные испарители. Выпарные аппараты погружного горения

ЛЕКЦИЯ 26

Устройство выпарных аппаратов

В настоящее время известно большое количество самых разнообразных конструкций выпарных аппаратов. Одни из них представляют сугубо исторический интерес, другие широко используются на практике. Единой классификации выпарных аппаратов нет, и их обычно подразделяют по принципу действия, типу циркуляции, способу подвода тепла, характеру движения раствора и расположения зоны испарения, ориентации поверхности нагрева и другим параметрам. Наибольшее распространение получила классификация по характеру движения раствора, и в соответствии с нею в данном разделе рассмотрены только основные типы выпарных аппаратов.

26.1. Выпарные аппараты с естественной циркуляцией

Естественная циркуляция раствора в этих аппаратах происходит за счет разности плотностей раствора в сепараторе выпарного аппарата и парорастворной смеси в зоне кипения. На рис. 26.1 представлен выпарной аппарат с внутренней циркуляционной трубой.

Выпарной аппарат (рис. 26.1) состоит из греющей камеры 1, которая представляет собой кожухотрубный теплообменник с нагревательными трубками 2, закрепленными между трубными решетками 3, циркуляционной трубы 4, сепаратора 5, установленного над греющей камерой, каплеотделителя 6 и конического днища 7.

Пар для нагрева раствора подают в межтрубное пространство греющей камеры, где он конденсируется и отдает теплоту конденсации раствору, циркулирующему в трубках. Исходный раствор подают в циркуляционную трубу, так как при этом улучшаются условия циркуляции раствора в выпарном аппарате. Образовавшийся при кипении раствора вторичный пар очищается в сепараторе и каплеотделителе от капель и брызг раствора и выводится из аппарата. Выпаренный раствор выводится из аппарата через штуцер в коническом днище 7.

Аппараты этого типа просты по конструкции и надежны в эксплуатации. Применяют их для концентрирования высоковязких растворов или расплавов некоторых веществ, например, сахара, .

Основными недостатками аппаратов этого типа являются:

– низкий коэффициент теплопередачи 700÷1400 Вт/(м²·К);

– малая скорость циркуляции раствора 0,5÷0,8 м/с;

– частые остановки аппарата на промывку (через 8–20 ч), вследствие зарастания солями теплопередающей поверхности;

– жесткое крепление трубного пучка к корпусу аппарата, что является причиной нарушения плотности соединения труб с трубной решеткой.

В ряде отраслей промышленности для выпаривания электролитических щелоков, раствора сернистого натрия, хлористого кальция применяют выпарные аппараты с подвесной греющей камерой (рис. 26.2)

Выпарной аппарат, представленный на рис. 26.2., состоит из корпуса 1, греющей камеры 2, брызгоотделителя 3. Греющий пар подают в камеру по трубе 4, а конденсат отводится из нижней части камеры через штуцер 5. Раствор в аппарате циркулирует по контуру: трубки греющей камеры – кольцевой канал между стенками аппарата и камерой. Наличие на трубе ввода пара линзовых компенсаторов и отсутствие жесткого крепления в верхней части камеры позволяют компенсировать разность удлинений корпуса и камеры и устранить нарушение плотности в соединениях труб с трубной решеткой.

Недостаток этих аппаратов – неравномерность распределения раствора по трубам при поверхностях больше 200 м², что приводит к снижению эффективности выпаривания.

Учитывая специфические особенности выпаривания кристаллизующихся растворов, институтом УКРНИИХИММАШ разработаны специальные конструкции выпарных аппаратов с вынесенной зоной кипения. В аппаратах такого исполнения кипение происходит не в греющих трубках, а в установленной над ними трубе вскипания. Выпарные аппараты с вынесенной зоной кипения имеют высокий коэффициент теплопередачи до 2000 Вт/(м²·К) и длительное время работы между промывками (до 100 ч).

В промышленности применяют выпарные аппараты с соосной и вынесенной греющими камерами. Выпарные аппараты с соосной греющей камерой имеют меньшее гидравлическое сопротивление и, следовательно, их удельная производительность выше, чем аппаратов с вынесенной греющей камерой. Однако при соосном расположении греющей камеры затрудняется доступ к греющим трубкам, усложняется их чистка и ремонт. Если на поверхности теплообмена в процессе эксплуатации образуется труднорастворимая накипь, которую удаляют механическим, гидромеханическим или гидравлическим способом, то необходимо применять аппараты с вынесенной греющей камерой. Такие аппараты целесообразно применять также и в тех случаях, когда возникает необходимость в их частых остановках на ремонт.