Основные  схемы многокорпусных установок. Применяемые схемы многокорпусных выпарных установок различаются по давлению вторичного пара в последнем корпусе. В соответствия с этим признаком установки делятся на работающие под разрежением и под избыточным давлением.

   Наиболее  распространены выпарные установки  первой группы. Помимо установки, доказанной на рис. 2, в промышленной практике применяют  установки аналогичного типа, обладающие повышенной экономичностью за счет использования тепла пара низкого потенциала. Так, например, иногда обогрев первого корпуса производят отработанным паром из паровых турбин, который является в данном случае первичным паром.

   Дросселированный свежий пар, добавляется только для поддержания стабильного режима работы выпарной установки при колебаниях нагрузки турбины.

   В выпарных установках, работающих под  некоторым избыточным давлением  вторичного пара в последнем корпусе, этот пар может быть шире использован на посторонние нужды, т.е. в качестве экстрапара. Наряду с этим повышение давления вторичного пара в последнем корпусе уменьшает возможную кратность использования свежего (первичного) пара, греющего первый корпус.

   При работе под избыточным давлением требуется несколько большая толщина стенок аппаратов, но установка в целом упрощается, так как отпадает необходимость в постоянно действующем конденсаторе паров (небольшой конденсатор используют лишь в период пуска установки).

   В выпарных установках под давлением труднее поддерживать постоянный режим работы, чем в установках под вакуумом, и для этой цели требуется автоматическое регулирование давления пара и плотности упаренного раствора. Для повышения устойчивости режима работы установок под давлением используют различные схемы.

   Выбор давления вторичного пара в последнем  корпусе установки зависит от соотношения между количеством  тепла, которое может отдать этот пар, и количеством тепла пара низкого потенциала, требующегося на другие производственные нужды. Оптимальное давление вторичного пара в последнем корпусе можно установить в каждом конкретном случае путем технико-экономического расчета.

   Многокорпусные  выпарные установки различаются  также по взаимному направлению движения греющего пара и выспариваемого раствора. Кроме наиболее широко распространенных установок с прямоточным движением пара и раствора (см. рис 2), приме|чаются также противоточные выпарные установки, в которых греющий пар и выпариваемый раствор перемещаются из корпуса в корпус во взаимно противоположных направлениях (рис. 3). 

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Исходный  раствор подается насосом в последний  по ходу греющего пара (третий) корпус, из которого упаренный раствор перекачивается во второй корпус, и т.д., причем из первого  корпуса удаляется окончательно упаренный раствор. Свежий (первичный) пар поступает в первый корпус, а вторичный пар из этого корпуса направляется для обогрева второго корпуса, затем вторичный пар из предыдущего корпуса используется для обогрева последующего. Из последнего корпуса вторичный пар удаляется в конденсатор.

   В первом корпусе выпарной прямоточной  установки (см. рис. 2) наименее концентрированный  раствор получает необходимое для  выпаривания тепло от греющего пара наиболее высоких рабочих параметров, а в последнем корпусе наиболее концентрированный (и наиболее вязкий) раствор выпаривается при помощи вторичного пара наиболее низких параметров. Таким образом от первого корпуса к последнему (по |ходу раствора) повышается концентрация и понижается температура выпариваемого раствора, что приводит к возрастанию его вязкости. В результате коэффициенты теплопередачи уменьшаются от первого корпуса к последнему.

   В многокорпусных противоточных установках (см. рис. 3) в первом корпусе наиболее концентрированный раствор выпаривается за счет тепла пар наиболее высоких параметров, в то время как в последнем корпусе исходный раствор самой низкой концентрации получает ,тепло от вторичного пара, имеющего наиболее низкие давления и температуру. Поэтому при противотоке коэффициенты теплопередачи значительно меньше изменяются по корпусам, чем при прямотоке.

   Однако  необходимость перекачивания выпариваемого  раствора из корпусов, где давление меньше, в корпуса с более высокий  давлением является серьезным недостатком  противоточной схемы, так как применение промежуточных циркуляционных насосов (насосы 4 и 5 на рис. 3) связано со значительным возрастанием эксплуатационных расходов.

    Противоточные выпарные установки используют при  выпаривании растворов до высоких  конечных концентраций, когда в последнем корпусе (по ходу раствора) возможно нежелательное выпадение твердого вещества. Кроме того, по такой схеме выпаривают растворы, вязкость которых резко возрастает с увеличением концентрации раствора.

   По  схеме с параллельным питанием корпусов (рис. 4) исходный раствор поступает одновременно во все три корпуса установки. Упаренный раствор, удаляемый из всех корпусов, имеет одинаковую конечную концентрацию.

   Установки такой схемы используют, главным  образом, при выпаривании насыщенных растворов, в которых находятся частицы выпавшей твердой фазы (что затрудняет перемещение выпариваемого раствора из корпуса в корпус), а также в тех процессах выпаривания, где не требуется значительного повышения концентрации раствора.

   Тепловой  баланс. Рассмотрим тепловой баланс трехкорпусной вакуум-выпарной прямоточной установки (рис. 5), первый корпус которой обогревается свежим насыщенным водяным паром. Расход свежего (первичного) пара d₁ кг/сек, его энтальпия I_Г1 кдж/кг и температура θ₁ °C.

   После первого корпуса отбирается Е₁ кг/сек и после второго корпуса Е₂ кг/сек экстра-пара. Соответственно расход вторичного пара из первого корпуса, направляемого в качестве греющего во второй корпус, составляет (W₁—E₁) кг/сек и вторичного пара из второго корпуса, греющего третий корпус (W₁—E₃) кг/сек, где W₁ и W₂ - количества воды, выпариваемой в первом и втором корпусах соответственно.

   Уравнения тепловых балансов корпусов:

   первый  корпус 

  

 

   второй  корпус 

 
 

   третий  корпус 

 

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Устройство  выпарных аппаратов

   Разнообразные конструкции выпарных аппаратов, применяемые  в промышленности, можно классифицировать по типу поверхности нагрева (паровые  рубашки, змеевики, трубчатые различных  видов) и по ее расположению в пространстве (аппараты c вертикальной, горизонтальной, иногда с наклонной нагревательной камерой), по роду теплоносителя (водяной пар, высокотемпературные теплоносители, электрический ток| и др.), а также в зависимости от того, движется ли теплоносители снаружи или внутри труб нагревательной камеры. Однако более существенным признаком классификации выпарных аппаратов, характеризующим интенсивность их действия, следует считать вид и кратность циркуляции раствора.

   Различают выпарные аппараты с неорганизованной, или свободной, направленной естественной и принудительной циркуляцией раствора.

   Выпарные  аппараты делят также на аппараты прямоточные, в которых выпаривание раствора происходит за один его проход через аппарат без циркуляции раствора и аппараты, работающие с многократной циркуляцией раствора.

   В зависимости от организации процесса различают периодический и непрерывно действующие выпарные аппараты.

   Аппараты  со свободной циркуляцией  раствора. Простейшими аппаратами этого типа являются периодически действующие открытые выпарные чаши с паровыми рубашками (для работы при атмосферном давлением) и закрытые котлы с рубашками, работающие под вакуумом.

   В выпарных аппаратах с рубашками происходит малоинтенсивная неупорядоченная циркуляция выпариваемого раствора вследствие разности плотностей более нагретых и менее нагретых частиц. Поэтому в аппаратах с рубашками коэффициенты теплопередачи низки.

   Поверхности нагрева рубашек и соответственно нагрузки этих аппаратов очень невелики. Поэтому выпарные аппараты с рубашками лишь изредка применяются в небольших производствах при выпаривании сильно агрессивных и вязких, выделяющих твердые осадки, растворов, так как поверхность нагрева может быть относительно просто защищена от коррозии с помощью химически стойких покрытий и легко очищена. Для её очистки иногда используют мешалки, например якорные.'

   Значительно большей поверхностью нагрева в  единице объема обладают змеевиковые  выпарные аппараты (рис. 6). В корпусе 1 такого аппарата размещены паровые  змеевики 2, а в паровом пространстве установлен брызгоуловитель 3. При проходе через брызгоуловитель поток вторичного пара изменяет направление своего движения и из него, выделяются унесенные паром капли жидкости. 

     

   

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Змеевики  выполняют из отдельных секций, так как у длинных змеевиков, вследствие накопления конденсата, поверхность нагрева плохо используется. Кроме того, при секционировании змеевиков можно последовательно отключать отдельные секции по мере понижения уровня раствора в периодически действующем аппарате.

   Змеевиковые аппараты более компактны, чем аппараты с рубашками и отличаются несколько  большей интенсивностью теплопередачи. Однако очистка и ремонт змеевиков  затруднены. В этих аппаратах также  производят выпаривание небольших  количеств химически агрессивных веществ.

   К той же группе относятся выпарные аппараты с горизонтальной трубчатой нагревательной камерой и с вертикальным цилиндрическим корпусом (рис. 7). В нижней части корпуса таких аппаратов находится нагревательная камера 2, состоящая из пучка горизонтальных прямых труб, по которым движется греющий пар. Верхняя часть корпуса служит сепаратором 3, предназначенным для уменьшения механического уноса жидкости паром.

   Известны  также аналогичные аппараты с  горизонтальным корпусом (полуцилиндрической, или сундучной формы). Они выгодно отличаются от вертикальных меньшей высотой слоя выпариваемого раствора, что значительно снижает температурные потери вследствие гидростатической депрессии. Кроме того, горизонтальные аппараты имеют больший объем парового пространства, что облегчает выпаривание в них сильно пенящихся растворов. Вместе с тем эти аппараты обладают и значительными недостатками по сравнению с вертикальными: более громоздки и металлоемки; непригодны для выпаривания  кристаллизующихся растворов из-за трудности механической очистки наружной поверхности труб; имеют невысокие коэффициенты теплоотдачи в горизонтальных  паровых  трубах (внутри которых накапливается слой конденсата).

    Вследствие указанных недостатков  выпарные аппараты со свободной циркуляцией раствора в настоящее время вытеснены в большинстве производств выпарными аппаратами более совершенных конструкций, в частности вертикальными трубчатыми аппаратами.

   Вертикальные  аппараты с направленной естественной циркуляцией. В аппаратах этого типа выпаривание осуществляется при естественной многократной циркуляции раствора. Они обладают рядом преимуществ сравнительно с аппаратами других конструкций, благодаря чему получили широкое распространение в промышленности.

    Основным достоинством таких аппаратов является улучшение теплоотдачи к раствору при его многократной организованной циркуляции в замкнутом контуре, уменьшающей скорость отложения накипи на поверхности труб. Кроме того, большинство этих аппаратов компактны. Занимают небольшую производственную площадь, удобны для осмотра и ремонта.