5.13 Выбор числа корпусов

С увеличением числа корпусов многокорпусной установки снижается расход греющего пара на каждый килограмм выпариваемой воды. Из практических данных следует, что при переходе от однокорпусной установки к двухкорпусной экономия греющего пара составляет примерно 50%; при переходе от четырехкорпусной к пятикорпусной установке эта экономия уменьшается до 10% и становится еще меньше при дальнейшем возрастании числа корпусов.

Таблица 5.1

Число корпусов	1	2	3	4	5
Удельный расход греющего пара	1,1	0,57	0,4	0,3	0,27

Основной причиной, определяющей предел числа корпусов выпарной установки, является возрастание температурных потерь с увеличением числа корпусов. Для осуществления теплопередачи необходимо обеспечить в каждом корпусе некоторую полезную разность температур, т.е. разность температур между греющим паром и кипящим раствором, равную обычно 5-7 для аппаратов с естественной циркуляцией и менее 3 для аппаратов с принудительной циркуляцией.

При увеличении числа корпусов сверх допустимого предела сумма температурных потерь может стать равной или даже больше общей разности температур, которая не зависит от числа корпусов установки. В результате выпаривание раствора станет невозможным.

Чем больше число корпусов установки, тем меньшая полезная разность температур приходится на каждый корпус, и, следовательно, тем больше, при одной и той же производительности, общая поверхность нагрева выпарной установки. Приближенно общая поверхность нагрева выпарной установки увеличивается пропорционально числу ее корпусов. Практически вследствие температурных потерь, возрастающих с увеличением числа корпусов, увеличение общей поверхности нагрева установки становится еще большим. Таким образом, в многокорпусных установках экономия греющего пара связана с увеличением общей поверхности нагрева.

Чем выше концентрация выпариваемого раствора, тем больше температурные потери и тем меньшее число корпусов может быть последовательно соединено в одну установку.

Пример. Определить возможное число корпусов выпарной установки при следующих условиях =160 ; =60 ; =25 .

1 корпус: =160-60-25=75 ;

2 корпуса: =(160-60-2*25)/2=25 ;

3 корпуса: =(160-60-3*25)/3=8,33 ;

4 корпуса: =(160-60-4*25)/4=0 .

5.14 Конструкции выпарных аппаратов

Все выпарные аппараты подразделяются на:

1 Выпарные аппараты с естественной циркуляцией.

1-нагревательная камера; 2-кипятильные трубки; 3 -сепаратор; 4-брызгоотбойник; 5-цирку­ляционная труба

Рисунок 5.21 - Выпарной аппарат с вынесенной циркуляционной трубой

На рисунке 5.21 показан выпарной аппарат с вынесенной циркуля­ционной трубой 5. В этом аппарате циркуляционная труба не обогревается, следовательно, раствор в ней не кипит и парожидко­стная смесь не образуется. Разность плотностей парожидкостной смеси в кипятильных трубах 2 и раствора в циркуляционной трубе больше, чем в аппаратах с центральной циркуляционной трубой, поэтому кратность циркуляции и коэффициенты теплопередачи несколько выше. Повышение скорости движения парожидкостной смеси в кипятильных трубах уменьшает возможность отложения солей, которые могут выделяться при концентрировании растворов.

1-нагревательная камера; 2-сепаратор; 3-брызгоотбойник; 4-труба вскипания; 5-циркуля­ционная труба

Рисунок 5.22 - Выпарной аппарат с вынесенной зоной кипения

Существенного снижения отложения солей можно достичь при использовании аппаратов с вынесенной зоной кипения (рисунок 5.22). В таких аппаратах вследствие увеличенного гидростатического давления столба жидкости кипения в трубах нагревательной камеры 1 не происходит, упариваемый раствор только перегревается. При выходе перегретого раствора из этих труб в трубу вскипания 4 он попадает в зону пониженного гидростатического давления, где и происходит интенсивное его закипание. Таким образом предот­вращается возможность отложения накипи на теплообменной по­верхности труб и, следовательно, увеличиваются коэффициент теп­лопередачи и время эксплуатации аппарата между профилактиче­скими ремонтами.

2 Выпарные аппараты пленочного типа.

1-нагревательные камеры; 2-сепараторы; 3- брызгоотбойник

Рисунок 5.23 - Выпарные пленочные аппараты с восходящей (а) и нисходящей (б) пленкой жидкости

Выпарной аппарат с восходящей пленкой жидкости (рисунок 5.23,а) работает следующим образом. Снизу заполняют раствором трубы на ¹/₄-¹/₅ их высоты, подают греющий пар, который вызывает интенсивное кипение. Выделяющийся вторичный пар, поднимаясь по трубам, за счет сил поверхностного трения увлекает за собой раствор. В сепараторе пар и раствор отделяются друг от друга.

В выпарном аппарате с нисходящей пленкой жидкости (рисунок 5.23,б) исходный раствор подают в верхнюю часть нагревательной камеры 1, где обычно расположен распределитель жидкости, из которого последняя по трубам стекает вниз. Образующийся вторич­ный пар также движется в нижнюю часть нагревательной камеры, откуда вместе с жидкостью попадает в сепаратор 2 для отделения от раствора.

Для снижения температуры кипения раствора процесс, как пра­вило, проводят под вакуумом. В этих аппаратах удается упаривать также растворы, склонные к интенсивному пенообразованию. Вмес­те с этим пленочным аппаратам свойствен ряд недостатков. Они очень чувствительны к изменениям нагрузок по жидкости, в особен­ности при малых расходах растворов. Существует определенный минимальный расход раствора, ниже которого не удается достиг­нуть полного смачивания поверхности теплопередачи. Это может приводить к местным перегревам трубок, выделению твердых осадков, резкому снижению интенсивности теплопередачи. В таких аппаратах не рекомендуется выпаривать кристаллизующиеся растворы. Для них также требуются большие производственные пло­щади.

Всем трубчатым выпарным аппаратам свойствен существенный недостаток: в них затруднительно, а часто и практически невозмож­но выпаривать агрессивные растворы. Для таких растворов приме­няют аппараты, в которых отсутствуют теплопередающие поверх­ности, а процесс теплообмена осуществляют путем непосредствен­ного соприкосновения теплоносителя (нагретых или топочных га­зов) с упариваемым раствором.