3.3 Конструкція випарних апаратів

Найбільше поширення одержали вертикальні випарні апарати з паровим обігрівом трубчастими поверхнями нагрівання, які добре компонуються й займають маленьку площу.

Пара подається в між трубний простір для полегшення очищення поверхні нагрівання від утворення накипу, розчин підігрівається й кипить у трубах.

При роботі випарного апарата в трубах паро рідинна емульсія, що утворюється, надходить у сепаратор, де відбувається сепарація, - пара йде в паропровід вторинної пари, а рідина надходить у циркуляційну трубу й при безперервному випарюванні змішується з розчином, що надходить на випарку, і знову надходить у трубки, що гріють.

Апарати з паровим обігрівом можна розділити на 3 групи: із природною циркуляцією розчину, із примусовою циркуляцією розчину й плівкові апарати. Розглянемо схему апарату на рис 2.3

Рисунок 4 - Схема вертикального випарного апарата із центральною циркуляційною трубою.

1. трубки, що гріють;

2. центральна циркуляційна труба;

3. камера, що гріє;

4. сепаратор пари

Апарати паровим обігрівом можна розбити на 3 групи:

- с природною циркуляцією розчину;

- с примусовою циркуляцією розчину;

- плівкові апарати.

Рушійною силою природної циркуляції розчину є різниця між масами стовпа рідини (розчину) в опускним трубах і парорідинної емульсії.; у піднімальні за рахунок різниці щільностей.

і , щільності рідини й емульсії. Напір, що рухається ΔP = H( - ) витрачається на подолання тертя, місцевих опорів і на створення динамічного напору потоку, що визначає швидкість циркуляції:

Природна циркуляція розчину створюється за рахунок пристрою однієї або декількох опускних праця ( що не обігрівають, циркуляційних), і при різниці температур пари, що гріє, і розчину досягається досить висока швидкість і кратність циркуляції. Так, при висоті кип'ятильних трубок ~5м и t= 20°С при природній циркуляції можна одержати швидкості до 2-3 м/с. Кратністю циркуляції До називають відношення кількості розчину G кг/з, що циркулює в контурі випарного апарата W, кг/з: К = , G = 0,785nd² w_y ρ_p , де d – внутрішній d кип'ятильної трубки; n – число трубок; W_y - швидкість циркуляції м/с; ρ_p – щільність розчину, кг/м³. У випарних апаратах із природною циркуляцією, кратність циркуляції К =20-30.

Апарати із примусовою циркуляцією застосовують для випарки грузлих розчинів, коли виходить мала різниця t пари, що гріє, і розчину (3-4°С); циркуляція рідини в них забезпечує пропелерним або відцентровим насосом, що перекачує розчин із сепаратора в камеру, що гріє. Кількість розчину, що прокачують, при змушеній циркуляції в багато разів перевищує кількість випаровує води. Тому вихідна з кип'ятильних трубок парорідинна емульсія майже повністю складається з рідини. Закипання відбувається тільки на невеликій ділянці верхньої частини кип'ятильних трубок, відсутність закипання усередині трубок зменшує утворення накипу й у сполученні з більшими швидкостями рідини в трубках (до 3,5 м/с) забезпечує більше високий коефіцієнт теплопередачі, чим при природній циркуляції - це перевага. Недолік полягає в наступному: на перекачування витрачається значна кількість електроенергії. Тому вибір природної або змушеної циркуляції повинен зважаться тільки виходячи з техніко-економічних розрахунків.

Плівкові апарати застосовують для випарки розчинів, що не кристалізуються, розчинів, чутливі до високих температур і розчинів, схильних до піноутворення невисокою температурою кипіння. Кип'ятильні трубки заповнюються розчином тільки на 1/4-1/5 їх висоти. При досягненні t кипіння в розчині утворяться пухирці пари, які рухаючись нагору, захоплюють за собою розчин, розподіляючи його тонким шаром по внутрішній поверхні трубки.

Випар рідини відбувається при цьому в тонкому шарі, що рухається з великою швидкістю (до 20м/с), веде до росту коефіцієнта тепловіддачі (у порівнянні із циркуляційним апаратом). Трубки в таких апаратах мають довжину 6-8 м, що приводить до їхніх температурних деформацій вигину, тому область застосування таких апаратів обмежена.