4.3. Багатокорпусні випарні установки

4.3.1. Схеми багатокорпусних випарних установок

Як було зазначено вище, що на випаровування 1 кг води в однокорпусному апараті необхідно 1,2 кг гріючої пари. Витрату пари на випарювання можна значно зменшити, використовуючи її багатократно для нагрівання першого корпусу, а потім (вторинною парою) від другого корпусу багатокорпусної випарної установки до останнього.

С хема трикорпусної вакуум-випарної установки, яка працює за прямотечійного руху гріючої пари та розчину, показана на рис. 4.2. Вихідний розчин, переважно підігрітий до температури кипіння подається в перший корпус, який обігрівається первинною парою. Вторинна пара цього корпусу направляється в якості гріючої пари в другий корпус, де внаслідок пониженого тиску кипить за нижчої температури, ніж в першому. Внаслідок нижчого тиску у другому корпусі розчин самопливом переміщається з першого корпусу в другий, в якому охолоджується до температури кипіння. За рахунок виділення при цьому тепла, додатково утворюється деяка кількість вторинної пари (явище самовипаровування розчину).

Рис. 4.2. Багатокорпусна прямотечійна вакуум-випарна установка:

1-3 – корпуси установки; 4 – підігрівач вихідного розчину; 5 – барометричний конденсатор; 6 – вловлювач; 7 – вакуум-насос

Випарений розчин з другого корпусу подається в третій, якій обігрівається вторинною парою другого корпусу. Вторинна пара з останнього корпусу відводиться в барометричний конденсатор, в якому під час конденсації пари створюється необхідне розрідження. Повітря і несконденсовані гази, які попадають в установку з парою і охолоджуючою водою відсмоктуються через бризковловлювач вакуум-насосу.

Необхідною умовою передачі тепла в кожному корпусі є різниця температур, яка визначається різницею між температурою гріючої пари і температурою кипіння розчину. Разом з цим, тиск вторинної пари в кожному попередньому корпусі повинен бути більший ніж в наступному корпусі.

Схеми багатокорпусних випарних установок відрізняються за тиском вторинної пари в останньому корпусі і поділяються на ті що працюють під розрідженням та під надлишковим тиском. Найрозповсюдженішими є установки першої групи. В промисловості часто застосовують установки аналогічні до наведеної на рис. 4.2., але економічніші за рахунок використання тепла пари низького потенціалу. Тобто обігрівання першого корпусу здійснюється відпрацьованою парою з парової турбіни, яка є в цьому разі первинною парою.

Дросельована свіжа пара, наприклад з ТЕЦ, додається лише для підтримування стабільного режиму роботи випарної установки під час коливань навантаження турбіни.

У випарних установках, які працюють під певним надлишковим тиском вторинної пари в останньому корпусі, вона може бути ширше використана на сторонні потреби, тобто в якості екстра-пари. Попри це підвищення тиску вторинної пари в останньому корпусі зменшує кратність використання свіжої (первинної) пари, що підігріває перший корпус.

Під час роботи під надлишковим тиском виникає необхідність у потовщенні стінок апаратів, але установка в цілому спрощується, оскільки відпадає необхідність в постійно діючому конденсаторі парів (невеликий конденсатор використовують лише в період запуску установки).

Для підтримання постійного режиму роботи у випарних установках під тиском використовують різних схем та автоматичне регулювання тиску пари та густини упареного розчину.

Співвідношення між кількістю тепла, яку може віддати вторинна пара, і кількістю тепла пари низького потенціалу, що необхідна для інших промислових потреб диктує вибір тиску вторинної пари в останньому корпусі установки, який в кожному конкретному випадку визначають за результатами техніко-економічних розрахунків.

Крім розповсюджених установок з прямотечійним рухом пари і розчину (рис. 4.2), використовують і протитечійні випарні установки, в яких гріюча пара і випарюваний розчин переміщуються з корпусу в корпус у взаємно протилежних напрямках. (рис.4.3).

В першому корпусі протитечійної установки (рис.4.3), розчин з найменшою концентрацією одержує тепло від гріючої пари найвищих параметрів, а в останньому корпусі концентрованіший розчин (найбільш в`язкий) випарюється за допомогою вторинної пари з найнижчими параметрами. Отже, від першого до останнього корпусу підвищується концентрація і понижується температура випарюваного розчину, зростає його в’язкість, коефіцієнти тепловіддачі зменшуються, а коефіцієнти теплопередачі значно менше змінюються по корпусах, ніж під час прямотоку.

Рис. 4.3. Багатокорпусна протитечійна вакуум-випарна установка:

1-3 – корпуси установки; 4 – 6 – -насоси

Однак, необхідність перекачування випарюваного розчину з корпусів, де тиск є меншим в корпуси з вищим тиском є серйозним недоліком протитечійної схеми, оскільки через необхідність встановлення циркуляційних насосів (насоси 4 та 5 на рис.2) значно збільшує вартість установки.

Використовують протитечійні випарні установки для випарювання розчинів до високих кінцевих концентрацій, а також у випадку коли в`язкість розчину суттєво збільшується у разі збільшення його концентрації.

Для випарювання насичених розчинів, в яких знаходяться частинки твердої фази, а також у випадку, якщо не має необхідності одержання випареного розчину високої концентрації використовують багатокорпусні випарні установки з паралельним живленням корпусів (1-3), схема якої показана на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Багатокорпусна випарна установка з паралельним живленням корпусів (1 – 3)

Вихідний розчин в цій схемі поступає одночасно в три корпуси, а випарений розчин виділяється з кожного корпусу з однаковою кінцевою концентрацією.