Аппараты с принудительной циркуляцией.

В связи с более высокими скоростями движения жидкости в этих аппаратах достаточно высокие коэффициенты теплопередачи.

В таких аппаратах можно концентрировать высоковязкие или кристаллизующиеся растворы.

Лекция №6

Многократное выпаривание

Расчет выпарного аппарата

Выбор числа корпусов

Вспомогательное оборудование выпарной установки

В этом случае вторичный пар используется в качестве греющего в последующем аппарате.

Принципиальная схема прямоточной трехкорпусной выпарной установки

T_к1 > T_к2 > T_к3 – температуры кипения растворов по корпусам

Р₁ > Р₂ > Р₃ – Абсолютное давление в аппарате по корпусам

в₃ > в₂ > в₁ – Концентрация упариваемого раствора по корпусам

К₁ > К₂ > К₃ – Коэффициенты теплопередачи по корпусам.

В зависимости от взаимного направления пара и раствора установки бывают: прямоточные, противоточные и комбинированные.

Принципиальная схема противоточной двух корпусной выпарной установки

Прямоток

Достоинства: Из-за разного давления упаренный раствор от корпуса к корпусу перемещается самотеком.

Во втором и третьем корпусах выпаривание происходит за счет перегрева поступающего раствора (самоиспарение). Давление меньше, следовательно, температура кипения ниже, в процессе охлаждения и происходит дополнительное испарение растворителя.

Недостатки: Происходит понижение температуры кипения и повышение концентрации, что способствует увеличению вязкости раствора и снижение теплоотдачи при кипении, а следовательно к снижению коэффициента теплопередачи, и как следствие к увеличению общей поверхности теплопередачи, а это как Вы понимаете сами не выгодно.

Противоток

Достоинства и недостатки этой схемы выпаривания можно определить из вышесказанного.

Достоинство: Из схемы видно, что более концентрированный раствор выпаривается при более высоком давлении и соответственно температуре, это в свою очередь позволит уменьшить поверхность нагрева.

Недостаток: Обращая внимание все на ту же схему, мы видим, что естественной циркуляции раствора не будет, следовательно, возникает необходимость включения в схему насосов для перекачивания концентрированного раствора из корпуса в корпус.

Недостатки прямоточных схем менее существенны, чем противоточных, поэтому первые получили большее распространение в промышленности.

Комбинированная схема выпаривания

Пар движется также, а раствор подается в каждый аппарат отдельно, где выпаривается до определенной концентрации.

Применяется для кристаллизации растворов. В этом случае в₃ = в₂ = в₁ (Концентрация упариваемого раствора по корпусам).

Материальный баланс многокорпусной выпарной установки

Общее количество выпариваемой в установке воды находят

где G_н – количество раствора, поступившего в установку, кг/ч;

х_н и х_к – соответственно начальные и конечные концентрации раствора, %масс

Общее количество выпаренной воды, равно сумме количеств воды, выпариваемой по корпусам:

где W₁, W₂, и W_n – количество воды, выпариваемой соответственно в первом, во втором и в последнем корпусах, кг/ч.

С концентрацией растворов на выходе поступают аналогично

Так для последнего корпуса концентрация упаренного раствора определиться:

Тепловой баланс многократного выпаривания

Очевидно, что количество греющего пара D_n , поступающего в корпус n, равно количеству воды W_n-1 выпаренной в корпусе (n-1). (при работе установки без отбора экстра-пара).