3.3.3 Пленочные выпарные аппараты

Пленочные выпарные аппараты применяются для концентрирования растворов, чувствительных к высоким температурам. При необходимом вре­мени пребывания в зоне высоких температур раствор не успевает перегреть­ся, и его качество не снижается.

Их относят к группе аппаратов, работающих без циркуляции; процесс выпаривания осуществляется за один проход жидкости по кипятильным трубам, причем раствор движется по ним в виде восходящей или нисходящей пленки жидкости. Как правило, эти аппараты работают при прямоточном движении раствора и образующегося вторичного пара, который занимает центральную часть труб. В связи с этим здесь отсутствует гидростатический столб парожидкостной смеси и, следовательно, гидростатическая депрессия. Для обеспечения заданных пределов изменения концентраций упариваемых растворов кипятильные трубы делают длинными (от 6 до 10 м).

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 свойственен ряд недостатков. Они очень чувствительны к изменениям нагрузок по жидкости, в особенности при малых расходах растворов. Существует определенный минимальный расход раствора, ниже которого не удастся 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.

Выпарной аппарат с восходящей пленкой жидкости (рисунок 3.17, 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 3.17, 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

а б

1 – негревательные камеры; 2 – сепараторы; 3 – брызгоотбойник

Рисунок 3.17 – Выпарные аппараты с восходящей пленкой жидкости (а); с нисходящей жидкости (б)

Пленочные опреснители горизонтального типа (рисунок 3.18, а) разрабатываются для опреснительных установок. Достоинством таких испарителей является простота конструкции (греющие трубки монтируются непосредственно в корпусе парожидкостного пространства); уменьшение напора циркуляционного насоса и соответственно расхода энергии на рециркуляцию жидкости; возможность расположения нескольких аппаратов один над другим. Для окончательной оценки эффективности горизонтальных пленочных испарителей требуются данные об интенсивности процессов отложений, необходимых плотностях орошения, уносе и др. Данные аппараты применяют при выпаривании растворов малой вязкости (до 8…10 сП), не дающих накипи, имеют относительно высокие коэффициенты теплоотдачи, сокращается время пребывания раствора.

В выпарном аппарате с нисходящей пленкой жидкости (рисунок 3.18, б) исходный раствор подают в верхнюю часть нагревательной камеры, где обычно расположен распределитель жидкости, из которого последняя по трубам стекает вниз. Образующийся вторичный пар также движется в нижнюю часть нагревательной камеры, где отделяется от раствора. Пленочные выпарные аппараты изготавливаются с площадью поверхности теплопередачи от 63 до 2500 м² с диаметром труб 36 или 57 мм. Избыточное давление в греющей камере от 0,3 до 1,0 МПа, а в сепараторе вакуум 93 кПа.

а б

1 – раствор; 2 – ротор; 3 – вторичный пар; 4 – концентрированный раствор; 5 – оттяжка неконденсирующихся газов; 6 – место расположения пленкообразователей (насадок); 7 – испарительные трубы

Рисунок 3.18 – Горизонтальный выпарной аппарат с

ниспадающей пленкой жидкости (а); вертикальный выпарной аппарат с ниспадающей пленкой (б)

Недостатком пленочных аппаратов является неустойчивость работы при колебаниях давления греющего пара. При нарушении режима работы ап­парат можно перевести на работу с циркуляцией раствора, как в аппаратах с принудительной циркуляцией.