4.3. Багатокорпусні випарні установки

4.3.1. Схеми багатокорпусних випарних установок

Як було зазначено вище, 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.

Схему трикорпусної вакуум-випарної установки, яка працює за прямотечій­ного руху гріючої пари та розчину, показано на рис. 4.2. Вихідний розчин, переважно підігрітий до температури кипіння, подається в перший корпус, який обігрівається первинною парою. Вторинна пара цього корпусу направляється як гріюча пара 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, який 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 потрапляють в установку з парою і охолоджувальною водою, відсмоктуються через бризковлов­лювач вакуум-насоса.

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.

Схеми багатокорпусних випарних установок відрізняються за тиском вторин­ної пари в останньому корпусі і поділяються на ті, що працюють під розрідженням, та такі, що працюють під надлишковим тиском. Найрозповсюдженішими є уста­новки першої групи. Крім установки, в промисловості використовують установки аналогічні до показаної на рис. 4.2, але які є економічнішими 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 як екстра-пара. 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 загалом спрощується, оскільки відпадає необхідність в безперервно працюючому конденсаторі парів (невеликий конденсатор використо­вують лише в період запуску установки).

Для підтримання незмінного режиму роботи у випарних установках під тиском використовують різні схеми і 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 переміщаються з корпусу в корпус у взаємно протилежних напрямках (рис. 4.3).

У 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. 4.3) значно збільшується вартість установки.

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

Для випарювання насичених розчинів, в яких знаходяться частинки твердої фази, а також у разі, якщо немає необхідності одержання випареного розчину високої концентрації, використовують багатокорпусні випарні установки з пара­лельним живленням корпусів (1–3). Схему такої установки показано на рис. 4.4.

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

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