2. Обзор литературных источников

Выпарные аппараты и испарители для накипеобразующих и кристаллизующихся растворов

2.1 Выпарные аппараты и испарители с естественной циркуляцией и вынесенной зоной кипения

В 1943 году начались теоретические и экспериментальные исследования по созданию нового типа выпарного аппарата с естественной циркуляцией и вынесенным из греющих труб ки­пением, Необходимость этих работ была обусловлена потреб­ностью резко увеличить производство алюминия для авиаци­онных заводов, а между тем, "узким" местом в технологи­ческом процессе являлись выпарные станции, предназначен­ные для концентрирования алюминатно-щелочных растворов в условиях выделения кристаллов соды. На выпарных станциях эксплуатировались аппараты с кипением раствора в греющих трубах, работавшие в режимах со всползающей пленкой и естественной циркуляцией. В таких аппаратах при концентрировании раствора происходило интенсивное выделение соды на поверхности нагрева, что заставляло промывать греющие тру­бы через 2,5 суток.

С целью уменьшения инкрустации греющих труб содой и удлинения межпромывочного пробега было решено применить новый тип выпарного аппарата - с вынесенной из греющих труб зоной кипения. Для этого реконструировали один из промышленных аппаратов с поверхностью теплообмена 700 м2 путем наращивания высоты сепаратора и установки внутри него подъемной трубы (рис.2). Аппарат был применен для выпаривания алюминатного щелока и работал в составе 3-корпусной батареи, а затем в качестве головного корпуса противоточной 4-корпусной батареи. В этих условиях достигну­ты КТП 2,0 кВт/м2 °С при скорости в трубах 1,2-1,3 м/с, полезной разности температур 11-15° и давлении в сепарато­ре 0,07 МПа. Свободный непрерывный слив концентрированно­го раствора позволял поддерживать постоянный уровень в се­параторе на высоте верхней кромки подъемной трубы. Период между промывками увеличился до 5 суток, т.е. вдвое.

Аппараты с поверхностью нагрева 360 м аналогичной кон­струкции были внедрены в г. Красноярске в гидрометаллургическом производстве при выпаривании щелочных растворов.

В результате многолетних теоретических и эксперимен­тальных исследований были разработаны методики расчета скорости циркуляции и основных размеров циркуляционного контура, обеспечивающие устойчивую (без пульсаций) и эф­фективную работу аппаратов. Были выработаны также основные принципы их конструирования. Позднее были спроекти­рованы 5-корпусные ДОУ, состоящие из самых крупных в ми­ре испарителей с поверхностью нагрева 2700 м2. Однако с течением времени тепло стало значительно дороже, поэтому дальнейшее расширение опреснительного комплекса осу­ществлялось за счет строительства 10-корпусных установок (ДОУ) второго поколения.

Применить в таких дистилляционных опреснительных установках ис­парители с вынесенной зоной кипения (тип ВК) было нельзя из-за недостаточной разности тем­ператур, обеспечивающей устойчивую циркуляцию и эффектив­ную работу аппаратов. Увеличению тепловой нагрузки повы­шением температуры кипения в первом корпусе препятствует так называемый ^"сульфатный барьер"- выделение трудно отмываемой накипи сульфата кальция. При низких теп­ловых нагрузках без парообразования на поверхности нагре­ва могут эффективно работать только аппараты с принудитель­ной циркуляцией. Такие испарители и были применены в 10-корпусных ДОУ.[4]

Выпарной аппарат для выпаривания алюминатных растворов

Рис. 2