11.2. Классификация выпарных аппаратов

Классифицировать выпарные аппараты можно по различным признакам.

1. По способу организации процесса во времени выпарные аппараты могут быть периодического и непрерывного действия. Однако установки периодического действия не нашли широкого распространения из-за низкой экономической эффективности. Они могут применяться для малых производств или при высокой концентрации получаемых продуктов.

2. В зависимости от организации кипения выпариваемого раствора аппараты можно подразделить: с парообразованием в зоне теплообмена; адиабатное испарение; парообразование при непосредственном контакте с теплоносителем. При парообразовании в зоне теплообмена кипение раствора проходит на поверхности, через которую проходит передача тепла от греющего агента, или вблизи нее. В аппаратах адиабатного испарения кипение раствора проводится вне зоны подвода тепла. Кипение проходит в специальной камере с пониженным давлением. Такие аппараты называют аппаратами с вынесенной зоной кипения. Необходимость их появления связана с тем, что при кипении в зоне подвода тепла на поверхности теплопередачи могут выделяться отложения растворенных веществ. Такие отложения резко снижают теплопередачу и уменьшают производительность аппаратов. В аппаратах с кипением, вызванным непосредственным контактом раствора и теплоносителя, образующиеся пары необходимо отделять от теплоносителя. Использование газа в качестве такого теплоносителя приводит к образованию парогазовой смеси, разделять которую можно путем конденсации пара. При этом отсутствуют отложения, препятствующие теплообмену между раствором и теплоносителем.

3. По агрегатному состоянию теплоносителя, используемому в качестве греющего агента, аппараты можно подразделить на: использующие теплоноситель в газообразном (продукты сгорания, горячий воздух), парообразном (водяной пар), жидком (вода, масло, высокотемпературные теплоносители и др.), твердом состоянии или обогрев ведется с помощью электричества. Наиболее распространен обогрев водяным паром.

4. По типу циркуляции раствора в аппаратах различают аппараты с естественной и принудительной циркуляцией, а также без циркуляции раствора (прямоточные). Естественная циркуляция раствора может быть свободной (неорганизованной) или направленной (организованной). Естественная циркуляция осуществляется под действием силы тяжести за счет разности плотностей раствора в различных точках аппарата. Принудительная циркуляция обеспечивается с помощью насосов, мешалок, подачи пара (газа), вращением или вибрацией частей самого аппарата. Свободная (неорганизованная) циркуляция осуществляется в объеме аппарата, и движение раствора специальным образом не организуется. При направленной циркуляции движение раствора организуется за счет специальных устройств (циркуляционных труб). В аппаратах без циркуляции проводят выпаривание за один проход раствора. В аппаратах с циркуляцией раствор за время процесса множество раз циркулирует в объеме аппарата, что увеличивает скорость его движения и приводит к росту коэффициента теплоотдачи, а также уменьшению отложения накипи.

5. По типу поверхности нагрева – поверхностные (трубчатые, змеевиковые, аппараты с рубашкой и т.д.) и контактные (при непосредственном контакте с нагревающим агентом.)

6. По ориентации греющей камеры в пространстве – аппараты с вертикальной, горизонтальной, наклонной камерами.

Кроме того, выпарные аппараты могут подразделяться по многим другим признакам: по степени концентрирования раствора, по производительности, по степени заполнения сечения греющей камеры раствором и т.д. Конструкции выпарных аппаратов очень разнообразны. При выборе конструкции выпарного аппарата для конкретного производства необходимо учитывать множество факторов: расход упариваемой жидкости, начальную и конечную концентрации раствора, возможную кристаллизацию и отложения на стенках греющей камеры и т.д. Обилие конструкций выпарных аппаратов обусловлено наличием множества способов и условий проведения процесса, разнообразием свойств концентрируемых растворов, многообразием теплоносителей.

За основу классификации выпарных аппаратов обычно принимают тип циркуляции раствора.