52

2.4 Принципиальная схема выпарного аппарата

На рисунке 2.6 схематически изображен выпарной аппарат 1 и потоки,

входящие в аппарат и выходящие из него.

Рисунок 2.6 – Принципиальная схема выпарного аппарата

1 – выпарной аппарат

Gн и Gк - расход раствора неконцентрированного, поступающего на выпа-

ривание, и концентрированного в процессе выпаривания, соответственно, кг/с; bн и bк – концентрация соответствующих растворов, в долях или %; W – расход вторичного пара (выпаренной из раствора воды), кг/с.

2.5 Материальный баланс процесса выпарки

Сообразно со схемой (рисунок 2.6) и принятыми обозначениями система уравнений материального баланса процесса выпаривания

Решая систему уравнений (2.3) и (2.4) относительно расхода вторичного пара, получаем выражение

Расчет выпарных аппаратов осуществляется на 1 кг раствора, поступающего на выпарку, т.е. Gн 1 кг , тогда удельное количество выпаренной воды

54

- расход выпаренной воды во всей установке, кг/с; n - число корпусов;

коэффициент 0,85 учитывает потери теплоты в окружающую среду и тот факт,

что теплота фазового перехода греющего пара меньше, чем вторичного т.к.

давление греющего пара должно быть больше чем давление в соответствующем аппарате, а значит вторичного пара.

То есть, чем больше корпусов в установке, тем меньше расход греющего пара на первый корпус, а значит эксплуатационные расходы на установку. Но этот эффект постепенно затухает, поэтому существует понятие оптимального числа корпусов, которое может составлять n = 3…5.

Наиболее распространенными схемами многокорпусных выпарных уста-

новок являются:

а) прямоточная (рисунок 2.7)

Практически в любой многокорпусной установке, в том числе и прямоточной,

распределение давлений по корпусам подчиняется следующему неравенству

ргр р1 р2 ... рn . Обычно первый корпус работает при повышенном давле-

нии, второй – при давлении близком или выше атмосферного, а последний под разрежением. В прямоточной схеме и пар и раствор движутся от первого кор-

пуса к последнему, причем раствор движется от корпуса к корпусу самотёком,

что снижает как капитальные (на установку насосов), так и эксплуатационные затраты (на их привод). Схема применяется для большинства растворов, кроме вязких и склонных к активному кристаллообразованию.

б) противоточная (рисунок 2.8)

Применяется для выпаривания вязких растворов. Вязкость зависит от вида рас-

твора, концентрации и температуры его. При выпаривании концентрация рас-

твора увеличивается, а значит, повышается его вязкость. В то же время, т.к. ос-

тается справедливым неравенство ргр р1 р2 ... рn , а значит температура ки-

пения раствора в корпусах t1 t2 ... tn , вязкость раствора, подвергаемого вы-

париванию в прямоточной схеме, по всем факторам увеличивается, что делает проблематичным движение его самотеком, а значит применение прямоточной схемы. При выпаривании раствора в многокорпусной противоточной установке

1 - выпарной аппарат; 2- насос

Рисунок 2.8 - Схема трехкорпусной противоточной выпарной установки

раствор подается в последний корпус, где давление, а значит и температура са-

мые низкие. При движении раствора от последнего к первому корпусу темпера-

тура кипения повышается, что способствует снижению вязкости. Но т.к. рас-

твор движется в сторону повешения давления, он перемещается с помощью на-

сосов 2. Это требует дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат.

в) со смешанным током

Так же как и схема с противоточным движением применяется для выпари-

вания вязких растворов. В данной схеме неконцентрированный раствор подает-

ся во второй корпус, второй и третий корпуса (рисунок 2.8) соединены после-

довательно, а после третьего корпуса раствор подается в первый насосом, что снижает затраты на насосы.

г) с параллельным питанием по раствору (рисунок 2.9)

Применяется для выпаривания растворов, склонных к активному кристал-

лообразованию. Раствор разводится к корпусам по единому коллектору, так же отводится концентрированный раствор после аппаратов.