1 Загальна частина

1.1 Багатокорпусні випарні установки

У сучасних випарних установках випарюються дуже велика кількості води. В однокорпусному апарату на випарювання 1 кг води потрібно більше 1 кг гріючого пару. Це привело б до надмірно великих його витрат. Однак витрата пару на випарювання можна значно знизити, якщо проводити процеси в багатокорпусної випарний установці. Принцип дії її зводиться до багаторазового використання тепла гріючого пару, що поступає в перший корпус установки, шляхом обігріву кожного наступного корпуса (крім першого) вторинним паром з попереднього корпуса.

Схема багатокорпусної вакуум-випарної установки, що працює при прямоточному русі гріючого пару і розчину, показана на рис. 1.1.

Рис. 1.1 – Багатокорпусна прямоточна вакуум-випарна установка

Установка складається з декількох (у цьому випадку трьох) корпусів. Вихідний розчин, звичайно попередньо нагрітий до температури кипіння, надходить у перший корпус, що обігрівається свіжим (первинним) паром. Вторинний пар із цього корпуса направляється в якості гріючого в другий корпус, де внаслідок зниженого тиску розчин кипить при більше низькій температурі, чим у першому.

Через більше низький тиск у другому корпусі розчин, упарений у першому корпусі, переміщається самопливом у другий корпус і тут прохолоджується до температури кипіння в цьому корпусі. За рахунок тепла, що виділяється при цьому, утвориться додатково деяка кількість вторинного пару. Таке явище, що відбувається у всіх корпусах установки, крім першого, зветься самовипарування розчину.

Аналогічно упарений розчин із другого корпуса перетікає самопливом у третій корпус, що обігрівається вторинним паром із другого корпуса.

Попереднє нагрівання вихідного розчину до температури кипіння в першому корпусі виробляється в окремому підігрівнику 4, що дозволяє уникнути збільшення поверхні нагрівання в першому корпусі.

Вторинний пар з останнього корпуса (у цьому випадку із третього) приділяється в барометричний конденсатор 5, у якому при конденсації пару створюється необхідне розрідження. Повітря й гази, що не конденсуються, що попадають в установку з паром і охолодною водою (у конденсаторі), а також через не щільності трубопроводів і різко погіршують теплопередачу, відсмоктуються через пастку - бризгоуловлювача 6 насосом 7.

За допомогою вакуум-насоса підтримується також стійкий вакуум, тому що залишковий тиск у конденсаторі може змінюватися з коливанням температури води, що надходить конденсатор.

Необхідною умовою передачі тепла в кожному корпусі повинне бути наявність деякої корисної різниці температур, обумовленою різницею температур пару, що зріє, і киплячого розчину. Разом з тим, тиск вторинного дарунка в кожному попередньому корпусі повинне бути більше його тиску надалі. Ці різниці тисків створюються при надлишковому тиску в першому корпусі, або вакуумі в останньому корпусі, або ж при тім і іншому одночасно.

Схеми, що застосовуються багатокорпусних випарних установок різняться по тиску вторинного пару в останньому корпусі. У відповідності із цією ознакою установки діляться на працюючі під розрідженням і під надлишковим тиском.

Найпоширені випарні установки першої групи. Крім установки, доведеної на рис. 1.1, у промисловій практиці застосовують установки аналогічного типу, що володіють підвищеною економічністю за рахунок використання тепла пару низького потенціалу. Так, наприклад, іноді обігрів першого корпуса роблять відпрацьованим паром з парових турбін, що є в цьому випадку первинним паром.

Дросельований свіжий пар, додається тільки для підтримки стабільного режиму роботи випарної установки при коливаннях навантаження турбіни.

У випарних установках, що працюють під деяким надлишковим тиском вторинного пару в останньому корпусі, цей пар може бути ширше використаний на сторонні потреби, тобто в якості екстрапара. Поряд із цим підвищення тиску вторинного пару в останньому корпусі зменшує можливу кратність використання свіжого (первинного) пару, що гріє перший корпус.

При роботі під надлишковим тиском потрібно трохи більша товщина стінок апаратів, але установка в цілому спрощується, тому що відпадає необхідність у постійно діючому конденсаторі парів (невеликий конденсатор використовують лише в період пуску установки).

У випарних установках під тиском сутужніше підтримувати постійний режим роботи, чим в установках під вакуумом, і для цієї мети потрібне автоматичне регулювання тиску пару й щільності упареного розчину. Для підвищення стійкості режиму роботи установок під тиском використовують різні схеми. Вибір тиску вторинного пару в останньому корпусі установки залежить від співвідношення між кількістю тепла, що може віддати цей пар, і кількістю тепла пару низького потенціалу, що вимагається на інші виробничі потреби. Оптимальний тиск вторинного пару в останньому корпусі можна встановити в кожному конкретному випадку шляхом техніко-економічного розрахунку.

Багатокорпусні випарні установки різняться також по взаємному напрямку руху гріючого пару та випарюємого розчину. Крім найбільше широко розповсюджених установок із прямоточним рухом пару й розчину (рис 1.1), застосовуються також противоточні випарні установки, у яких гріючий пар, і випарюємий розчин, що, переміщаються з корпуса в корпусі рухаються взаємно протилежних напрямках (рис. 1.2).

Рис. 1.2 – Багатокорпусна противоточна випарна установка

Вихідний розчин подається насосом в останній по ходу гріючого пару (третій) корпус, з якого упарений розчин перекачується в другий корпус, і т.д., причому з першого корпуса віддаляється остаточно упарений розчин. Свіжий (первинний) пар надходить у перший корпус, а вторинний пар із цього корпуса направляється для обігріву другого корпуса, потім вторинний пар з попереднього корпуса використовується для обігріву наступного. З останнього корпуса вторинний пар віддаляється в конденсатор.

У першому корпусі випарної прямоточної установки (рис. 1.1) найменш концентрований розчин одержує необхідне для випарювання тепло від гріючого пару найбільш високих робочих параметрів, а в останньому корпусі найбільш концентрований розчин випарюється за допомогою вторинного пару найбільш низьких параметрів. У такий спосіб від першого корпуса до останнього (по ходу розчину) підвищується концентрація й знижується температура розчину, що випарюється, що приводить до зростання його в'язкості. У результаті коефіцієнти теплопередачі зменшуються від першого корпуса до останнього.

У багатокорпусних противоточних установках (рис. 1.2) у першому корпусі найбільш концентрований розчин випарюється за рахунок тепла пару найбільш високих параметрів, у той час як в останньому корпусі вихідний розчин найнижчої концентрації одержує ,тепло від вторинного пару, що має найбільш низького тиску й температуру. Тому при противотоці коефіцієнти теплопередачі значно менше змінюються по корпусах, чим при прямотоці.

Рис. 1.3 – Багатокорпусна випарна установка з паралельним живленням корпусів

Однак необхідність перекачування розчину, що випарюється, з корпусів, де тиск менше, у корпуси з більше високий тиском є серйозним недоліком противоточної схеми, тому що застосування проміжних циркуляційних насосів (насоси 4 і 5 на рис. 1.2) зв'язано зі значним зростанням експлуатаційних витрат.

Противоточні випарні установки використовують при випарюванні розчинів до високих кінцевих концентрацій, коли в останньому корпусі (по ходу розчину) можливо небажане випадання твердої речовини. Крім того, за такою схемою випарюють розчини, в'язкість яких різко зростає зі збільшенням концентрації розчину.

За схемою з паралельним живленням корпусів (рис. 1.3) вихідний розчин надходить одночасно в усі три корпуси установки. Упарений розчин, що видаляється із всіх корпусів, має однакову кінцеву концентрацію.

Установки такої схеми використовують, головним чином, при випарюванні насичених розчинів, у яких перебувають частки твердої фази, що випала (що затрудняє переміщення розчину, що випарюється, з корпуса в корпус), а також у тих процесах випарювання, де не потрібно значного підвищення концентрації розчину.