3. Принцип работы выпарного аппарата

В настоящее время наибольшее распространение получили вертикальные трубчатые выпарные аппараты с паровым обогревом, схема устройств которых представлена на рис. 10.1.

Рисунок 10.1 –Схема устройства выпарного аппарата: 1 – греющая камера; 2 – сепаратор; 3 – циркуляционная труба

В первоначальный момент аппарат заполнен холодным раствором до уровня, указанного на рис. 10.1. При подаче пара в греющую камеру1раствор, находящийся в трубках, начинает нагреваться. Поскольку плотность раствора с увеличением температуры уменьшается, возникает разность плотностей у раствора, который находится в трубках греющей камеры и циркуляционной трубе. Под действием этой разности плотностей раствор начинает двигаться по контуру: греющая камера1сепаратор2циркуляционная труба3в направлении, указанном стрелками. При движении увеличивается коэффициент теплоотдачи со стороны раствора, соответственно, увеличивается его температура, что приводит к дальнейшему возрастанию скорости потока, и так до начала кипения раствора. Начиная с момента вскипания раствора, скорость циркуляции резко возрастает, так как в трубках греющей камеры образуется паро -растворная эмульсия, плотность которой значительно меньше плотности раствора. Однако при увеличении скорости циркуляции возрастают гидравлические сопротивления, и в итоге при скорости движения порядка 11,5 м/с наступает динамическое равновесие и скорость циркуляции стабилизируется.

Отделение пара от брызг раствора происходит в сепараторе выпарного аппарата 2. Очищенный вторичный пар удаляется из верхней части сепаратора, а выпаренный раствор удаляется через штуцер в нижней части аппарата. Для поддержания постоянного уровня раствора в аппарат постоянно подают исходный раствор.

4. Однокорпусные выпарные установки

Однокорпусная выпарная установка включает лишь один выпарной аппарат, в который поступает греющий пар и исходный раствор; в результате выпаривания получается концентрированный раствор и вторичный пар. В зависимости от организации процесса различают периодически и непрерывно действующие аппараты.

1. Выпарные аппараты непрерывного действия

Выпарным аппаратам напрерывного действия всегда отдается предпочтение, особенно для больших производительностей. В аппаратах этого типа наблюдается установившийся во времени процесс; греющий пар и исходный раствор поступают непрерывно; при этом удаляется постоянное количество концентрированного раствора, непрерывно отводится конденсат греющего пара и вторичный пар.

Материальный баланс

Материальный баланс выпарного аппарата может быть представлен следующими уравнениями:

; (10.3)

; (10.4)

, (10.5)

где – расход исходного и упаренного раствора, кг/с;– концентрация исходно и упаренного раствора, масс. доли;– расход выпаренной воды.

При выпаривании водных растворов с выделением кристаллизующихся веществ:

, (10.6)

где – начальная и конечная концентрация выделяемой соли соответственно масс. доли.

Количество выделившейся соли определяют по уравнению

. (10.7)

При выпаривании насыщенных бинарных солевых растворов с выделением твердой фазы уравнения материального баланса имеют вид:

; (10.8)

, (10.9)

где – концентрация соли при температуре насыщения, масс. доли;– соотношение количеств твердой фазы и жидкой в выводимой суспензии.