2. Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией

Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией широко применяют в различных отраслях промышленности для выпаривания солесодержащих растворов с выделением твердой фазы.

Отличительной чертой выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией является то, что раствор транспортируется по контуру циркуляции насосом. Наличие насоса позволяет увеличить скорость движения раствора по контуру выпарного аппарата и, как следствие, повысить коэффициент теплопередачи [до 3000 Вт/(м²·К)], уменьшить скорость инкрустации поверхности выпарного аппарата, увеличить время работы между промывками до 30 суток. Оптимальная скорость движения раствора по трубам греющей камеры составляет 2,0 – 2,5 м/с. Дальнейшее увеличение скорости циркуляции нецелесообразно, так как это приводит к увеличению расхода электроэнергии и механическому разрушению кристаллов при практически неизменных коэффициентах теплопередачи и скорости кристаллизации.

Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией можно эксплуатировать при полезной разности температур 5–8 °С, что позволяет увеличить кратность использования греющего пара за счет увеличения числа корпусов выпарной установки, а также увеличить средний размер выделяемых кристаллов.

Наиболее распространенные конструкции выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией представлены на рис. 10.15, 10.16.

В выпарных аппаратах без частичного осветления циркулирующей суспензии (рис. 10.15) по контуру аппарата циркулирует большое количество кристаллов и комков соли (до 40 % по массе). Это приводит к частому полному закупориванию солевыми комками отдельных греющих трубок и к интенсивному эрозионному износу деталей выпарного аппарата. Например, при выпаривании содопоташных растворов в выпарном аппарате, представленном на рис. 10.15 б, за 10 смен непрерывной работы полностью закупоривается комками соды 20 ÷ 30 % греющих трубок. Для промывки таких аппаратов необходимо их частично разбирать и промывать отдельно каждую трубку.

Рисунок 10.15 – Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией без частичного осветления циркулирующей суспензии: 1– греющая камера;2– сепаратор;3– брызгоотделитель;4– труба вскипания;5– циркуляционная труба;6– циркуляционный насос. Назначение штуцеров аппаратов – см. текст к рис. 10.13

В последнее время для предотвращения закупоривания греющих трубок перед греющей камерой устанавливают решетку. Однако, как показывает практика, при наличии решетки увеличивается сопротивление контура циркуляции, усложняется обслуживание и не обеспечивается полное предотвращение закупоривания греющих трубок. Большое содержание твердой фазы в циркулирующей суспензии приводит к снижению коэффициентов теплопередачи, увеличению расхода электроэнергии на циркуляцию, измельчению кристаллов соли.

В выпарных аппаратах с частичным осветлением раствора (рис. 10.16) закупоривания греющих труб практически не происходит, так как наиболее крупные кристаллы (размером более 160 мм) и комки соли выводятся из контура циркуляции по вертикальному стояку через перфорированную трубу или решетку.

Рисунок 10.16 – Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией и с частичным осветлением циркулирующей суспензии. Обозначения те же, что на рис. 10.15. Назаначение штуцеров аппаратов – см. текст к рис. 10.13

Преимуществом выпарных аппаратов с вертикальным стояком-классификатором является то, что в них кристаллы солей, размером меньше выводимых восходящим потоком жидкости, уносятся в коническое днище сепаратора. В зоне конического днища постепенно уменьшается скорость восходящего потока, и кристаллы размером около 160 мкм находятся во взвешенном состоянии. При этом они постоянно контактируют с пересыщенным раствором и выделившимися в зоне трубы вскипания и в сепараторе кристаллами. Вследствие этого в зоне взвешенного слоя интенсивно снимается пересыщение раствора, кристаллы увеличиваются в размере до 160 мкм и более, поступают в солеотделитель и выводятся из аппарата. Мелкие кристаллы (меньше 160 мкм) раствором, подаваемым через штуцер Г₂, уносятся в циркуляционный контур выпарного аппарата. Мелкие кристаллы имеют большую удельную поверхность, вследствие чего они интенсивно снимают пересыщение в циркулирующем растворе, уменьшая при этом инкрустацию поверхностей выпарного аппарата. Кроме того, наличие мелких кристаллов в циркулирующей смеси способствует интенсификации процесса теплоотдачи.

Недостатком конструкций, представленных на рис. 10.16, является расположение уровня раствора в сепараторе ниже уровня ввода в него смеси, что приводит к дополнительному расходу электроэнергии на обеспечение циркуляции смеси.

В выпарных аппаратах с принудительной циркуляцией в качестве циркуляционных применяют осевые одноступенчатые насосы с консольным расположением рабочего колеса. Для исключения дробления кристаллов соли в аппарате и обеспечения более надежной работы сальникового уплотнения, частота вращения рабочего колеса насоса находится в пределах 490 ÷ 550 об/мин. Циркуляционные насосы имеют напор 4 ÷ 8 м при объемной производительности 1000 ÷6000 м³/ч.