1 Описание схемы выпарной установки

Технологическая схема выпарной установки представляет собой систему выпарного аппарата, барометрического конденсатора, теплообменников, насосов, емкостей для исходного и упаренного растворов. Схема однокорпусной выпарной установки показана на рисунке 1.

Рисунок 1 Схема выпарной установки

1 – емкость исходного раствора; 2,5 – насосы; 3 – теплообменник подогреватель; 4 – выпарной аппарат; 6 – емкость упаренного раствора; 7 – барометрический конденсатор; 9 – вакуум-насос

Исходный раствор CaCl₂ с температурой 293 К из заборной емкости 1 центробежным насосом 2 марки Х 20/18 производительностью 4,17 кг/с подается в подогреватель 3, поверхностью теплопередачи 19 ,количеством труб 100 шт., длиной труб 3 м, а затем подается в корпус выпарной установки 4 с поверхностью теплообмена 160 .

Движение раствора и вторичного пара возможно благодаря общем перепаду давлений, возникающему в результате создания вакуума конденсацией вторичного пара в барометрическом конденсаторе смешивания 7 с диаметром 1,98 м, высотой барометрической трубы – 9,52 м, где заданное давление поддерживается подачей

охлаждающей воды.

Раствор поступает в емкость упаренного раствора 6 и центробежным насосом

5 подается в точку потребления раствора. Конденсат греющих паров из выпарных аппаратов выводится с помощью конденсатоотводчиков.

В качестве теплообменника, как вспомогательного оборудования выберем кожухотрубчатый теплообменник, так как он прост в изготовлении и эксплуатации. Кожухотрубчатый теплообменник состоит из кожуха, трубной решетки, трубок, сферического днища, штуцера для подвода и отвода первого теплоносителя, и штуцера для подвода и отвода второго теплоносителя.

Рассмотрим основные элементы схемы установки.

Центробежный насос — насос, в котором движение жидкости и необходимый напор создаются за счёт центробежной силы, возникающей при воздействии лопастей рабочего колеса на жидкость.

Такой тип насосов вследствие их конструктивной простоты и удобства эксплуатации имеет в настоящее время наибольшее распространение в установках теплогазоснабжения и вентиляции.

Рисунок 2. Центробежный насос

1-лопастное колесо; 2- спиральный корпус; 3- направляющий аппарат; 4- зазор;

5- отверстие

Обычный одноколесный центробежный насос (рисунок 2) состоит из лопастного колеса 1 и спирального корпуса 2. В некоторых конструкциях на выходе из колеса устанавливают направляющий аппарат 3, способствующий уменьшению гидравлических потерь на выходе с колеса в корпус.

Следует отметить, что в современных конструкциях насосов направляющие аппараты применяют редко, так как они усложняют конструкцию и увеличивают ее габариты. Лопастной направляющий аппарат, кроме того, суживает область режимов с высоким КПД.

Корпус изготовляют литой (обычно чугунный), причем по мере раскрытия спирали может возрастать и его ширина. Разъем делают по вертикальной или горизонтальной плоскости, т. е. в плоскости вращения колеса или в плоскости, нормальной к ней.

Для уменьшения зазора 4 между всасывающим патрубком корпуса и колесом устраивают лабиринтное уплотнение или даже применяют сальники. Этим уменьшают обратную циркуляцию жидкости внутри насоса («короткое замыкание»), понижающую КПД насоса. Отверстие 5 в корпусе, через которое пропускается вал колеса, также снабжают для герметизации сальником.

Колесо выполняют литым из стали, чугуна, бронзы или других материалов. Для обеспечения более благоприятных условий течения жидкости в каналах между лопастями, а также для уменьшения гидравлических потерь в колесе каналы, как правило, изготовляют с плавным контуром поворотного участка и рабочих лопастей, а также с уменьшением ширины по мере увеличения радиуса (конические колеса).

Особенностью колес центробежных насосов являются отогнутые назад лопасти (β2<90°). Такая конструкция обеспечивает наименьшие гидравлические потери при течении жидкости между лопастями и при входе в кожух. При этом коэффициент давления получается небольшим, но вполне достаточным для получения при высоких плотностях капельных жидкостей необходимых давлений. Давления до 1 МПа (напоры до 100 м вод. ст.) на одну ступень могут быть получены при окружных скоростях до 50 м/с, хотя из соображений прочности могут быть допущены еще более высокие окружные скорости.

Кожухотрубчатые теплообменники относятся к наиболее распространенным аппаратам. Их применяют для теплообмена и термохимических процессов между различными жидкостями, парами и газами – как без изменения, так и с изменением их агрегатного состояния. С годами кожухотрубчатые теплообменники стали наиболее широко применяемым типом аппаратов. Это обусловлено прежде всего надежностью конструкции, большим набором вариантов исполнения для различных условий эксплуатации.

Кожухотрубчатые теплообменники состоят из пучков труб, укрепленных в трубных досках, кожухов, крышек, камер, патрубков и опор. Трубное и межтрубное пространства в этих аппаратах разобщены, причем каждое из них может быть разделено перегородками на несколько ходов. Классическая схема кожухотрубчатого теплообменника показана на рисунке 3.

Рисунок 3. Классическая схема кожухотрубчатого теплообменника

Кожух (корпус) кожухотрубчатого теплообменника представляет собой трубу, сваренную из одного или нескольких стальных листов. Кожухи различаются главным образом способом соединения с трубной доской и крышками. Толщина стенки кожуха определяется давлением рабочей среды и диаметром кожуха, но принимается не менее 4 мм. К цилиндрическим кромкам кожуха приваривают фланцы для соединения с крышками или днищами. На наружной поверхности кожуха прикрепляют опоры аппарата.

Трубчатка кожухотрубчатых теплообменников выполняется из прямых или изогнутых (U-образных или W-образных) труб диаметром от 12 до 57 мм. Предпочтительны стальные бесшовные трубы.

В кожухотрубчатых теплообменниках проходное сечение межтрубного пространства в 2-3 раза больше проходного сечения внутри труб. Поэтому при равных расходах теплоносителей с одинаковым фазовым состоянием коэффициенты теплоотдачи на поверхности межтрубного пространства невысоки, что снижает общий коэффициент теплопередачи в аппарате. Устройство перегородок в межтрубном пространстве кожухотрубчатого теплообменника способствует увеличению скорости теплоносителя и повышению эффективности теплообмена.

Трубные доски (решетки) служат для закрепления в них пучка труб при помощи развальцовки, разбортовки, заварки, запайки или сальниковых креплений. Трубные доски приваривают к кожуху, зажимают болтами между фланцами кожуха и крышки или соединяют болтами только с фланцем свободной камеры. Материалом досок служит обычно листовая сталь толщиной не менее 20 мм.

Кожухотрубчатые теплообменники могут быть жесткой, нежесткой и полужесткой конструкции, одноходовые и многоходовые, прямоточные, противоточные и поперечноточные, горизонтальные, наклонные и вертикальные.

Конденса́тор - теплообменный аппарат для конденсации (превращения в жидкость) паров вещества путём охлаждения. Для конденсации пара какого-либо вещества необходимо отвести от каждой единицы его массы теплоту, равную удельной теплоте конденсации. Для обратимых процессов она равна удельной теплоте парообразования. Поскольку при конденсации, как и при испарении, температура не изменится, пока не сконденсируется весь пар, процесс происходит практически при постоянных параметрах пара. Параметры пара при конденсации близки к состоянию насыщения. В то же время при поступлении всё новых порций пара в конденсаторе устанавливается динамическое равновесие, и в разных частях конденсатора параметры среды могут несколько отличаться друг от друга. Для охлаждения пара используется более холодная среда, очень часто — обычная вода. При отсутствии воды (например, в конденсаторах паровозов и энергопоездов) охлаждение производится воздухом.

Что касается конденсаторов смешения, то у них следующий принцип действия. Охлаждающая вода разбрызгивается в пространстве смешивающего конденсатора. Пар конденсируется на поверхности капель воды и стекает вместе с ней в поддоны, откуда откачивается конденсатными насосами. Взаимное расположение потоков пара и воды может быть параллельным, противоточным или прямоточным. При противотоке теплообмен более эффективен.

Поскольку в конденсат попадает охлаждающая вода с растворённым в ней воздухом и другими примесями, такая смесь не может быть использована для современных паровых котлов, которые предъявляют высокие требования к подготовке питательной воды. Поэтому смешивающие конденсаторы применяются либо в малых паровых и холодильных машинах, либо в системах охлаждения с т. н. «сухими градирнями», где роль охладителей выполняют закрытые радиаторы. Поэтому охлаждающая вода, проходя через радиаторы, мало загрязняется и может быть присоединена к потоку конденсата.