Принципиальная схема противоточной двухкорпусной выпарной установки изображена на рисунке 6.11.

Достоинство  более концентрированный раствор выпаривается при более высоком давлении и, соответственно, температуре, это, в свою очередь позволяет уменьшить поверхность нагрева.

Недостаток  отсутствие естественной циркуляции раствора, следовательно, возникает необходимость включения в схему насосов для перекачивания концентрированного раствора из корпуса в корпус.

Недостатки прямоточных схем менее существенны, чем противоточных, поэтому первые получили большее распространение в промышленности.

Рисунок 6.11 – Двухкорпусная противоточная выпарная

установка

6.3.4.3 Комбинированная схема выпаривания

В комбинированных схемах пар движется, как и в предыдущих примерах, а раствор подается в каждый корпус отдельно. Раствор может вводиться в средний корпус с дальнейшей передачей его в последний и выпуском через первый. В каждом корпусе раствор выпаривается до определенной концентрации.

Комбинированное выпаривание применяется для кристаллизации растворов. В этом случае концентрация упариваемого раствора в каждом корпусе остается постоянной.

6.3.4.4 Материальный баланс многокорпусной выпарной установки

Общее количество выпариваемой в установке воды находят из материального баланса:

, (6.16)

где G_н – количество раствора, поступившего в установку, кг/ч;

х_н и х_к – соответственно начальные и конечные концентрации раствора, масс. %.

Общее количество выпаренной воды, равно сумме количеств воды, выпариваемой по корпусам:

, (6.17)

где W₁, W₂, W_n – количество воды, выпариваемой соответственно в первом, во втором и в последнем корпусах, кг/ч.

С концентрацией растворов на выходе поступают аналогично. Для последнего корпуса концентрация упаренного раствора определится так:

. (6.18)

6.3.4.5 Тепловой баланс многокорпусной выпарной установки

Очевидно, что количество греющего пара D_n , поступающего в корпус n, равно количеству воды W_n-1, выпаренной в корпусе (n-1), при работе установки без отбора экстра-пара.

. (6.19)

Уравнение теплового баланса для n-го корпуса выглядит так:

, (6.20)

где – расходы соответственно греющего и вторичного паров в n-м корпусе, кг/с;

– расходы соответственно исходного и упаренного раствора в n-м корпусе, кг/с;

– энтальпии соответственно греющего и вторичного паров в n-м корпусе, Дж/кг;

– энтальпии соответственно исходного, упаренного растворов и конденсата греющего пара в n-м корпусе, Дж/кг;

– потери теплоты в окружающую среду в n-м корпусе, Дж/с.

Переписав уравнение (6.20) относительно расхода пара, можно увидеть, что расход пара зависит от трех величин:

а) расхода пара на изменение энтальпии выпариваемого раствора;

б) расхода пара на непосредственное выпаривание растворителя (например, воды);

в) расхода пара на компенсацию потерь тепла в окружающую среду.

6.3.5 Выпаривание с тепловым насосом

Многокорпусные выпарные установки имеют ряд таких недостатков, как высокая стоимость оборудования, большая занимаемая площадь, высокая температура кипения раствора в первых корпусах. Все это можно компенсировать, если применять однокорпусное выпаривание с тепловым насосом.

Вторичный пар, образующийся при упаривании раствора, с помощью турбокомпрессора или парового инжектора сжимают до давления греющего пара и вновь подают в нагревательную камеру этого же аппарата. Схематично это можно представить, как показано на рисунке 6.12. Таким образом, первичный пар необходим только для пуска аппарата в работу, а затем в небольшом количестве для компенсации снижения теплоты конденсации пара после его сжатия в тепловом насосе и потерь в окружающую среду.

Рисунок 6.12 – Схема выпарной установки с тепловым насосом