Технологические способы выпаривания растворов. Выпарные аппараты и испарители, их назначение и устройство

Выпаривание - термический процесс концентрирования растворов твёрдых нелетучих веществ при кипении и удалении жидкого летучего растворителя в виде паров. В технике процесс выпаривания получил широкое распространение, т.к. многие вещества (сахар, соль, щелочные металлы, аммиачная селитра и др.) поступают на переработку в виде слабых водных растворов, а в готовом виде для потребления, хранения или транспортировки должны быть полностью или частично обезвожены.

На предприятиях выпарные процессы протекают в многокорпусных установках непрерывного действия с использованием, образующегося под раствором, так называемого вторичного пара каждого корпуса в последующих корпусах с более низким давлением или с передачей части вторичного пара (экстра-пара) другим тепловым потребителям. Раствор в таких установках перетекает из корпуса в корпус, выпариваясь частично и последовательно в каждом корпусе до определённой концентрации. Схема выпарной установки и конструкция аппарата для сгущения растворов определяются свойствами этих растворов: плотностью, вязкостью, температурой кипения; поверхностным натяжением, коэффициентом растворимости, физико-химической температурной депрессией, склонностью к вскипанию и кристаллизации.

Физико-химическая температурная депрессия (температурная депрессия) - разность температуры кипения раствора и температуры, выделяющегося пара растворителя: Δ₁=t_p-υ, где t_р- температура кипения раствора; υ- температура выделяющихся паров растворителя (воды), "С. Температурная депрессия различна для разных веществ и увеличивается с повышением концентрации раствора.

Химическая активность раствора определяет выбор материала, из которого должны изготовляться детали и узлы аппарата.

По технологическим признакам промышленные выпарные установки непрерывного действия разделяют

на несколько групп:

1. По числу ступеней - одноступенчатые и многоступенчатые, при этом в одной ступени могут быть один, два и более параллельно включенных корпусов выпарной установки.

2. По давлению вторичного пара в последней ступени:

а) выпарные установки с разрежением в последней ступени, близким к разрежению в конденсаторе. При этом достигается большой перепад температур между греющими теплоносителями перед первой ступенью и вторичным паром, поступающим в конденсатор из последней ступени. Вся теплота пара последней ступени теряется с охлаждающей водой конденсатора.

б ) выпарные установки с повышенным давлением в последней ступени. Такая схема выбирается, когда вторичный пар последней ступени в расчётном режиме может полностью использоваться в других теплоиспользующих установках.

в) выпарные установки с ухудшенным вакуумом, при такой схеме установка может работать и на конденсатор и на потребителя низкопотенциальной теплоты.

3. По технологии обработки раствора:

а )одностадийные выпарные установки (+ схема а), в которых раствор проходит при упаривании последовательно все ступени и не отводится для других промежуточных операций обработки;

б )многостадийные - в которых раствор после одной из промежуточных ступеней может быть направлен для дополнительной обработки (например, для осветления), а затем снова поступает на довыпаривание в следующие ступени. В аппараты второй ступени поступает обычно высококонцентрированный раствор с повышенной температурной депрессией. Поэтому греющем теплоносителем во второй стадии может быть либо свежий пар, подаваемый на первый корпус, либо вторичный пар из первого корпуса. Температура раствора перед поступлением его в I ступень должна быть близкой к температуре кипения. Для этой цели применяют схему регенеративного подогрева.

Конденсат из первого корпуса установки следует возвращать в цикл, а из других ступеней -использовать после подогревателей для промывки аппаратов или для других нужд.

1)Наибольшее распространение получили вертикальные трубчатые с паровым обогревом непрерывного действия с естественной принудительной циркуляцией. Для упаривания маловязких некристаллизующихся и неагрессивных растворов получил распространение выпарной аппарат ВВ с внутренней греющей камерой и центральной циркуляционной трубой. В этом аппарате возникает устойчивая циркуляция раствора, что обеспечивает высокий коэффициент теплопередачи.

2 )Выпарные аппараты с подвесной греющей камерой применяют для упаривания кристаллизующихся, агрессивных и умеренно-вязких растворов. В таких аппаратах вследствие большого сечения кольцевого канала между обечайкой и внутренней паровой камерой улучшена циркуляция раствора, а свободная подвеска греющей камеры исключает возможность нарушение плотности вальцовочных соединений между трубами и решеткой при термической деформацией. Применяются для выпаривания электролитических щелоков.

1. Пленочные выпарные аппараты — для очень вязких пастообразных и термолабильных (температуронестойких) растворов:

а) выпарные аппараты со свободно-падающей пленкой.