Понятие и сущность выпаривания

     По  весовым показателям этот аппарат значительно уступает современным вертикальным аппаратам, ввиду чего он не оправдывает себя из-за значительного перерасхода металла. 

     

     Рисунок 4. Выпарной аппарат с горизонтальной выносной нагревательной камерой.

     1 - корпус; 2- нагревательная камера;

     3 - брызгоулавливатель. 

     Для упаривания кристаллизующихся растворов  применяют аппараты с коническим днищем, имеющим угол наклона, больший, чем угол естественного откоса кристаллизующейся массы.

     Одно  время сравнительно большое распространение получили пленочные аппараты с однократной циркуляцией раствора (рисунок 5). Основная идея этой конструкции заключается в снижении потерь полезной разности температур от гидростатической депрессии. В аппарат подается мало раствора (на 1/4 высоты трубок), в нижнюю же часть подается и греющий пар, вследствие чего образуется много паровых пузырьков, увлекающих за собой раствор, всползающий вверх по стенке тонкой пленкой.                                           

     Парожидкостная  эмульсия, выходящая из трубок ударяется  о поверхность спирального сепаратора, получает вращательное движение и отбрасывается  центробежной силой па периферию, благодаря чему происходит довольно совершенная сепарация пара. Упаренный раствор через штуцер по трубе переходит в следующий аппарат.

     Таким образом, при использовании эффекта  всползания происходит выпаривание в тонком слое при однократной циркуляции раствора. При большой длине кипятильной трубки не вся поверхность нагрева используется эффективно, так как в верхней части возможны разрыв и высыхание пленки и здесь имеет место теплоотдача от стенки к влажному пару. В этих аппаратах не наблюдается ожидавшаяся большая интенсивность теплоотдачи при кипении. Если при этом учесть значительную высоту трубок, требующих устройства в крыше “фонаря” для их выемки при ремонте, и неудобство замены длинных трубок, то станет понятным, почему в последнее время эти аппараты больше не выпускаются.

     Пленочный аппарат, как было уже указано, характеризуется однократной циркуляцией и быстрым прохождением раствора, что предохраняет растворы, чувствительные к высоким температурам, от порчи, что является его некоторым преимуществом, особенно при применении установки под давлением; однако вследствие однократного прохождения раствора и малой аккумулирующей способности аппарата, он чувствителен к колебаниям в работе завода, и трудно получить упаренный раствор равномерной концентрации, что является его недостатком.

     Труба, отводящая упаренный раствор  на следующий аппарат, должна иметь гидравлический затвор (сифон) соответствующей высоты для предотвращения возможного прорыва пара в трубное пространство следующего аппарата.

     Ко  всему сказанному следует добавить, что он и дороже обычного вертикального аппарата при отсутствии веских преимуществ. 

     

     Рисунок 5. Пленочный выпарной аппарат. 

     К числу конструкций, нормализованных  Главхиммашем, относится выпарной аппарат с выносной поверхностью нагрева  (рисунок 6), который целесообразно применять для пенящихся растворов, так как не будет уноса капелек жидкости и пены со вторичным паром. Эти аппараты работают при интенсивной естественной циркуляции, благодаря наличию необогреваемой циркуляционной трубы и достаточной высоты циркуляционного столба жидкости. Выносная паровая камера облегчает очистку и ремонт аппарата, благодаря хорошему доступу к трубкам. Эта конструкция допускает и секционирование аппарата путем присоединения нескольких трубчаток к одному сепаратору. Наличие нескольких секций позволяет выключить одну из них для ремонта и очистки при бесперебойной работе аппарата в целом. Стоимость единицы поверхности этого аппарата не превышает стоимости обычного. 

     

     Рисунок 6. Выпарной аппарат с выносной поверхностью нагрева. 

     В некоторых случаях применяются  аппараты с принудительной циркуляцией (рисунок 7).

     Как видно из рисунка 7, свежий раствор  поступает в аппарат снизу, концентрированный раствор отбирается в нижней части сепаратора. Парообразование имеет место в верхней части кипятильных трубок, причем ввиду большой кратности циркуляции парожидкостная эмульсия содержит в основном жидкую фазу.

     Струя парожидкостной эмульсии выбрасывается  из трубок. Благодаря наличию здесь довольно совершенного сепаратора происходит хорошее отделение капелек жидкости от пара.

     

     Рисунок 7. Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией раствора. 

     Так как в этих аппаратах жидкость движется по трубкам с большой  скоростью (2-3 м/сек) под давлением, поэтому в трубках температура раствора выше температуры кипения и точка закипания находится у верхнего конца трубки. Благодаря большой скорости движения раствора отложения здесь меньше.

     Аппараты  с принудительной циркуляцией целесообразно  применять в определенном интервале нагрузок и главным образом при упаривании вязких жидкостей, когда естественная циркуляция затруднена. В этих условиях а₂ получается более высоким, чем в обычных аппаратах, но зато на привод циркуляционного насоса требуется довольно значительная затрата мощности, поэтому целесообразность применения подобных аппаратов должна быть обоснована соответствующим технико-экономическим расчетом. 
 

     

     Рисунок 8. Выпарной аппарат с усиленной естественной циркуляцией. 

     В последнее время предложен и  испытан с положительными результатами новый выпарной аппарат с усиленной  естественной циркуляцией для выпаривания  кристаллизующихся растворов.

     Принципиальная  схема аппарата следующая (рисунок 8): аппарат состоит из корпуса 1 и трубных решеток 2, в которых развальцованы греющие трубки 3. Над ними на высоте 3 метра установлены концентрические перегородки 4, образующие кольцевые каналы. Внутри аппарата расположена циркуляционная труба 5, внизу—камера 6 для осаждения кристаллов.

     В греющих трубках происходит только подогрев раствора, закипает же он в  каналах, образованных концентрическими перегородками. Так как размеры каналов невелики, относительная скорость паровых пузырьков, величина которых ограничена размерами каналов, мала, следовательно, высота кипящего

     слоя  будет значительной.

     В зависимости от размеров каналов  должна меняться высота концентрических перегородок. С увеличением высоты перегородок возрастает высота кипящего слоя и поэтому увеличивается движущий напор, который обусловливает циркуляцию, увеличивается скорость циркуляции в греющих трубках и улучшается работа аппарата. Установка концентрических перегородок в зоне кипения позволяет упорядочить поток вскипающей жидкости, предупреждает образование вредных обратных циркуляционных потоков в зоне вскипающего слоя, а также пульсацию. Таким образом, подобрав высоту слоя раствора над греющими трубками, высоту перегородок и расстояние между ними, можно сконструировать аппарат, удовлетворяющий требованиям, предъявляемым при выпаривании кристаллизующихся растворов. 

 

     2.Технические описания  и расчёты.

     2.1.Описание принципа работы технологической схемы 

     Кровь на выпаривание центробежными насосами Н1 и Н2 из емкости Е1 с начальной температурой 20⁰С подается в пластинчатый подогреватель Т, который состоит из шести секций. Там она нагревается до температуры кипения, равной 53⁰С при помощи конденсата, который образовался из греющего пара далением 0.11МПа. После этого кровь подается в выпарной аппарат АВ. Там кровь, подымаясь по трубкам, концентрируется до концентрации47% и направляется в емкость Е2 на хранение. Образовавшийся вторичный пар делится на две части, одна из которых идет в кожухотрубный конденсатор К и конденсируется, а вторая часть направляется в компрессор ТК, где смешивается с острым паром и образуется греющий пар, который идет в выпарной аппарат АВ на выпаривание. 

     2.2.Материальный расчёт установки.

     X _нач =19% - концентрация сухих веществ в крови до упаривания;

     X _кон =47% - концентрация сухих веществ в крови после упаривания;

     P_кк = 0.012 МПа – остаточное давление в кожухотрубном конденсаторе.

     P_гп = 0.049 – давление греющего пара.

     Выпаривание ведут при температуре t = 40- 50⁰С

      Материальный баланс: 

      2.3.Тепловой расчёт аппарата.

     Определение температуры кипения растворов:

     DРобщ=Ргп-Ркк=0.049-0.012=0.028 Мпа,

     где Ргп – давление греющего пара, Мпа;

           Ркк – давление в конденсаторе, Мпа.

     По  давлениям паров находим их температуры и энтальпии(табл.1 {2}):

                  

              

      Принимаем величину гидродинамической  депрессии равной:

     

     Тогда температура вторичного пара:

     

     По  температуре вторичного пара определим  его давление: 

           

     Так как рассматриваемый теплообменник  выпарной аппарат плёночного типа с восходящей плёнкой, то величину гидростатической депрессии не учитывают:

     

      Определяем температурную депрессию  для конечной и начальной концентраций продукта, согласно следующим формулам:

      где В – концентрация продукта в пределах 5-37%;

     где В – концентрация продукта в пределах 37-77%; 
 

     

      Определим температуры кипения растворов  с начальной и конечной концентрациями:

     

     Тогда температура кипения крови в  корпусе будет определена как  среднее арифметическое температур кипения с начальной и конечной концентрациями:

      Расчёт полезной разности температур:

     

     Определение тепловых нагрузок:

                      

     где:

     1.06 – коэффициент, учитывающий потери  в окружающую среду;

     

     

 

               Ссух – теплоёмкость абсолютно  сухого вещества крови (табл.16{5})

     

     ( -температурная депрессия для исходного раствора )

     Тогда:

 
 

     Определение расхода греющего пара:

       

     Расчёт  термокомпрессора:

     Примем  давление рабочего пара 0.9МПа

     По  i-s –диаграмме определяем тепловые перепады 

     

                                              

     

. 

     Коэффициент инжекции рассчитаем по уравнению: 

     

,

     где

     А – величина, характеризующая работу инжектора. Для установок новых  конструкций  А=0,81 

     

. 

     Расход  рабочего пара: