2.3. Багатокорпусні випарні установки

У сучасних випарних установках випарюються дуже великі кількості води.

На попередній лекції ми установили, що в однокорпусному апараті на випарювання 1 кг води потрібно більш 1 кг гріючої пари. Це призвело б до надзвичайно великих його витрат. Однак витрати пари на випарювання можна значно знизити, якщо проводити процес у багатокорпусній випарній установці. Принцип її дії зводиться до багаторазового використання тепла гріючої пари, що надходить у перший корпус установки, шляхом обігріву кожного наступного корпуса (крім першого) вторинною парою з попереднього корпуса.

Розглянемо схему багатокорпусної вакуум-випарної установки, що працює при прямотечійному русі гріючої пари і розчину (Рисунок 2.2.).

Рисунок 2.2. Багатокорпусна прямоточна вакуум-випарна установка

1-3 – корпуса установки;

4 – підігрівач вихідного розчину;

5 – конденсатор;

6 – пастка (бризгоуловлювач);

7 – вакуум-насос.

Установка складається з декількох (у даному випадку 3) корпусів. Вихідний розчин, попередньо нагрітий до температури кипіння, надходить у перший корпус, що обігрівається свіжою (первинною) парою. Вторинна пара з цього корпуса направляється вже як гріюча в другий корпус, де внаслідок зниженого тиску розчин кипить при більш низький температурі, ніж у першому.

В наслідок більш низького тиску в другому корпусі розчин, упарений у першому корпусі, переміщується самопливом у другий корпус і тут охолоджується до температури кипіння в цьому корпусі. За рахунок тепла, що виділяється при цьому, утвориться додатково деяка кількість вторинної пари. Таке явище, що відбувається у всіх корпусах установки, крім першого, називається самовипар розчину.

Аналогічно, упарений розчин із другого корпуса перетікає в третій корпус, що обігрівається вторинною парою з другого корпуса.

Попереднє нагрівання початкового розчину до температури кипіння в першому корпусі провадиться в окремому підігрівачу 4. Це дозволяє уникнути збільшення поверхні нагрівання у першому корпусі.

Вторинна пара з останнього корпуса потрапляє в барометричний конденсатор 5, у якому при конденсації пари створюється необхідне розрідження. Повітря і гази, що не сконденсуються і попадають в установку з парою й охолодною водою, а також через нещільності трубопроводів, і різко погіршують теплопередачу, відсмоктуються через пастку - бризкоуловлювач 6 вакуум-насосом 7.

За допомогою вакуум-насоса підтримується також стійкий вакуум, тому що залишковий тиск у конденсаторі може змінюватися з коливанням температури води, яка надходить у конденсатор.

Необхідною умовою передачі тепла в кожнім корпусі повинна бути наявність деякої корисної різниці температур, яка обумовлена різницею температур гріючої пари і киплячого розчину. Разом з тим, тиск вторинної пари в кожному попередньому корпусі повинний бути більше її тиску в наступному. Ці різниці тисків створюються при надлишковому тиску в першому корпусі, чи вакуумі в останньому корпусі, чи ж при тому та іншому одночасно.

2.3.1. Основні схеми багатокорпусних випарних установок (бву)

Застосовувані схеми БВУ розрізняються по тиску вторинної пари в останньому корпусі. Відповідно до цієї ознаки установки поділяються на працюючі під розрідженням і під надлишковим тиском.

Найбільш поширені БВУ першої групи. У БВУ, що працюють під деяким надлишковим тиском вторинної пари в останньому корпусі, ця пара може бути ширше використана на сторонні нестатки, тобто як екстра-пара. Поряд з цим підвищення тиску вторинної пари в останньому корпусі зменшує можливу кратність використання свіжої (первинної) гріючої пари у першому корпусі.

У БВУ під тиском важче підтримувати постійний режим роботи, чим в установках під вакуумом, і для цієї мети потрібне автоматичне регулювання тиску пари і щільності упареного розчину.

Вибір оптимального тиску вторинної пари в останньому корпусі в кожному конкретному випадку встановлюється шляхом техніко-економічного розрахунку.

Багатокорпусні випарні установки розрізняються також по взаємному напрямку руху гріючої пари і розчину, що випарюється. Крім найбільш розповсюджених установок із прямотечійним рухом пари і розчину застосовуються також протитечійні випарні установки, в яких гріюча пара і розчин, що випарюється, переміщаються з корпуса в корпус у взаємно протилежних напрямках (Рисунок 2.3.).

Початковий розчин подається насосом в останній по ходу гріючої пари корпус, з якого упарений розчин перекачується в другий корпус, і т.д., причому з першого корпуса видаляється остаточно упарений розчин. Свіжа (первинна) пара надходить у перший корпус, а вторинна пара з цього корпуса направляється для обігріву другого корпуса, потім вторинна пара з попереднього корпуса використовується для обігріву наступного. З останнього корпуса вторинна пара видаляється в конденсатор.

Відзначимо одну істотну перевагу БВУ, що працюють за протилежною схемою. У першому корпусі випарної прямоточної установки найменш концентрований розчин одержує необхідне для випарювання тепло від гріючої пари найбільш високих робочих параметрів, а в останньому корпусі найбільш концентрований (і найбільш в`язкий) розчин випарюється за допомогою вторинної пари найбільш низьких параметрів. Таким чином, від першого корпуса до останнього (по ходу розчину) підвищується концентрація і знижується температура розчину, який випарюється, що приводить до зростання його в'язкості. У результаті коефіцієнт теплопередачі зменшується від першого корпуса до останнього.

Рисунок 2.3. Багатокорпусна випарна протитечійна установка

1-3 – корпуси;

4-6 – насоси.

У БВУ протитечійного типу в першому корпусі найбільш концентрований розчин випарюється за рахунок тепла пари найбільш високих параметрів, у той час як в останньому корпусі початковий розчин найнижчої концентрації одержує тепло від вторинної пари, що має найбільш низький тиск і температуру. Тому при протитечії коефіцієнт теплопередачі значно менше змінюється по корпусах, чим при прямотечіїі.

Однак необхідність перекачки розчину, що випарюється, з корпусів, де тиск менше, у корпуси з більш високим тиском є серйозним недоліком протитечійної схеми, тому що застосування проміжних циркуляційних насосів зв'язано зі значним зростанням експлуатаційних витрат.

Протитечійні випарні установки використовуються при випарюванні розчинів до високих кінцевих концентрацій, коли в останньому корпусі (по ходу розчину) можливо небажане випадання твердої речовини. Крім того, за такою схемою випарюють розчини, в'язкість яких різко зростає зі збільшенням концентрації розчину.

Існує також схема з паралельним живленням корпусів, де початковий розчин надходить одночасно в усі три корпуси установки. Упарений розчин, що видаляється з усіх корпусів, має однакову кінцеву концентрацію.

Установки такої схеми використовуються, головним чином, при випарюванні насичених розчинів, у яких знаходяться частки твердої фази, що випала, (що утрудняє переміщення розчину, що випарюється, з корпуса в корпус), а також у тих процесах випарювання, де потрібно значне підвищення концентрації розчину