39

Если нет постоянного потребителя низкопотенциальной теплоты, то выпарная установка проектируется с абсолютным давлением в последнем корпусе

0,01…0,02 МПа.

	2.2 Выбор конструкции выпарного аппарата										У
	Наибольшее распространение получили вертикальные кожухотрубные вы-
										Т
парные аппараты с естественной (рисунок 2.7) или принудительной (рису-
нок 2.8) циркуляцией раствора.									Н
								Б
							й
						и
					р
				о
			т
			з
	ростр
	Рисун к 2.7и– Вертикальные выпарные аппараты с естественной цир-
	п			куляцией раствора
	а –	с сн й циркуляционной (опускной) трубой; б – с выносной опускной
	труб й; в – с вынесенной греющей камерой; 1 – греющая камера; 2 – паровое
используется		аппарат с внутренней греющей камерой и с центральной (соос-
Р			анство; 3 – опускная (циркуляционная) труба; 4 – брызгоуловитель

Для маловязких, некристаллизующихся и не пенящихся растворов широко

ной) циркуляционной трубой (тип ВВ).

Для вязких и кристаллизующихся растворов также применяются выпарные аппараты с естественной циркуляцией:

а) с вынесенной зоной кипения;

40

б) с вынесенной греющей камерой; в) с вынесенной греющей камерой и вынесенной зоной кипения.

							У
						Т
					Н
				Б
			й
		и
т		р
Рисунок 2.8 – Выпарныеоаппараты с принудительной циркуля-
з	цией раствора
а – с сосной греющей камерой; б – с вынесенной греющей камерой; 1
– греющая камера; 2 – паровое пространство; 3 – циркуляционная
( пускная)итруба; 4 – сепарирующее устройство; 5 - насос
В этих а аратах за счет конструктивных особенностей можно достичь
е
скорост йодвижения раствора в трубах порядка 2,0…2,5 м/с, в результате смы-
ваютсяпкристаллообразования на поверхностях нагрева.
Если такой скорости не удается достичь естественной циркуляцией, то к
установке принимаются аппараты с принудительной циркуляцией, создаваемой
Рнасосами. К ним относятся аппараты:

а) с соосной греющей камерой и солеотделителем; б) с соосной греющей камерой и вынесенной зоной кипения;

41

в) с вынесенной греющей камерой и вынесенной зоной кипения.

Все выпарные аппараты внесены в типоразмерный ряд и классифицированы по пяти группам.

	2.3 Элементы выпарных аппаратов
	Основными элементами выпарного аппарата являются: греющая камера,
растворное пространство, паровое пространство.
	2.3.1 Греющая камера представляет собой пучок труб между двумя труб-
											У
ными решетками, заключенный в корпус (кожух, обечайку). Греющий пар под-
										Т
водится в межтрубное пространство камеры одним или двумя патрубками в
верхнюю часть. При этом первые ряды труб необходимо защитить щитком (ко-
									Н
зырьком) от прямого удара, приводящего к эрозии поверхности труб.
								Б
	Вывод конденсата должен обеспечивать минимальное затопление трубок в
межтрубном пространстве греющей камеры. Способы отвода конденсата пред-
ставлены на рисунке 2.9.							й
						и
					р
				о
			т
			и
			з
		Рисун к 2.9 – Конструктивное оформление узла для вывода кон-
		о		денсата из греющей камеры
	п
е
Р

а – патрубок с карманом; б – гнутый патрубок; в – сверление в трубной решетке

На корпусе греющей камеры под верхней решеткой устанавливается вентиль (воздушник) для периодического отвода неконденсирующихся газов из паровой камеры.

42

Конструктивный расчет греющей камеры аналогичен расчету кожухотрубного теплообменного аппарата, работающего с изменение агрегатного состояния теплоносителей.

2.3.2 Растворное пространство включает внутренний объем труб грею-

У

щей камеры и кипятильных (в случае вынесенной зоны кипения), циркуляци-

онной трубы и объем раствора над греющей камерой.

Т

В аппарате с соосной греющей камерой и центральной циркуляционной

трубой раствор подается над верхней решеткой, а выводится из-под нижней

решетки. В аппарате с выносной циркуляционной трубой раствор подается в

циркуляционную трубу, а выводится до нее.

Б

Циркуляция раствора может быть однократной (как,Ннапример, в аппаратах

с восходящей пленкой для пенящихся растворов [7]) и многократной (у всех ос-

тальных аппаратов).

и

р

Кратность циркуляции

(К) – отношенйе расхода циркулирующего рас-

твора G

о

к расходу выпаренной влаги W

т

G

.

(2.7)

К =

и

W

Для естественной ц ркуляции движущий напор

з

р

дв

=L ρ

р

−ρ

см

g, Па,

(2.8)

о

где

L - длина циркуляционного контура; ρ р - плотность раствора в цирку-

п

- плотность смеси (раствор - пар) в подъемных трубах.

ляционн й трубе; ρсм

е

Для установившегося режима циркуляции движущий напор уравновешен

суммой гидравлических сопротивлений в опускном и подъемном каналах кон-

тура:

Р

рдв =∑∆роп + ∑∆рпод .

(2.9)

Чем активнее парообразование,

тем меньше ρсм и больше

рдв , а значит

выше скорость циркуляции. Но с увеличением скорости расчет гидравлическое

Hп ≥1,5 м, а для пенящихся

43

сопротивление тракта. То есть каждому значению удельного теплового потока в греющую камеру q, Вт/м2, соответствует определенная скорость циркуляции.

Для принудительной циркуляции мощность привода к насосу, обеспечивающему циркуляцию раствора:

N = G ∆p

(2.10)

ρ р η

где

∆p - напор,

создаваемый насосом, Па;

G

- расход раствора в контуре

3

У

циркуляции, кг/с; ρ р - плотность раствора, кг/м ;

η - КПД насоса (0,7…0,8).

Т

2.3.3 Паровое пространство необходимо, чтобы обеспечить чистоту и су-

хость вторичного пара. Унос капель жидкости, содержащей концентрируемый

продукт,

Н

делает проблематичным использование вторичного пара в теплооб-

менных аппаратах (в том числе в

Б

корпусах установки).

Растворы, имеющие низкий коэфф ц ент поверхностного натяжения σ и

высокую вязкость μ,

й

склонны к пенооб азован ю. Образующаяся пена запол-

последующих

няет паровое пространство выпа н го аппарата и может выноситься с паром.

Ни увеличение парового бъема,рни механические препятствия (сепараторы) не

дают должного эффек а. Пену

сбивать струей воды или слабого раство-

можно

ра из стационарно установленной перфорированной трубки. Обычно добавка

т

керосина или раст тельного масла повышает поверхностное натяжение и сни-

и

жает вязк сть раств ров. Этим можно подавить пенообразование раствора.

з

Для любых растворов повышение напряжения зеркала испарения (Rs)

св рх о рделенной величины вызывает усиление образования брызг. Нор-

п

=1500...3000 м

3

м

2

мальным для выпарных аппаратов считается R

s

/

ч

е

Р

Скорость вторичного пара в паровом пространстве должна быть 2…4 м/с при атмосферном давлении и 6…8 м/с при разрежении.

Высота парового пространства принимается растворов Hп =2,5...3,0 м.

44

Объем парового пространства можно определить по формуле:

V

=

W

, м3,

(2.11)

ρ

R

п

п

v

где

W - производительность аппарата по выпару, кг/ч;

ρп - плотность па-

ра при давлении в аппарате, кг/м3;

У

R

- объемное напряжение парового про-

v

Т

странства, м3/(м3 ч).

Для

атмосферного

давления

Н

R

атм

=1600...1700 м

3

м

3

/

ч .

v

Для давлений, отличных от атмосферного

R

= ϕ Rатм ,

й

v

v

БРисунок 2.10 – Зависимость

зависит

где ϕ - поправочный коэффициент,

коэффициента φ от давления в

от величины давления в аппарате (

сунок 2.10).

выпарном аппарате

р

Тогда высота парового прост анства

H

=

4

Vп

≥ 1,5

м,

(2.12)

т

2

п

π

D

где Dа - диаметр аппараоа, м.

а

Диаметр корпуса выпарного аппарата может быть определен через напря-

о

жение зеркала испаренияи. Сечение аппарата

е

з

S

=

W

=

π Dа2

, м2 .

(2.13)

а

ρ

R

4

Диамптр корпуса

п

s

4

Sа

Р

D

=

=

4 W

, м

(2.14)

а

π

π ρп Rs

Размеры парового пространства над раствором должны обеспечивать достаточное отделение вторичного пара от капелек раствора. Однако даже при номинальных условиях работы выпарного аппарата не достигается полного уст-