Выпаривание. Конструкции выпарных аппаратов. Назначение элементов конструкций. Материальный баланс выпаривания.

Выпаривание это процесс концентрирования растворов нелетучих соединений методом удаления части растворителя. Разделяется на 3 основных способа:

-простое или однократное,

-многократное или многокорпусное,

- выпаривание в помощью теплового насоса.

В. может осуществляться под атмосферным, избыточным давлением и под вакуумом.

Выпарные аппараты классифицируются по различным признакам. Наиболее существенной является классификация по принципу организации циркуляции кипящего раствора в аппарате. Различают выпарные аппараты с естественной и принудительной циркуляцией раствора, пленочные и барботажные (с погружными горелками) аппараты.
Хорошая циркуляция раствора в аппарате способствует интенсификации теплообмена, в первую очередь со стороны кипящей жидкости.

Выпарные аппараты с естественной циркуляцией. Циркуляция раствора в таких аппаратах вызывается различием плотностей парожидкостной смеси в циркуляционной трубе и кипятильных трубах. (1 – циркуляционная труба; 2 – кипятильная труба.)Скорость (кратность)
циркуляции здесь невелика (скорость движения парожидкостной смеси составляет 0,3-0,8 м/с). Поэтому коэффициенты теплопередачи также относительно низкие. Несмотря на достаточную простоту, аппараты этого типа заменяются на другие-с более интенсивной циркуляцией.
В этом аппарате циркуляционная труба не обогревается, следовательно раствор в ней не кипит и парожидкостная смесь не образуется. Разность плотностей парожидкостной смеси в кипятильных трубах 2 и раствора в циркуляционной трубе больше, чем в аппаратах с центральной циркуляционной трубой, поэтому кратность циркуляции и коэффициенты теплопередачи несколько выше. Повышение скорости движения парожидкостной смеси в кипятильных трубах уменьшает возможность отложения солей, которые могут выделяться при концентрировании растворов.

Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией. Более высокие кратности циркуляции, соответствующие скоростям движения парожидкостной смеси более 2-2,5 м/с, достигаются в выпарных аппаратах с принудительной циркуляцией. Повышение кратности циркуляции обеспечивается установкой в циркуляционной трубе осевых насосов 5, обладающих высокой производительностью. В связи с более высокими скоростями движения жидкости в этих аппаратах достаточно высоки коэффициенты теплопередачи -более 2000 Вт/(м2*К), поэтому такие аппараты могут эффективно работать при меньших полезных разностях температур (равных 3—5 °С). В аппаратах с принудительной циркуляцией можно с успехом концентрировать высоковязкие или кристаллизующиеся растворы.
В ряде случаев выпарные аппараты с принудительной циркуляцией выполняют с вы песенной наг ре нательной камерой. В этом случае появляется возможность производить замену нагревательной камеры при ее загрязнении, а иногда к одному сепаратору подсоединять две или три нагревательные камеры.

Пленочные выпарные аппараты. Их относя т к группе аппаратов, работающих без циркуляции; процесс выпаривания осуществляется за один проход жидкости по кипятильным трубам, причем раствор движется в них в виде восходящей или нисходящей пленки жидкости. Как правило, эти аппараты работают при прямоточном движении раствора и образующегося вторичного пара, который занимает центральную часть труб. В связи с этим здесь отсутствует гидростатический столб парожидкостной смеси и, следовательно, гидростатическая депрессия. Для обеспечения заданных пределов изменения концентраций упариваемых растворов кипятильные трубы делают длинными (6-10 м).

Барботажные выпарные аппараты с погружными горелками. Для выпаривания таких агрессивных жидкостей, как серная, фосфорная, хлороводородная кислоты, сульфаты и хлориды некоторых металлов и др., наиболее эффективным способом оказался барботаж дымовых газов с помощью погружных горелок 2, работающих на газообразном юга жидком топливе. В этом методе выпаривания создаются хорошие условия для тепломассообмена между дымовыми газами и жидкостью, гак как дымовые газы при барботаже в растворы распыляются в виде пузырьков, образуя газожидкостную смесь, обладающую большой меж фазной поверхностью.

Материальный баланс однократного выпаривания определяется по следующей формуле:
по всему вешеству:

G n = G y + W

по растворенному веществу:

G n x n = G y x y

где Gn, Gy – массовые расходы соответственно поступающего и упаренного раствора, кг/ч; W – количество выпариваемой воды, кг/ч; хп и ху – соответственно начальная и конечная концентрации раствора, масс, %.

1ВОПРОС

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: