Классификация выпарных аппаратов

Выпарные аппараты можно классифицировать следующим образом:

• 1. По принципу действия — на аппараты периодического и непрерывного действия. Периодические аппараты имеют ряд преимуществ перед непрерывными; при одной и той же начальной и конечной концентрациях раствора в них достигаются более высокие коэффициенты теплопередачи; облегчается перекачка концентрированного вязкого раствора, так как ее можно осуществить после концентрирования при атмосферном или повышенном давлении (в вакуум-выпарных аппаратах непрерывного действия откачка вязкого раствора затруднена, особенно из последней ступени). Однако эти установки могут использоваться лишь при небольших производительностях.
• 2. По первичному теплоносителю — на аппараты с паровым, газовым (продукты сгорания, горячий воздух и др.), жидкостным (вода, масло и. др.) теплоносителем, а также с электрическим обогревом. В промышленной практике чаще всего применяют обогрев паром, обеспечивающий высокий коэффициент теплоотдачи наряду с удобством регулирования установки. В ряде случаев целесообразно использование тепла отходящих газов различных технологических агрегатов.
• 3. По совмещению стадий нагрева и парообразования — на аппараты, в которых эти стадии совмещены, аппараты с вынесенной зоной парообразования и с вынесенной поверхностью нагрева. Последние два типа аппаратов применяют для предотвращения интенсивных отложений на поверхности нагрева.
• 4. По подвижности поверхности нагрева — на аппараты с неподвижной и подвижной поверхностью нагрева. Применение последней вызвано стремлением интенсифицировать процесс теплообмена. Подвижность поверхности нагрева обеспечивается ее вращением или вибрацией. В таких аппаратах скорость движения жидкости относительно поверхности нагрева высока, вследствие чего существенно повышается интенсивность теплообмена; отложения уменьшаются либо предотвращаются полностью. При этом существенно повышается степень концентрирования растворов.
• 5. По способу организации движения раствора — на аппараты с естественной и принудительной циркуляцией, однократной и многократной. Естественная циркуляция может осуществляться в объеме аппарата либо обеспечиваться специальными, циркуляционными трубами. Принудительная циркуляция организуется с помощью насосов, мешалок или подачи пара (газа). Циркуляция (перемещение) раствора может создаваться также путем вращения либо обеспечиваться специальными циркуляционными трубами. Принудительная циркуляция организуется с помощью насосов, мешалок или подачи пара (газа). Циркуляция (перемещение) раствора может создаваться также путем вращения либо вибрацией поверхности нагрева.
• 6. По расположению зоны испарения — на аппараты, в которых испарение раствора производится либо внутри труб, либо в объеме аппарата. При этом жидкость может находиться снаружи поверхности нагрева или же внутри ее.
• 7. По степени заполнения сечения труб — на аппараты с заполненным и незаполненным сечением. К последним относятся аппараты со вставками и пленочные. Пленочные выпарные аппараты получают в настоящее время все более широкое распространение благодаря тому, что обладают высокой интенсивностью теплообмена при малых температурных напорах. По способу движения пленки такие аппараты подразделяются на аппараты с ниспадающей и восходящей пленкой, а также пленкой, движущейся под действием центробежных сил.
• 8. По направлению движения пара и жидкости — на аппараты, в которых жидкость движется снизу вверх или же сверху. Аппараты с ниспадающей пленкой также подразделяются по направлению движения вторичного пара — вверх или вниз. Последний способ благоприятно сказывается на режиме теплообмена, так как движение пара и пленки в одном направлении способствует увеличению скорости пленки и ее турбулизации.
• 9. По ориентации поверхности нагрева — на аппараты, в которых поверхности нагрева располагаются вертикально, горизонтально или наклонно.

Выпарные аппараты могут подразделяться также по степени концентрирования — на аппараты небольших концентраций (первые корпуса МВУ) и аппараты высоких концентраций, используемые в однокорпусных установках и в последних ступенях МВУ; по производительности — на аппараты малой и большой производительности.

Конструкции выпарных аппаратов весьма разнообразны, что не всегда диктуется необходимостью. Число действительно эффективных и необходимых типов аппаратов может быть существенно уменьшено, хотя для ряда растворов и условий производства не созданы необходимые выпарные аппараты. Это, в частности, относится к аппаратам предельного выпаривания.

Наиболее распространенным теплоносителем в выпарной технике является водяной пар, поэтому в большинстве случаев основной процесс в греющей камере — конденсация пара. Она может осуществляться внутри и снаружи труб, а также на плоских и цилиндрических поверхностях. Поверхности конденсации могут быть гладкими и волнистыми.

При конструировании греющих камер основное внимание уделяется обеспечению необходимой прочности камеры, равномерному распределению парового потока и полному отводу конденсата и неконденсирующихся газов. Чаще всего греющая камера состоит из обечайки с приваренными к ней двумя трубными досками, в которые завальцованы трубки поверхности нагрева. Обечайка может явиться частью корпуса аппарата. В этом случае пар подводится через поверхность обечайки. Греющие камеры могут подвешиваться внутри корпуса. В этом случае греющий пар может подводиться либо через одну из трубных досок в центральную часть камеры, не заполненную трубками, либо через трубу расположенную в центре камеры. Эта труба, открытая с одного конца, имеет прорези для равномерного распределения пара по высоте труб. В греющей камере устанавливаются перегородки, которые выполняют двойную функцию: обеспечивают течение пара перпендикулярно трубам и увеличивают жесткость трубного пучка, препятствующую вибрации труб. Конденсат отводится из нижней точки греющей камеры через конденсатоотводчики, предотвращающие выход пара из камеры.

Важное значение имеет оттяжка неконденсирующихся газов, скапливающихся у поверхности конденсации. Она производится с помощью специальных заборных трубок, расположенных в различных точках пространства греющей камеры. В простейшем случае осуществляется продувка парового пространства в одной или нескольких точках корпуса греющей камеры.

При конденсации пара внутри горизонтальных труб для интенсификации движения конденсата поверхность нагрева устанавливается под небольшим углом, а также осуществляется дополнительный пропуск пара, способствующий удалению конденсата.

Выпаривание осуществляется внутри или снаружи труб. Поверхности теплообмена со стороны выпариваемой жидкости могут быть гладкими, шероховатыми, полированными, волнистыми, оребренными. Для снижения интенсивности отложений при выпаривании коллоидных растворов и суспензий используются полированные поверхности, однако стоимость их обработки высока.