Главная » 2010 » Июль » 26 » Выпарные аппараты с поверхностью нагрева
12:23
Выпарные аппараты с поверхностью нагрева
Выпарные аппараты. Выпарные аппараты с поверхностью нагрева представляют собой теплообменники-испарители, как правило, с паровым обогревом. В большинстве из них предусматривается значительное надрастворное пространство для сепарации из вторничного пара жидкой и твердой фаз (сепараторы). По движению раствора в греющих трубах различают аппараты с естественной и принудительной циркуляцией, а также аппараты пленочного типа, в которых раствор проходит по поверхностк нагрева однократно в виде тонкой пленки. Современные выпарные аппараты изготовляются специализированными предприятиями химического машиностроения и должны соответствовать ГОСТ или ведомственным нормалям. На рис. 4.14—4.17 представлены основные типы выпарных аппаратов, изготовляемых на отечественных заводах. Греющая камера выпарного аппарата с трубчатой поверхностью нагрева представляет собой пучок труб с двумя трубными решетками, вставленный в кожух-обечайку. В аппаратах жесткой конструкции греющая камера встраивается, между фланцами днища и паровото пространства, в аппаратах с подвесной греющей камерой она свободно подвешена иди опирается на кронштейны внутри растворного, пространства. Греющий пар подается в межтрубное пространство, а раствор циркулирует в трубах. Такое направление тока теплоносителей благоприятствует условиям для очистки труб , от отложения солей и накипи. Для выпаривания маловязких некристаллизующихся и неагрессивных растворов получил применение выпарной аппарат типа ВВ с внутренней: греющей камерой и с центральной циркуляционной трубой (рис. 4.14,а). Устойчивая циркуляция раствора в аппарате обеспечивается большой удельной поверхностью нагрева на единицу объема раствора в трубах малого диаметра (подъемных) (d=32 мм) в сравнении с центральной трубой большого диаметра (опускной) (d=194 мм и более). Большая скорость циркуляции раствора в трубах (до 2,0 м/с) обеспечивает высокие коэффициенты теплопередачи. Аппараты компактны и имеют небольшую метал-лоемкость. Номинальная площадь поверхности нагрева—до 400. м^. Выпарные аппараты с подвесной греющей камерой применяют для выпаривания кристаллизующихся химически агрессивных и умеренно вязких растворов. . Выпарные аппараты с совмещенной зоной нагрева и кипения раствори и вынесенной опускной трубой обладают лучшей циркуляцией раствора. Такой аппарат с длиной труб до 4000 мм изображен на рис. 4.14,6. Устанавливаемый над верхней трубной решеткой конический раструб-стабилизатор (рис. 4.14,0) предназначен для увеличения статического давления за счет столба жидкости в трубах и /вынесения таким путем зоны кипения раствора выше труб. Такое приспособление способствует снижению солеобразования внутренней поверхности грею-щих труб. Недостатком аппаратов, типа изображенных на рис. 4.14,6 и в является сложное конструктивное решение узлов ввода пара и вывода конденсата. Выпаривание кристаллизующихся растворов затрудняется, как известно, выпадением на поверхности нагрева кристаллов (инкрустацией). Очистка поверхности нагрева вызывает необходимость частого останова и вскрытия аппарата. Выпарной аппарат с вынесенной греющей камерой и вынесенной за пределы аппарата опускной циркуляционной трубой (рис. 4.14,г) оказался конструктивно удачным для выпаривания таких растворов, В опускной трубе раствор охлаждается, увеличивается его плотность, что способствует увеличению динамического напора для циркуляции раствора. В. аппарате установлены удлиненные до 5—7 м трубы. Возникающая в связи с этим повышенная скорость циркуляции раствора затрудняет отложение кристаллов на Стенках труб. Имеются конструкции аналогичных аппаратов с вынесенными горизонтальными наклонными присоединенными к одному аппарату тремя-четырьмя греющими каме¬рами, позволяющими быстро частично демонтировать отдельное камеры для чистки труб. Устранить инкрустацию поверхности нагрева при выпаривании кристаллизующихся растворов можно.повышением до,2—3 м/с скорости движения раствора. Если такую скорость нельзя получить температурным перепадом между теплоносителями при естественной циркуляции, проектируют выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствора, создаваемой насосами, устанавливаемыми снаружи или внутри аппарата (рис. 4.15).. Аппараты с принудительной циркуляцией применяют также для упаривания растворов с повышенной вязкостью. Часто в технологии встречаются растворы, кипение которых сопровождается пенообразованием. При вспенивании увеличивается унос капель и кристаллов из раствора с вторичным паром, быстрее засоляются греющие поверхности в последующих аппаратах, где этот пар конденсируется. Для упаривания пенящихся растворов применяют пленочные (с опускающейся или поднимающейся пленкой) аппараты. На рис. 4.16 представлен выпарной аппарат с поднимающейся пленкой раствора. Раствор вводится в аппарат снизу под трубную решетку и заполняет, трубы на 1/4-1/5 их высоты. Образующиеся при кипении паровые пузырьки увлекают за собой вверх раствор, распределяют его тонким слоем по внутренней поверхности труб и движутся с ним в виде парожидкостной эмульсии со скоростью до 15—20 м/с; Из труб эмульсия поступает в центробежный разделитель-отбойник, где происходит отделение жидкости от пара. Вторичный пар, минуя отбойный зонт, поступает в выводящий паропровод, а концентрированный раствор сливается в -«карманы» и через сливные патрубки выводится в следующую ступень выпаривания или на склад. В таком аппарате благодаря высокой скорости движения растворив достигается повышение интенсивности теплообмена а трубах. Раствор только 1 раз проходит по поверхности греющих труб, т. е. рециркуляция в аппарате отсутствует. Готовность или выходная концентраций раствора может регулироваться отношением длин затопленной раствором части трубы и ее верхней части, где происходит интенсивное испарение растворителя из пленки. Чем больше , длина этой части, тем выше концентрация раствора, сливающегося из труб в приемный карман. Существует оптимальная высота заполнения трубок раствором, которая определяется свойствами и конечной концентрацией раствора. Конструкция аппарата поднимающейся пленкой отличается повышенной длиной труб (до 7—9 м), что усложняет монтажные и ремонтные работы. В выпарных аппаратах с опускающейся пленкой раствор поступает в трубы сверху через специальные, насадки, предназначенные для равномерного распределения его в виде тонкой цленки на стенках труб и закручивания. Пройдя по трубе сверху вниз , 1 раз, раствор достигает нужной концентрации. При недостаточной плотности орошения в таких аппаратах возможно оголение и инкрустация нижних концов труб; Очень вязкие, пастообразные и термолабильные растворы выпаривают в роторных аппаратах со скребками. Один из таких аппаратов показан на рис. Ч. 17. Раствор, подаваемый в роторный аппарат посредством дозировочного насоса, распределяется вращающимися посаженными на общий вал скребками по стенке, которая обогревается паром. Па мере выпаривания растворителя на стенке образуется твердый продукт или паста, которые, соскабливаются и выводятся из аппарата через нижний патрубок и шлюзовой затвор. При проектировании выпарной установки необходимо выбрать рациональную конструкцию выпарного аппарата, учитывая свойства упариваемого раствора и общие экономические задачи проекта, а затем произвести тепловой и конструктивный расчеты аппаратов для определения необходимой площади поверхности нагрева в соответствии с их производительностью по ступеням выпаривания. Украинский научно-исследовательский институт химического мащиностроения, (Укрниихиммаш) в каталоге 1979 г. [16] дает описание конструкций, и принципа действия выпарных вертикальных трубчатых .аппаратов общего назначения с паровым обогревом с естественной и принудительной циркуляцией, разработанных в соответствии с ГОСТ 11987-81. Классификация и технические характеристики выпарных аппаратов общего назначения приведены в [20]. Выпарной аппарат с погружными горелками для выпаривания агрессивных и за¬грязненных растворов представляет, собой сварной стальной цилиндр с плоской верхней крышкой и коническим дном <рис. 4.18). Металлические стенки аппарата футерованы изнутри кислотоупорным кирпичом. В аппарате установлены от одной до трех . погружных горелок. Одна и конструкций погружной горелки схематически представлена на рис. 4.19. Корпус камеры сгорания и крышка горелки выполнены из кислото¬упорного чугуна и соединены болтами. В корпус горелки вставлена огнеупорная футеровка. Погружная горелка является ответственнейшим узлом выпарного аппарата и должна отвечать всем требованиям для обеспечения полноты сгорания топлива и предотвращения взрыва смеси. Конструктивные размеры аппарата следует выбирать по схемам НИИХиммаш и по ГОСТ 11987-81 или ОСТ-26-01-74-84. Для доупаривания высококонцентрированных, сильно кристаллизующихся, загрязненных механическими примесями, а также агрессив¬ных растворов и промышленных стоков в системах выпарных станций иногда применяют выпарные аппараты без поверхности нагрева — с адиабатным испарением (иногда их называют экспанзерами). Раствор с температурой, превыщающей температуру насыщения в адиабатном выпарном аппарате, впрыскивается в него через форсунки. За счет избыточной теплоты перегрева вода из раствора испаряется без дополнительного подвода теплоты. Адиабатные выпарныe аппараты от обычных выпарных аппаратов отличаются только отсутствием нагре¬вательных устройств., Рис. 4.14. Выпарные аппараты с естественной циркуляцией: а- c пиокуляпионной трубой; б —с совмещенной зоной нагрева и кипения; в - с вторичного пара; 6-выход неконденсирующихся газов; 7 - греющая камера 8-пространство; 5 - брызгоотделитель; 10 - зона парообразования - стабилизатор; 11-сливная труба Рис. 4.15. Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией: 1- вход слабого раствора; 2-—выход концентрированного раствора; 3- вход греющего пара; 4 —выход конденсата; 5— выход вторичногр пара; 6 ~ греющая камера; 7- паровое пространство; 8 — брызгоотделитель; 9 — насос; 10—сливная труба Рис. 4.16. Выпарной аппарат с поднимающейся пленкой: 1— вход слабого раствора; 2 — выход концентрированного раствора; 3 — вход греющего пара; 4 —выход конденсата; 5 — выход вторичного Пара; б -греющая камера; 7 —паровое пространство; 8 — брызгоотделитель; 9 —сливная труба Рис, 4.17. Выпарной аппарат роторного типа со скребками: 1 — вход слабого раствора; 2 —выход концентрированного раствора; 5-вход греющего пара; 4- выход конденсата; 5 — выход вторичного пара; — греющая камера; 7 — паровое пространство; 8 — брызгоотделитель; 9 — ротор со скребками
