Области применения выпарных аппаратов

Конструкция выпарного аппарата должна удовлетворять ряду общих требований, к числу которых относятся: высокая производительность и интенсивность теплопередачи при возможно меньших объёме аппарата и расходе металла на его изготовление, простота устройства, надёжность в эксплуатации, легкость очистки поверхности теплообмена, удобство осмотра, ремонта и замены отдельных частей.

Вместе с тем выбор конструкции и материала выпарного аппарата определяется в каждом конкретном случае физико-химическими свойствами выпариваемого раствора (вязкость, температурная депрессия, кристаллизуемость, термическая стойкость, химическая агрессивность и др.)

Однокорпусная выпарная установка включает лишь один выпарной аппарат (корпус). Рассмотрим принципиальную схему оди­ночного непрерывно действующего выпарного аппарата с естественной циркуляцией раствора на примере аппарата с внутренней центральной циркуляционной трубой (рис. 2.1.).

Рис. 2.1. Схема устройства однокорпусного выпарного аппарата

Аппарат состоит из теплообменного устройства — нагревательной (греющей) камеры 1 и сепаратора 2. Камера и сепаратор могут быть объединены в одном аппарате (см. рис. 1) или камера может быть вынесена и соединена с сепаратором трубами (рис. 12). Камера обогревается обычно водяным насыщенным паром, поступающим в ее межтрубное пространство. Конденсат отводят снизу камеры. Поднимаясь по трубам 3, выпариваемый раствор нагревается и кипит с образованием вторичного пара. Отделение пара от жидкости происходит в сепараторе 2. Освобожденный от брызг и капель вторичный пар удаляется из верхней части сепаратора.

Часть жидкости опускается по циркуляционной трубе 2 под нижнюю трубную решётку греющей камеры. Вследствие разности плотностей раствора в трубе 4 и парожидкостной эмульсии в трубах 3 жидкость циркулирует по замкнутому контуру упаренный раствор удаляется через штуцер в днище аппарата.

Если выпаривание производится под вакуумом, то вторичный пар отсасывается в конденсатор паров, соединенный с вакуум-насосом. Упаренный раствор удаляется из конического днища аппарата.

Методика расчета однокорпусного выпарного аппарата

Исходные данные

Таблица 2.1 – Исходные данные

Параметр	Значение
Расход раствора G, кг/с	1,28
Рабочая высота труб H,м
Начальная концентрация , %
Конечная концентрация , %
Давление , МПа	0,4
Толщина Delta, мм
Степень загрязнения	0,0003
Стоимость металла , руб/кг

Перед подачей в аппарат раствор подогревается до температуры кипения. Давление вторичного пара .

В данной работе для расчета выпарной установки был использован следующий алгоритм:

Тепловой расчет

Расход выпаренной из раствора воды в установке:

(2.1)

На 1 кг начального раствора выпарено:

(2.2)

Общая разность температур:

(2.3)

Потери общей разности температур за счет физико-химической депрессии:

(2.4)

,где

;

;

.

Средняя величина гидростатического давления:

(2.5)

Температура кипения воды:

(2.6)

Гидравлическая температурная депрессия:

(2.7)

Общая депрессия:

(2.8)

Полезная разность температур:

(2.9)

Температура кипения раствора:

(2.10)

Коэффициент теплоотдачи для пара:

(2.11)

Коэффициент теплоотдачи для кипящего раствора:

(2.12)

Сумма термических сопротивлений стенки:

(2.13)

Коэффициент теплопередачи:

(2.14)

Расход тепла:

(2.15)

Общий расход греющего пара:

(2.16)

Поверхность нагрева выпарного аппарата:

(2.17)

Гидравлический расчет

Общая длина труб:

(2.18)

Местные потери:

(2.19)

Потери по длине:

(2.20)

Общие потери:

(2.21)

Количество труб:

(2.22)

,где

Масса труб:

(2.23)

Приведенные затраты:

(2.24)