В целом о вакууме и вакуумных системах

Свойства вакуума
Особенности вакуумных систем

Вакуумные материалы и уплотнители

Вакуумные материалы
Уплотнители и и смазки

На заметку

Аппараты с прямыми трубами
Вакуумные установки - Выпарные и кристаллизационные аппараты
Оглавление
Аппараты с прямыми трубами
Аппараты затопленного типа
Пленочные аппараты
Все страницы


Совершенствование аппаратов с прямыми трубами производится в направлении наиболее компактного размещения поверхности нагрева и увеличения интенсивности циркуляции выпариваемого раствора.

Аппараты с прямыми трубами могут быть затопленного типа или пленочные.  В аппаратах затопленного типа поверхность нагрева находится под уровнем  жидкости.


В горизонтальных выпарных аппаратах прямыми трубами обычно греющий пар проходит по трубам, а выпариваемый раствор находится в межтрубном пространстве. Большое паровое пространство позволяет выпаривать в них сильно вспенивающиеся жидкости. Ранее применявшаяся «сундучная» форма корпуса делала аппараты весьма громоздкими и металлоемкими, в связи с чем на некоторых заводах химического машиностроения такие аппараты стали изготовлять с вертикальными и горизонтальными цилиндрическими корпусами.

Однако при прочих равных условиях эти аппараты по компактности и металлоемкости уступают аппаратам с прямыми вертикальными трубами и аппаратам с выносными нагревателями. Они неприменимы для выпаривания кристаллизующихся растворов, так как необходимость механической очистки наружной поверхности нагревательных труб требует значительного усложнения конструкции. Кроме того, в этих аппаратах плохие условия теплопередачи, так как образующийся внутри труб слой конденсата может «омертвлять» значительную часть поверхности нагрева. Не удается также осуществить упорядоченную циркуляцию раствора. Из-за этих недостатков аппараты с внутренними I горизонтальными трубами почти не применяются в промышленности.

В аппаратах с вертикальными или наклонными прямыми трубами  общим для многочисленных конструкций является наличие нагревательной камеры, состоящей из пучка прямых параллельных труб. Эти трубы наполнены кипящим раствором и обогреваются снаружи конденсирующимся водяным паром.

Нагревательная камера может составлять одно целое с аппаратом (встроенная камера), может быть подвесной и, наконец, может быть вынесена и находиться отдельно от аппарата.

Возможность беспрепятственного стекания конденсата греющего пара с наружной поверхности труб в межтрубное пространство нагревательной камеры благотворно влияет на теплообмен между греющим паром и выпариваемым раствором.

Длина трубок вертикальной нагревательной камеры обычно не превышает 3—4 м. В камере наиболее распространенной конструкции циркуляция! раствора по трубкам достигается установкой центральной циркуляционной трубы большого диаметра для стекания жидкости в нижнюю часть аппарата. I Такие аппараты можно применять для выпаривания относительно вязких растворов, а также растворов, содержащих осадки и создающих накипь

Раствор в узких трубках, частично испаряясь, превращается в более легкую парожидкостную смесь и выбрасывается в паровое пространство аппарата, где вторичный пар отделяется от жидкого раствора. Далее жидкий раствор спускается по циркуляционной трубе, распределяется по нагрева тельным трубкам, испаряется, опять выбрасывается в паровое пространство и т. д. Скорость такой естественной циркуляции раствора зависит от теплового напряжения поверхности нагрева, физических свойств раствора (плотности, вязкости), конструктивных размеров аппарата, гидравлического сопротивления системы и других факторов. Вертикальное положение греющих труб способствует повышению скорости циркуляции.

В аппаратах с встроенной камерой наиболее благоприятные условия для хорошей циркуляции создаются при заполнении труб на 0,4—0,7 их высоты. Для получениям требуемых скоростей циркуляции (0,4—0,5 м с и более) необходимо, чтобы площадь сечения каналов для обратного хода раствора (циркуляционное трубы) была достаточно велика. Желательно, чтобы она составляла 15—20% от площади сечения всех греющих труб.

 Стремление к максимальной интенсивности естественной циркуляция раствора и к возможно большей компактности привело к появлению много численных конструктивных модификаций нагревательной камеры. Например, применение бокового циркуляционного канала сегментообразного сечения при бурном кипении или при выпаривании сильно вспенивающихся растворов уменьшает механический унос жидких капель и позволяет расположить в паровом пространстве отбойные щиты. В аппаратах большого диаметра циркуляция раствора в периферийных трубах нескольких тормозится из-за их отдаленности от центральной циркуляционной трубы, поэтому целесообразно нагревательные камеры таких аппаратов проектировать с несколькими циркуляционными трубами, расположенными равномерно по сечению аппарата.

В выпарных аппаратах с подвесной камерой, весьма распространенных в химической промышленности, несколько иное конструктивное оформление узлов ввода греющего пара в центральную полость нагревателя (по сравнению с аппаратом со встроенной камерой) и иное расположение циркуляционных каналов на периферии. В аппаратах благоприятны условия для естественной циркуляции. Нагревательная камера имеет самостоятельный кожух и либо подвешивается, либо опирается лапами на стенки корпуса самого аппарата. Обратный сток раствора сверху вниз может происходить не по центральной циркуляционной трубе, а по кольцевому каналу между внутренними стенками корпуса и наружной частью подвесной нагревательной камеры.

В аппаратах с выносным нагревателем греющая камера полностью вынесена из корпуса. Камера и сепаратор соединены наружными циркуляционными трубами, так что выпариваемый раствор в процессе сгущения до требуемой конечной концентрации проходит через трубки камеры много раз, освобождаясь каждый раз при входе в сепаратор от вторичного пара. Эти аппараты различаются относительным взаимным расположением нагревателя и сепаратора, способом ввода парожидкостной смеси в сепаратор и конструкцией сепаратора. Интересна конструкция с тангенциальным вводом смеси в аппарат, что благоприятствует отделению вторичного пара от раствора.

Длина циркуляционных труб должна быть наименьшей, чтобы свести к минимуму гидравическое сопротивление системы. Если раствор кристаллизуется, то циркуляционная труба обратного потока должна присоединяться выше дна сепаратора. Нижняя часть сепаратора используется для охлаждения выпадающих твердых частиц. Достоинством выпарных аппаратов с выносным нагреваелем является их компактность, а также повы шенная скорость циркуляции. Они пригодны для выпаривания кристаллизующихся и пенящихся растворов. По сравнению с ранее рассмотренными аппаратами здесь легче ремонт и очистка, причем, если нагревателей несколько, то один можно ремонтировать нарушения работы установки.

Существуют аппараты с горизонтальной, наклонной и вертикальной выносными камерами. Аппараты с выносной горизонтальной камерой обычно применяют для растворов, образующих накипь и осадки на стенках трубок. Съемная нагревательная камера устанавливается на специальной тележке. Аппараты такого типа широко применяются для выпаривания концентрированных растворов электролитических щелоков (обычно устанавливаются после трехкорпусной установки из аппаратов с подвесными камерами), также для выпаривания растворов различных солей. В аппаратах с горизонтальной выносной камерой можно также выпаривать жидкости большой плотности, из которых могут выпадать кристаллы. С другой стороны, циркуляция раствора здесь менее интенсивна, чем в аппаратах с вертикальной нагревательной камерой. Недостатком также является то, что аппарат занимает большую площадь.

При наличии вертикальной нагревательной камеры в нижних слоях раствора может наблюдаться перегрев из-за избыточного гидростатического явления Он вреден для чувствительных растворов и вызывает потерю размести температур, т. е. уменьшение производительности аппарата. Промежуточное положение занимают выпарные аппараты с наклонными нагревателями. При одинаковой длине труб влияние гидростатического давления столба кипящего раствора меньше, чем в аппаратах с вертикальными нагревательными камерами. (Особенность этих аппаратов еще и в том, что верхние трубы нагревательной камеры всегда менее наполнены, чем нижние, поэтому здесь более интенсивна естественная циркуляция раствора.

Аппарат наполняют раствором так, чтобы залить лишь циркуляционную трубу, расположенную внизу. Так как трубы нагревателя наполняются при этом лишь частично, то восходящий поток раствора имеет форму тонкой пленки, увлекаемой вторичным паром в сепаратор и подвергающейся на этом пути интенсивному выпариванию. По этой причине выпарные аппараты с наклонныминагревателями часто называют полупленочными.

На работу аппаратов с искусственной циркуляцией значительно влияет циркуляция раствора. Циркуляция повышает коэффициент теплоотдачи со стороны кипящей жидкости и предохраняет поверхность труб от образования накипи и выпадения кристаллов.

Скорость движения раствора при естественной циркуляции обычно весьма мала, ибо она ограничена размерами аппарата, сравнительно небольшими перепадами температур и вязкостью сгущаемых растворов. Стремление к увеличению скорости циркуляции раствора привело к внедрению в промышленность выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией. Такая циркуляция достигается снабжением аппаратов рассмотренных конструкций механическими мешалками, а также ротационными, центробежными и винтовыми насосами. Насос для перекачивания раствора можно располагать как снаружи, так и внутри аппарата.

С применением искусственной циркуляции значительно повышается производительность аппарата; это особенно важно, так как в современных химических производствах применяют выпарные аппараты с поверхностью нагрева до 10 000 м2.

В аппаратах с искусственной циркуляцией коэффициенты теплопередачи увеличиваются в несколько раз; скорость перекачки раствора составляет 2—3,5 м/с. Такие аппараты работают с небольшой разностью температур! между теплоносителем и раствором (3—5° С вместо 7—10° С при естественной циркуляции). При наличии искусственной циркуляции можно выпаривая вязкие концентрированные растворы, из которых в процессе выпаривания выделяются кристаллы; образование накипи незначительно. Недостатком таких аппаратов является большой расход энергии (0,4—0,8 кВт на 1 м поверхности нагрева).


Особенностью пленочных аппаратов является выпаривание растворов в тонком слое, движущемся вдоль внутренней поверхности труб, обогреваемых снаружи паром. Первые аппараты такого типа были горизонтальными. В настоящее время применяются горизонтальные аппараты с индивидуальными паровыми рубашками вокруг каждой трубы. Выпариваемый раствор прогоняется с большой скоростью по трубам, Вскоре после входа в трубы раствор закипает и постепенно превращается в пенообразную массу, состоящую из тонкого слоя жидкости и вторичного пара, и в таком виде попадает в сепаратор.

 

 

Рис. 33. Схема образования пленки в пленочном выпарном аппарате: 1 — греющий пар; 2 — конденсат греющего пара; 3 — стенки трубки; 4 — поднимающаяся пленка жидкости; 5 — вторичный пар

Раствор, остающийся в виде тонкого слоя на периферии каждой трубки, увлекается паровой струей под действием поверхностного трения вверх и после одного прохождения трубок выбрасывается в сгущенном виде вместе с вторичным паром в сепаратор (рис. 33). Скорость движения пленки жидкости около 20 м/с.

Трубы  развальцованы в решетках. Исходный раствор поступает в камеры под нижней трубной решеткой и поддерживается обычно на высоте около 1/4—1/5 высоты труб, где он закипает. Образующиеся здесь пузырьки водяного пара

Таким образом создаются благоприятные условия для выпаривания растворов, чувствительных к высоким температурам. Жидкость непрерывно испаряется при прохождении через трубку, таким образом объем протекающего пара непрерывно увеличивается, а следовательно, повышается скорость движения пара. Очевидно, что при таких условиях благодаря высокой степени турбулентности жидкой пленки она быстро уносит пузырьки пара, образующиеся на греющей поверхности, I и интенсивность теплопередачи резко возрастает. Аппарат наиболее простой конструкции состоит из предварительного нагревателя, собственно пленочного испарителя и сепаратора (рис. 34).

 

 

Рис. 34. Схема однокорпусного пленочного испарителя с поднимающейся пленкой: 1 — вход слабого раствора; 2 — предварительна нагреватель: 3 — испаритель; 4 — сепаратор: 5 — выход сконцентрированной жидкости; 6— выход пара; 7 — вентиль для спуска конденсорa; 8 — сборник выпавших кристаллов; 9 — клапан для автоматического спуска воздуха

 

Рис. 35. Схема однокорпусного пленочного испарителя с падающей пленкой: 1 — вход слабого раствора; 2 — предварительный нагреватель; 3 — испаритель; 4 — сепаратор; 5 — патрубок для выхода сконцентрированной жидкости; 6 — выход пара; 7 — спуск конденсата; 8 — клапан для автоматического спуска воздуха; 9 — вход греющего пара

 Вакуум в таких установках применяется редко, так как малое время пребывания раствора в трубках снижает опасность его разложения из-за перегрева. Однако при необходимости достижения высокой степени выпаривания применяют многоходовые выпарные пленочные аппараты специально для теплочувствительных жидкостей. Такие аппараты работают в условиях вакуума с применением поверхностных или барометрических конденсаторов. В этом случае поток жидкости проходит последовательно через каждую секцию, состоящую из трубчатого элемента и сепаратора. Так как количество жидкости уменьшается по мере испарения, то и площадь трубок в каждой последующей секции соответственно уменьшается.

Для выпаривания густого вязкого раствора конструкцию пленочного аппарата несколько изменяют. В описанных ранее пленочных аппаратах жидкость только один раз проходит через аппарат, а ее неиспарившаяся часть (унесенные паром капли) улавливается в сепараторе и отделяется от пара. Для густых растворов применяют аппарат с поднимающейся и падающей пленкой (рис. 35). Здесь раствор по одним трубам поднимается, а затем по другим вместе с вторичным паром опускается в сепаратор.

На рис. 36 и 37 показана испарительная установка Парксон (Англия), где выпаривание происходит в пластинчатом теплообменнике. Схема циркуляции выпариваемого раствора между плитами показана на рис. 38.

 

 

 

Рис. 36. Схема выпарной установки Парксон: 1 — испаритель; 2 — сепаратор; 3 — конденсатор; 4 — двухступенчатый вакуумный насос; 5 — фильтр; 6 — питающий насос; 7 — насос для конденсата; 8 — насос для горячей воды; 9 — рециркуляционный насос; 10 — вход сырого материала; 11 -выход продукта; 12 — линия рециркуляции; 13 — вход воды; 14 — выход воды; 15 — вход греющего пара; 16 — выход конденсата; 17 — вход воздуха

 

Гофрированные плиты изготовлены из коррозионностойкой стали. Опасность разлсжения теплочувствительных продуктов в таком аппарате минимальна; здесь также сводится к минимуму вспенивание продукта. Соприкосновение обрабатываемого продукта с нагретой поверхностью кратковременно. Непрерывно образующийся пар увлекает за собой жидкость, а гофрированная поверхность плит способствует турбулизации раствора и соответственно улучшению условий теплопередачи.


 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

   

 

Сейчас на сайте

Сейчас на сайте находятся:
 77 гостей на сайте

Нов боков адс адаптивный

=
Рейтинг@Mail.ru