Многокорпусные выпарные установки

На современных предприятиях химической промышленности и в других отраслях выпариванию подвергают очень большие количе­ства растворов, поэтому проблема экономии расходуемого греющего пара имеет исключительно важное значение.

Расход греющего пара значительно снижается по сравнению с однокорпуснои выпаркой, если.процесс проводят в многокорпусных выпарных ^установках. Как указывалось, принцип действия ее сво­дится к многократному использованию теплоты греющего пара, по­ступающего в первый корпус установки, путем обогрева каждого последующего корпуса вторичным паром из предыдущего корпуса. Схема многокорпусной выпарной установки, рабо­тающей при прямоточном движении пара и-раствора, представлена на рис. 127. Исходный раствор, подлежащий выпариванию, из емко­сти 2 подается центробежным насосом / в подогреватель раствора 3. В этом аппарате раствор нагревают до температуры кипения и по­дают в первый аппарат / установки. Теплообменной поверхностью подогревателя являются трубы, обогреваемые со стороны межтруб­ного пространства насыщенным водяным паром. Раствор, находя­щийся внутри труб, кипит и частично- выпаривается. Вторичный пар, поступающий в" верхнюю часть аппарата — сепарационное пространство, отделяется от брызг и поступает в межтрубное про­странство аппарата 5 для выпаривания раствора в этом аппарате. Частично выпаренный в аппарате 4 раствор поступает самотеком в аппарат 5. Образовавшийся в межтрубном пространстве аппара­та 4 конденсат через конденсатоотводчик удаляется из аппарата. Аналогично процессы выпаривания протекают в аппаратах 5 и б. По мере прохождения из корпуса в корпус давление и температура пара понижаются и из последнего корпуса пар выходит с низкими

139

параметрами, поэтому его дальнейшее иснользование нецелесооб­разно. Из последнего корпуса /// вторичный пар направляется в барометрический конденсатор 7, где, смешиваясь с водой, конден­сируется и, пройдя барометрическую трубу (барометрический за­твор) через барометрический ящик 9, в виде смеси конденсата и

Вода

Греющий пар

Исходный, рост- 2

Упаренный II растЖр~%~/~Х~\ Ю 3 и ,

Рис. 127. Многокорпусная прямоточная ва­куум-выпарная установка: / — центробежный насос, 2 — емкость для исход­ного раствора, 3 — подогреватель, 4, 5, 6 — выпар­ные аппараты, 7 — барометрический конденсатор, S — вакуум-насос, 9 — барометрический ящик, 10— центробежный насос, // — емкость упаренного раствора

воды выбрасывается в ка­нализацию. Поскольку вме­сте с водой, подаваемой на охлаждение, в конденсатор поступает растворенный в воде атмосферный вбздух, выделяющийся из раствора при нагревании, баромет­рический конденсатор со­единяется с вакуум-насо­сом 8, откачивающим скап­ливающиеся неконденси­рующиеся газы. Выпарен­ный до заданной концент­рации раствор откачивается из последнего корпуса /// центробежным насосом 10* в емкость 11.

В этой схеме благодаря уменьшению давления от корпуса к корпусу раствор перемещается самотеком и количества перетекающего раствора регулируются установленными на трубопроводах запор­ными устройствами. Температуры кипения растворов от корпуса к корпусу понижаются за счет уменьшения давления. При этом ра­створ, поступающий из каждого предшествующего корпуса, попа­дая в аппарат с меньшим давлением, оказывается перегретым, -в . результате чего происходит процесс самоиспарения.

Под процессом самоиспарения понимают частичное испарение раствора за счет его перегрева в том случае, когда раствор попада­ет в аппарат с уменьшенным давлением. Исходный раствор предва­рительно нагревают в подогревателе 3 до температуры кипения, чтобы выпарной аппарат использовался рационально. При отсутст­вии этого подогревателя, очевидно, пришлось бы увеличить необхо­димую поверхность нагрева в аппарате 4.

Необходимое.условие работы каждого аппарата — наличие по­
лезной разности температур между греющим паром и кипящим рас­
твором в данном корпусе. Эта разность создается за счет того, что
поступающий в корпус / греющий пар имеет относительно высокие
параметры (р и t ), а из последнего корпуса пары уходят в конден­
сатор с низкими параметрами. Это позволяет создавать разности
температур между греющим паром и кипящим раствором в отдель­
ных корпусах.                             '

.140

В конденсатор

Рассмотренная схема многокорпусной выпарной установки с па­
раллельной подачей пара и раствора в последующие корпуса доста­
точно удобна в эксплуатации и широко используется. В некоторых
случаях применяют противоточную схему движения пара и раствору
(рис. 128). Как показано на рисунке, греющий пар поступает в
корпус / и далее вторичный пар каждого корпуса подается в качест­
ве греющего в последующие корпуса. Исходный раствор поступает
не в первый корпус, как в
прямоточной установке, а в греющий.
последний и движется про-     ^П0 Р

^Исходн ый ^раствор

упаренный раствор

Конденсат

Многокорпусная    противоточная выпарная установка

Рис. 128.

тивотоком навстречу пару, достигая конечной заданной концентрации в корпусе /. Такое движение раствора возможно только в том слу­чае, если между корпусами /—// и //—/// установлены насосы, которые подают ра­створ из аппарата с мень­шим давлением в аппараты с большим давлением.

При работе по противо-точной схеме пар, греющий первый корпус и имеющий наиболее высокую температуру, нагре­вает выходящий концентрированный раствор до более высокой тем­пературы, чем в рассмотренной ранее схеме. Это позволяет выпа­ривать растворы до более высоких концентраций и предотвратить выпадение Кристаллов на поверхности нагрева, снижающих коэф­фициенты теплопередачи. Кроме того, по такой схеме выпаривают растворы, вязкость которых резко возрастает с увеличением кон­центрации, и тем самым уменьшают их вязкость. Недостаток этой схемы — наличие насосов, перекачивающих кипящие, как правило, агрессивные жидкости. Э?о вызывает затруднение при эксплуата­ции таких установок, а также дополнительный расход энергии на перекачивание.

В некоторых случаях применяется схема соединения корпусов многокорпусной выпарной установки, в которой греющий пар посту­пает в первый корпус, а вторичные пары — из корпуса в корпус. Исходный раствор подается в каждый корпус установки, упаренный раствор отбирается также из каждого корпуса. На промышленных производственных установках аппараты соединены трубопроводами так, чтобы их можно было собирать в различные схемы. Так, два первых корпуса могут быть включены параллельно, а остальные корпуса — последовательно. Применяют и другие варианты соеди­нения аппаратов. Это позволяет эксплуатировать аппараты в наи­более благоприятных режимах даже при изменяющихся условиях • (изменение концентрации исходного раствора,- изменение произво­дительности "и др.).

141

При рассмотрении принципа работы многокорпусной выпарной установки пользуются следующей терминологией.

Общая разность температур многокорпусной выпарной установ' ки. Под этой величиной понимают разность между температурой пара, греющего первый корпус, и температурой пара, уходящего из последнего корпуса в конденсатор.

Температурные потери. Температура кипения раствора выше,
чем температура кипения чистого растворителя (при том же дав­
лении). Это повышение температуры кипения зависит от природы
растворенного вещества и его концентрации в растворе. Разность
между температурой кипения данного раствора и чистого раство­
рителя (при одинаковом давлении) носит название температурной
депрессии раствора. С увеличением концентрации депрессия рас­
твора значительно возрастает. Из этого следует, что при нагревании
насыщенным паром концентрированного раствора движущая сила
процесса — полезная разность температур — ниже, чем при нагре­
вании разбавленного раствора.                               ' .

Гидростатический эффект. Раствор, залитый в аппарат, создает гидростатическое давление. На уровне жидкости, соприкасающейся ^% с паровым пространством, раствор находится под давлением, имеющимся в паровом пространстве аппарата. Раствор у дна аппа­рата находится под давлением не только парового пространства, но и столба жидкости в аппарате. Поэтому кипение нижних слоев раствора происходит при более высокой температуре. Это явление называется гидростатическим эффектом; он также снижает полез­ную разность температур.

Гидравлический эффект возникает за счет преодоления трения о стенки и местных сопротивлений паропроводов при перемещении вторичных паров из корпуса в корпус. Гидравлический-эффект вы­зывает падение давления на концах трубопроводов и уменьшение температуры паров.

Все рассмотренные величины называются температурными поте­рями, и их сумма выражается формулой

" 'потерь^^" *депрТ"" *гядростТ"" 'гтравл'                          { 11-4)

Таким образом, полезная разность температур — движущая сила процесса, которая может быть использована в выпарной установ­ке,— выражается формулой Д?_Пол"=ДА>бщ—А^потерь.

При одних и тех же парамет£ах греющего пара и пара, уходяще­го из последнего корпуса в конденсатор, с увеличением числа кор­пусов температурные потери увеличиваются, а общая полезная раз­ность температур уменьшается. Это вызывает увеличение поверхно­сти нагрева- каждого корпуса и ограничивает возможное их число. Таким образом, стремление увеличить число корпусов, что полезно с точки зрения уменьшения расхода-греющего пара, ограничено не­обходимостью обеспечения каждого корпуса требуемой полезной разностью температур.

На практике принимают, что для каждого аппарата установки с естественной циркуляцией растворов должно быть выполнено усло-

142

вие Atnon '^ b -^- T ' С. Установлено, что число корпусов для различных условий' колеблется от 2 до 6, но наиболее часто эксплуатируются установки с 3—4 корпусами.

Возможен и такой случай, когда при увеличении числа корпу­сов сумма температурных потерь Л^ютерь настолько возрастает, что становится равной общей разности температур Л^общ. и общая полезная разность обращается в нуль. В этих условиях выпарная установка работать не будет.

При эксплуатации выпарных установок чрезвычайно важно поддерживать заданное давление греющего пара, следить за ис­правностью конденсатоотводчиков, а также поддерживать задан­ный вакуум в конденсаторе. Все это обеспечит поддержание задан­ной полезной разности температур, а следовательно, и заданной производительности установки.

При расчете выпарных аппаратов заданную общую полезную разность температур распределяют, исходя из условий равенства поверхностей нагрева (корпуса одинаковые) или исходя из их ми­нимальной поверхности нагрева. Последнее значительно менее удобно в эксплуатации.

В тех случаях, когда имеется значительный дефицит греющего пара, применяют так называемые установки с тепловым насосом. Существо устройства и работы этих установок заключается в сле­дующем. Вторичный водяной пар, получаемый в однокорпусной установке, подвергают сжатию в специальном компрессоре. Его давление и температура при этом повышаются настолько, что его можно использовать в качестве греющего в этом- же корпусе. Таким образом, греющий пар необходим только для пуска установки. Од­нако компремирование требует значительного количества электро­энергии, поэтому данный метод можно применять только для рас­творов с относительно небольшой депрессией.

Оптимальное число корпусов. При выборе числа корпусов, как было показано, руководствуются необходимостью создания в каж­дом корпусе достаточной полезной разности температур. Кроме того, проводят экономический подсчет стоимости выпаривания и затрат на амортизацию оборудования при" различном числе корпу­сов. По таким расчетам составляют графики и определяют опти­мальное число корпусов многокорпусной выпарной установки,

⇐ Предыдущая24252627282930313233Следующая ⇒

Поделиться: