Практическое занятие № 19 по теме Теплооборудование
Наименование занятия:
Выпарные аппараты
Цель занятия:
Описать конструкцию и принцип действия пенных выпарных аппаратов
Описать конструкцию и принцип действия выпарных аппаратов со сниженным кипятильником
Описать конструкцию и принцип действия выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией
Описать конструкцию и принцип действия выпарных аппаратов с погружным горением
Методические указания к занятию.
Выпаривание представляет собой термически процесс кипения раствора с выделением паров растворителя практически в чистом виде. При этом растворимое не летучее вещество остается в концентрированном виде в аппарате.
Выпариванием называется процесс концентрирования водных растворов заключающиеся в удаление растворителя посредством испарения при кипении. Получаемые при выпаривании пары удаляются в атмосферу или в конденсирующие устройство.
Пленочные выпарные аппараты
Устройство: Корпус. Длинные кипятильные трубки длиной 6-9 м. Центробежный сепаратор. Патрубки для подачи и удалении, раствора пара и конденсата.
Работа: Трубки заполняются раствором на 1/4÷1/5 их высоты. При достижении tраст. = tкип. Раствором температуры равной температуры кипения раствора, пузырьки пара двигаясь вверх увлекают за собой раствор, распределяют его тонким слоем в виде пленки на стенках труб. Пары растворителя, пройдя центробежный сепаратор, удаляется. Готовый упаренный раствор удаляется из верхней части аппарата.
Преимущества:
Высокий коэффициент теплопередачи, т. к. большие скорости.
Недостатки: 1) Большая высота.
2) Большие затраты на строительства цеха (длинные трубки).
3) Затруднена чистка трубок при ремонте, т. к. они высокие, их вынимают через крышу.
4) Нельзя применять для густых и кристаллизующихся растворов.
5) Температурная деформация длинных трубок может привести к изгибу и нарушению плотности вальцовочных соединений в трубных решетках.
Применение: Для выпаривания пеняющих растворов.
Выпарные аппараты со сниженным кипятильником
Устройство: Состоит из подогревателя раствора (пучок труб, закрепленный в трубной решетке), стабилизатора, сепаратора, солеотделителя и подъемной, опускной циркуляционных труб. Патрубки для подачи и выпуска раствора, пара и конденсата. Стабилизатор предназначен для предотвращения гидравлических ударов, и представляет собой трубу, разделенную вертикальными перегородками для рассечения пара, раствора водной эмульсии на отдельные потоки.
Работа: Раствор в подогревателе подогревается до температуры t < tн на 2-3 градуса ме6ньше температуры насыщения. При движении раствора вверх по подъемной трубе гидростатическое давление уменьшается и раствор начинает кипеть за пределами подогревателя. Упаренный раствор удаляется из аппарата, а вторичный пар поступает в сепаратор.
Преимущества:
1) Применяется для выпаривания кристаллизующихся растворов.
2) Нет отложений на поверхностях нагрева подогревателя.
Недостатки: 1) Скорость циркуляции должна быть не ниже 1,8-2 м/с.
Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией
Устройство: Кипятильник это пучок труб, обогреваемый паром. Сепаратор. Корпус. Циркуляционный насос. Опускная труба. Патрубки, для подвода и отвода раствора, пара и конденсата.
Работа: Свежий (слабый) раствор подается в нижнюю часть кипятильника, В кипятильнике происходит нагрев раствора до температуры кипения и образования парорастворной смеси. Циркуляция раствора осуществляется центробежным или пропеллельным насосом. Скорость циркуляции раствора 1,5 - 3,5 м/с. Упаренный раствор отводится из нижней части сепаратора, а вторичный пар пройдя сепаратор удаляется.
Преимущества: 1) Высокий коэффициент теплопередачи в 2-3 раза больше, чем при естественной циркуляции.
2) Можно изготовлять из дорогостоящих материалов.
3) Отсутствие загрязнения поверх. теплообмена при небольших разностях температур
4) Сокращается простой и во время чистки аппаратов, т. к. мало отложении.
Недостатки: 1) Расход электроэнергии на работу насоса.
Применяют для выпаривания растворов с большой вязкостью и пригодны для работы с растворами с малыми разностями температур между паром и раствором.
Выпарные аппараты с погружным горением
Устройство:
Корпус из углеродистой стали футерованный (выложенный) кислотоупорными материалом. Корпус аппарата заполнен раствором. В раствор погружаются горелки с барботажным устройством.
Работа: Движение потока газа или воздуха в жидкости в виде пузырьков или струек наз. барботажем В аппаратах с погружными горелками теплоноситель распределяются в растворе в виде мелких пузырьков Продукты сгорания барботируют через раствор, образуя большую межфазовую поверхность для тепло- и массообмена. Нагревают раствор до температуры кипения. Газовые пузырьки, проходя через раствор, насыщаются водяным паром и выносят парогазовую смесь в надрастворное пространства аппарата. Парогазовая смесь удаляется в конденсатор. Концентрированный раствор направляется в бак готового раствора
Преимущества: 1) Простота устройства.
2) отсутствие греющих поверх. нагрева.
3) Высокий коэффициент теплообмена. Повышенная интенсивность тепло- массообмена.
4) Коэффициент использования теплоты сгорания топлива до 90%.
5) Высокая коррозионная стойкость.
Недостатки: 1) дороговизна.
2. Применение кислотоупорных и термостойких материалов.
3. Строгий контроль за работой для исключения возможности взрыва газовой смеси в аппарате.
Применяют для нагрева и выпаривания до высоких концентрации растворов соляной, серной фосфорной и др. химически агрессивных кислот, а также растворов хлористого кальция, магния, железного и медного купоросов и различных солей.