Однркорпусные выпарные установки
Однокорпусная выпарная установка включает лишь один выпарной аппарат, в который поступают греющий пар и исходный раствор; в результате выпаривания получаются концентрированный раствор и вторичный пар.
Вторичный. |
Выпарной аппарат периодического действия (рис. 126), часто эмалированный, состоит из корпуса с крышкой на фланцах и болтах. Такие аппараты применяют в ма"-лотоннажных производствах.
Грею шмй пар* |
Для составления материального и теплового балансов однокорпусного выпарного аппарата примем следующие обозначения: GH—количество раствора, поступающего на выпаривание; Ьп, Ьк— концентрации начального и конечного растворов, %; GK— конеч-. ное количество выпаренного раствора; W — количество выпаренной воды.
шОтвод " Т конденсата |
Рис. 126. Однокорпусный вы парной аппарат: / — аппарат, 2 — рубашка |
Общий материальный баланс аппарата выражается уравнением GH= = GK +' W . Уравнение баланса по абсолютно сухому веществу, находящемуся в растворе,
Оиb „ GKbK
100 |
100
Количество выпариваемого раствора GH, начальная Ьви конечная Ькконцентрации раствора обычно заданы. Используя, уравнения материальных балансов, определим количество упаренного раствора:
G = G -^~
"-"к — w h ,
и количество упариваемой воды:
W=G„-<3K=GH-G„
- Gjl
(11.1)
Введя дополнительные обозначения: D — расход греющего пара на выпаривание, / — энтальпия • греющего пара, й — энтальпия исходного раствора, г'г — энтальпия выпаренного раствора, /' — энтальпия вторичного пара, iK— энтальпия конденсата, СЭкощ — теплота концентрирования, Qn— потери теплоты в окружающую среду, — за-
|
|
J38
пишем уравнение теплового баланса простого выпаривания в одно-корпусной установке:
D/ + Qatl=WI' + {G.-W)l3±Q^m+DlK + Qn. ' (11.2) Уравнение (11.2) позволяет определить расход греющего пара:
D_ WI' + (<?„ — W)i2— ОиН±С?коиц-ЪС?п (11.3)
/ — 'к
Теплота концентрирования зависит от свойств выпариваемых солей.^ Так, при растворении щелочей NaOH, КОН в воде выделяется значительное количество теплоты. Следовательно, при выпаривании приходится дополнительно затрачивать теплоту. Эта величина для данного вещества зависит также от начальной и конечной концентраций раствора.
В однокорлусном выпарном аппарате на удаление 1 кг воды расходуется приблизительно 1 кг греющего пара, но с учетом потерь удельный расход практически возрастает до 1,1—1,2 кг/кг испаряемой влаги.
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,
Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 238; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!