Все выпарные аппараты подразделяются на:

1 Выпарные аппараты с естественной циркуляцией.

1-нагревательная камера; 2-цирку­ляционная труба; 3-брызгоотбойник; 4 -сепаратор

Рисунок 5.22 - Выпарной аппарат с вынесенной циркуляционной трубой

На рисунке 5.22 показан выпарной аппарат с вынесенной циркуля­ционной трубой 5. В этом аппарате циркуляционная труба не обогревается, следовательно, раствор в ней не кипит и парожидко­стная смесь не образуется. Разность плотностей парожидкостной смеси в кипятильных трубах 2 и раствора в циркуляционной трубе больше, чем в аппаратах с центральной циркуляционной трубой, поэтому кратность циркуляции и коэффициенты теплопередачи несколько выше. Повышение скорости движения парожидкостной смеси в кипятильных трубах уменьшает возможность отложения солей, которые могут выделяться при концентрировании растворов.

(а): 1-нагревательная камера; 2-сепаратор; 3- необогреваемая циркуля­ционная труба; 4-брызгоотбойник.

(б): 1-нагревательная камера; 2- труба вскипания; 3-сепаратор; 4- необогреваемая циркуля­ционная труба; 5-брызгоотбойник; 6 - брызгоуловитель

Рисунок 5.23 - Выпарной аппарат: (а) с выносной нагревательной камерой и (б) вынесенной зоной кипения

Существенного снижения отложения солей можно достичь при использовании аппаратов с вынесенной зоной кипения (рисунок 5.23 б). В таких аппаратах вследствие увеличенного гидростатического давления столба жидкости кипения в трубах нагревательной камеры 1 не происходит, упариваемый раствор только перегревается. При выходе перегретого раствора из этих труб в трубу вскипания 4 он попадает в зону пониженного гидростатического давления, где и происходит интенсивное его закипание. Таким образом предот­вращается возможность отложения накипи на теплообменной по­верхности труб и, следовательно, увеличиваются коэффициент теп­лопередачи и время эксплуатации аппарата между профилактиче­скими ремонтами.

2 Выпарные аппараты пленочного типа.

1-нагревательные камеры; 2-сепараторы; 3- брызгоотбойник; 4 - брызгоуловитель

Рисунок 5.24 - Выпарные пленочные аппараты с восходящей пленкой жидкости

Выпарной аппарат с восходящей пленкой жидкости (рисунок 5.24) работает следующим образом. Снизу заполняют раствором трубы на ¹/₄ - ¹/₅ их высоты, подают греющий пар, который вызывает интенсивное кипение. Выделяющийся вторичный пар, поднимаясь по трубам, за счет сил поверхностного трения увлекает за собой раствор. В сепараторе пар и раствор отделяются друг от друга.

В выпарном аппарате с нисходящей пленкой жидкости исходный раствор подают в верхнюю часть нагревательной камеры 1, где обычно расположен распределитель жидкости, из которого последняя по трубам стекает вниз. Образующийся вторич­ный пар также движется в нижнюю часть нагревательной камеры, откуда вместе с жидкостью попадает в сепаратор 2 для отделения от раствора.

Для снижения температуры кипения раствора процесс, как пра­вило, проводят под вакуумом. В этих аппаратах удается упаривать также растворы, склонные к интенсивному пенообразованию. Вмес­те с этим пленочным аппаратам свойствен ряд недостатков. Они очень чувствительны к изменениям нагрузок по жидкости, в особен­ности при малых расходах растворов. Существует определенный минимальный расход раствора, ниже которого не удается достиг­нуть полного смачивания поверхности теплопередачи. Это может приводить к местным перегревам трубок, выделению твердых осадков, резкому снижению интенсивности теплопередачи. В таких аппаратах не рекомендуется выпаривать кристаллизующиеся растворы. Для них также требуются большие производственные пло­щади.

Всем трубчатым выпарным аппаратам свойствен существенный недостаток: в них затруднительно, а часто и практически невозмож­но выпаривать агрессивные растворы. Для таких растворов приме­няют аппараты, в которых отсутствуют теплопередающие поверх­ности, а процесс теплообмена осуществляют путем непосредствен­ного соприкосновения теплоносителя (нагретых или топочных га­зов) с упариваемым раствором.

3 Барботажные выпарные аппараты

Для выпаривания таких агрессивных жидкостей, как серная, фосфорная, хлороводородная кислоты, сульфаты и хлориды некоторых метал­лов и др., наиболее эффективным способом оказался барботаж дымовых газов с помощью погружных горелок 2 (рисунок 5.25), работающих на газообразном или жидком топливе. В этом методе выпаривания создаются хорошие условия для тепломассообмена между дымовыми газами и жидкостью, так как дымовые газы при барботаже в растворы распыляются в виде пузырьков, образуя газожидкостную смесь, обладающую большой межфазной поверх­ностью.

Интенсивное испарение раствора обеспечивается насыщением газовых пузырьков водяным паром.

Большим достоинством барботажных выпарных аппаратов яв­ляется возможность изготавливать их из обычной углеродистой стали, однако их приходится футеровать самыми разнообразными антикоррозионными материалами: керамикой, графитом, резиной, пластмассами и др.

Вопросы к экзамену по дисциплине «Тепло- и массообменные процессы и аппараты технологических систем» (6 семестр)

1. Понятие тепловых процессов.

2. Способы переноса тепла.

3. Основное уравнение теплопередачи

4. Средняя движущая сила теплообмена

5. Схемы относительного движения теплоносителей.

6. Классификация теплообменных аппаратов по принципу действия

7. Классификация теплообменных аппаратов по назначению

8. Классификация теплообменных аппаратов по конструкции

9. Кожухотрубчатые теплообменные аппараты. Классификация и конструкция

10. Теплообменные аппараты - Труба в трубе, Змеевиковые теплообменники

11. Теплообменные аппараты с двойными стенками (рубашками)

12. Расчет теплообменных аппаратов

13. Промышленные способы подвода и отвода теплоты

14. Подвод теплоты

15. Высокотемпературные органические теплоносители

16. Отвод теплоты

17. Общие сведения и область применения выпаривания

18. Способы выпаривания

19. Основные схемы многокорпусных установок

20. Устройство и работа выпарного аппарата

21. Конструкции выпарных аппаратов

22. Выпарные аппараты с естественной циркуляцией

23. Выпарные аппараты пленочного типа

24. Барботажные выпарные аппараты