Непрерывный процесс можно осуществлять при непрерывном подводе раствора и отводе продукта, как в однокорпусной, так и в многокорпусной выпарной установке.

Схема выпарного аппарата с вертикальными на­гревательными трубками представлена на рис. 1.

В межтрубное пространство аппарата, ограниченное цилиндрическими стенками и трубными решет­ками, подается греющий пар. Из межтрубного пространства снизу удаляется конденсат греющего пара, а сверху – неконден­сирующиеся газы (воздух), поступившие с греющим паром.  Раствор кипит внутри трубок – в трубном пространстве. За счет тепловой конвекции (плотность горячего пара на много меньше плотности раствора, поэтому пар стремительно поднимается вверх) раствор вместе с паром выбрасывается в пространство над решеткой, где разделя­ется с паром (т.к. его масса намного больше массы пара) и опускается по рециркуляционной трубе в центральной части аппарата на вход в кипятильные трубы. В кипятильных трубках, освобожденных паром от раствора, образуются свободные пространства с давлением намного меньшим, чем рабочее, и поэтому, свободное пространство быстро заполняется новыми порциями раствора. Этот процесс непрерывный, разбить его на этапы заполнения и парообразование можно только условно. Све­жий раствор подается над решеткой кипятильника; сгущенная мас­са удаляется снизу; вторичный пар – сверху. В надрешеточном пространстве поле скоростей пара весьма неравномерно. Непосредственно над греющими трубками она максимальна, и пар увлекает с собой капли раствора. По мере подъема поле скоростей выравнивается, максимальные значения скоростей уменьшаются, и капли жидкости оседают обратно.

Для предотвращения выноса капель сгущаемого раствора вторичным паром на выходе из выпарного аппарата устраивается сепаратор, а расстояние от поверхности жидкости до сепаратора устанавливается не менее 800 мм. Сепаратор представляет собой плохо обтекаемое тело, например конус, обращенный вершиной вверх. Менее плотный поток пара обтекает такое тело сравнительно легко, а содержащиеся в нем тяжелые капли жидкости, продолжая двигаться равномерно и прямолинейно, сталкиваются с твердыми поверхностя

Выпарной аппарат (рис. 1) имеет цилиндрический корпус (1),

состоящий из отдельных царг. В средней части корпуса расположена греющая камера (2), а верхняя часть является надсоковым пространством, в котором установлен сепаратор (3). Внизу корпус аппарата закрывается сферическим днищем (4), над которым расположена подтрубная соковая камера (5). В центре греющей камеры установлена циркуляционная труба (6). Выпариваемый раствор поступает в трубки греющей камеры через патрубок (7), за счет тепловой конвекции поднимается по кипятильным трубкам (8) вверх и опускается вниз по циркуляционной трубе (6). Часть этого сока вместе со свежим соком вновь поступает в кипятильные трубки, а часть отводится из аппарата по нижнему патрубку (9), расположенному в центре сферического днища. Пар поступает в греющую камеру по патрубкам (10). Конденсат отводится трубопроводом (11). Капли сока, в сепараторе (3) отделенные от пара, уходящего из аппарата, отводятся в нижнюю часть циркуляционной трубы.

Начальный раствор с начальной концентрацией и начальной температурой (температурой равной температуре кипения) непрерывно поступает в первый корпус, где он выпаривается за счет теплоты конденсации первичного (греющего) пара до концентрации первого корпуса (промежуточной). Образующийся в первом корпусе вторичный пар направляется в греющую камеру второго корпуса, работающего при меньшем давлении в зоне выпаривания, нежели в первом корпусе. При движении вторичного пара по трубопроводу от первого корпуса ко второму, за счет гидравлического сопротивления, давление, а соответственно и температура насыщенных паров несколько уменьшаются. Понижение температуры характеризуется гидравлической депрессией паропровода. Естественно, температура кипения раствора во втором корпусе должна быть ниже температуры конденсации греющего пара (т.е. вторичного пара из первого корпуса). Во втором корпусе раствор выпаривается до концентрации второго корпуса (или конечной, если установка двухкорпусная) за счет теплоты конденсации пара и самоиспарения раствора вследствие падения давления и понижении температуры кипения.

Пути экономии греющего пара

Ввиду значительной энергоемкости процесса выпаривания вопросы выбора теплоносителя и его рационального использования являются очень важными.

Кардинально решить проблему экономии теплоносителя можно лишь  в  том  случае,  если за счет 1 кг греющего пара удалять не 0,8—0,9 кг вторичного, а больше.

Это возможно при использовании вторичного пара в качестве греющего.

Однако непосредственно использовать вторичный пар в качестве греющего в том же выпарном аппарате невозможно, так как необходимое условие теплопередачи температур греющего пара должна быть выше температуры вторичного пара Т_гр.п. > Т_вт.п., а температура насыщения (конденсации вторичного пара) ниже температуры кипения раствора на величину температурной депрессии.

Поэтому возможны два пути:

первый – понизить температуру кипения раствора, т.е. использовать вторичный пар для обогрева аппарата, работающего при пониженном давлении с температурой кипения раствора ниже температуры вторичного пара.

Этот путь используется в многокорпусных выпарных установках, где давление от корпуса к корпусу понижается, и вторичный пар из предыдущего корпуса может служить греющим паром для последующего;

второй – повысить потенциал вторичного пара (его давление и соответственно температуру конденсации) до значений греющего; такое повышение происходит при сжатии вторичного пара в компрессоре (обычно в турбокомпрессоре) или в инжекторе.

Заметим, что простое повышение температуры вторичного пара за счет нагрева не дает существенной экономии греющего пара, так как отдаваемая перегретым паром теплота, равная произведению теплоемкости пара на величину перегрева, значительно меньше теплоты конденсации.

При использовании инжектора вторичный пар не весь, а только некоторая его часть, сжимается до давления греющего пара. Отсюда и название – частичный тепловой насос (в отличие от сжатия в компрессоре всего вторичного пара, получившего название полного теплового насоса).

Что такое экстра-пар?

При работе многокорпусной выпарной установки практически всегда выгодно отводить часть вторичного пара на сторону (если только есть потребитель этого пара).

 Отводимый пар (как правило, из первых корпусов) получил название экстра-пара.

Экстра-пар отводят из выпарной установки, если только есть его потребитель на соседних технологических установках, — это выгодно для цеха, для завода в целом. Полученный пар может идти на обогрев корпусов выпарных аппаратов или неотложные нужды завода.

Дело в том, что последние нередко нуждаются в паре относительно низкого давления, И если им не отдать экстра-пар, то они вынуждены будут использовать пар высокого давления из заводского трубопровода (скажем, пар давлением 630 кПа вместо вполне приемлемого давления 260 – 270 кПа из первого корпуса).

Поэтому-то и выгодно отдать такому потребителю в виде экстра-пара часть вторичного пара, а потерю его восполнить свежим паром высокого давления. Тем более что этого свежего пара потребуется меньше, чем отдано экстра-пара: ведь эффект дополнительного свежего греющего пара сказывается во всех корпусах установки. В результате при отдаче экстра-пара в целом для цеха (завода) получается большая экономия.

Разумеется, наиболее выгодно было бы отдавать экстра-пар из последних по ходу пара корпусов установки. Но на пар низких параметров из этих корпусов не часто находится потребитель. И поскольку на технологических установках довольно часто требуется пар давлением 0,2 – 0,4 МПа, то сравнительно легко найти потребителя на экстра-пар, отбираемый из первого корпуса (реже – из второго), нежели из последующих.