Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствора

позволяют повысить интенсивность циркуляции раствора и коэффи­циент теплопередачи.

На рис. 15.10 показаны такие аппараты с соосной и вынесенной греющими камерами.

Циркуляция жидкости производится пропеллерным или центро­бежным насосом. Свежий раствор подается в нижнюю часть кипя­тильника, а упаренный раствор отводится из нижней части сепара­тора. Уровень жидкости поддерживается несколько ниже верхнего обреза кипятильных труб. Поскольку вся циркуляционная система почти полностью заполнена жидкостью, работа насоса затрачи­вается лишь на преодоление гидравлических сопротивлений.

Давление в низу кипятильных труб больше, чем в верху, на вели­чину давления столба жидкости в трубах плюс их гидравлическое сопротивление. Из-за этого на большей части высоты кипятильных труб жидкость не кипит, а подогревается. Закипание происходит только на небольшом участке верхней части трубы. Количество перекачиваемой насосом жидкости во много раз

Рис. 15.10. Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствора:

а — с соосной греющей камерой; б— с вынесенной греющей камерой; 1 — греющая камера; 2 —сепаратор; 3 — циркуляционная труба; 4 — насос. Остальные обозначения см. на рис. 15.8

превышает количе­ство испаряемой воды, поэтому отношение массы жидкости к массе пара в парожидкостной смеси, выходящей из кипятильных труб, очень велико.

Скорость циркуляции жидкости в кипятильных трубах прини­мают равной 1,5...3,5 м/с. Она определяется производительностью циркуляцион-ного насоса, поэтому аппараты с принудительной цир­куляцией пригодны при работе с малыми разностями температур между греющим паром и раствором (3...5 °С) и при выпаривании растворов большой вязкости.

Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией имеют пло­щадь поверхности теплопередачи от 25 до 1200 м², длину кипятиль­ных труб от 4 до 9 м в зависимости от их диаметров, которые состав­ляют 25, 38, 57 мм. Избыточное давление в греющей камере состав­ляет от 0,3 до 1,0 МПа, а вакуум в сепараторе — 93 кПа. Соотноше­ние площадей сечения циркуляционной трубы и греющей камеры не менее 0,9.

Преимущества аппаратов с принудительной циркуляцией: высо­кие коэффициенты теплопередачи (в 3...4 раза больше, чем при естественной циркуляции), а следовательно, и значительно меньшие площади поверхности теплопередачи, а также отсутствие загрязне­ний поверхности теплопередачи при выпаривании кристаллизу­ющихся растворов и возможность работы при небольших разностях температур.

Недостаток этих аппаратов — затраты энергии на работу насоса.

Применение принудительной циркуляции целесообразно при изготовлении аппарата из дорогого металла для выпаривания кри­сталлизующихся и вязких растворов.

Пленочные выпарные аппараты применяют при концентрирова­нии растворов, чувствительных к высоким температурам. При необ­ходимом времени пребывания в зоне высоких температур раствор не успевает перегреться и его качество не снижается. Выпаривание в пленочных аппаратах происходит за один проход раствора через трубы.

Пленочные аппараты бывают с восходящей пленкой и соосной или вынесенной греющей камерой и падающей пленкой и соосной или вынесенной греющей камерой.

Пленочные аппараты, как и описанные выше, состоят из гре­ющей камеры и сепаратора (рис. 15.11). В греющей камере располо­жены трубы длиной от 5 до 9 м, которые обогреваются греющим паром.

На рис. 15.11, а показан пленочный выпарной аппарат с восходя­щей пленкой и соосной греющей камерой. Исходный раствор подается в трубы снизу, причем уровень жидкости в трубах поддер­живается на уровне 20...25% высоты труб. В остальной части труб находится парожидкостная смесь. Раствор в виде пленки находится на поверхности труб, а пар движется по оси трубы с большой скоро­стью, увлекая за собой пленку жидкости. При движении пара и пленки жидкости за счет трения происходят турбулизация пленки и интенсивное обновление поверхности. За счет этих факторов дости­гаются высокие коэффициенты теплопередачи и большая поверх­ность испарения.

На рис. 15.11,б показан аппарат с падающей пленкой и вынесен­ной греющей камерой. В таких аппаратах исходный раствор посту­пает сверху в греющую камеру, а концентрированный раствор выводится из нижней части сепаратора.

Рис. 15.11. Пленочные выпарные аппараты:

а — с восходящей пленкой и соосной греющей камерой; б — с падающей пленкой и вынесенной гре­ющей камерой; 1 — сепаратор; 2 — греющая камера

Пленочные выпарные аппараты изготовляют с площадью поверхности теплопередачи от 63 до 2500 м² с диаметром труб 36 и 57 мм. Избыточное давление в греющей камере от 0,3 до 1,0 МПа, а вакуум в сепараторе 93 кПа.

Недостаток пленочных аппаратов — неустойчивость работы при колебаниях давления греющего пара. При нарушении режима

работы аппарат можно перевести на работу с циркуляцией раство­ра, как в аппаратах с принудительной циркуляцией.

Роторно-пленочные выпарные аппараты применяют при кон­центрировании пищевых растворов, а также суспензий.

Роторно-пленочный аппарат представляет собой цилиндриче­ский или конический корпус (5) с обогреваемой рубашкой (6) (рис. 15.12). Внутри корпуса вращается ротор, распределяющий раствор по цилиндрической поверхности корпуса в виде пленки, а в некоторых случаях — в виде струй и капель. Роторно-пленочные аппараты выполнены, как правило, из нержавеющей стали Х18Н10Т и углеро­дистой стали. Высота аппаратов достигает 12,5 м при диаметре 1,0 м, площадь поверхности теп­лообмена от 0,8 до 16 м².

Роторно-пленочные аппараты бы­вают с жестким или размазывающим ротором. Жесткий ротор изготовляют пустотелым с лопастями. Зазор между лопастью и стенкой аппарата составляет от 0,4 до 1,5 мм. Исходный продукт подается в верхнюю часть аппарата и лопастями распределяется по цилиндрической стенке в виде пленки.

Рис. 15.12. Роторно-пленочный выпарной аппарат

1 — привод; 2 — уплотнение; 3 — ротор; 4 — флажок;

5 — корпус; 6 — рубашка

Окружная скорость лопастей достигает 12 м/с. При работе под ваку­умом (при давлении до 100 Па) вал ротора уплотняется специальным торцевым уплотнением (2). Нижний подшипник смазывается перераба­тываемым материалом.

Принципиальное отличие испарителя с размазывающим рото­ром заключается в применении ротора с шарнирно закрепленными на валу флажками (4). При вращении ротора флажки прижимаются центробежной силой к внутренней поверхности корпуса и размазы­вают по ней продукт в виде пленки. Такие аппараты применяют также для проведения совмещенного процесса концентрирования и сушки. Диаметр аппаратов достигает 1 м, площадь — от 0,8 до 12 м², окружная скорость вращения ротора с флажками — 5 м/с.

Конструкция аппаратов позволяет благодаря осевому перемеще­нию ротора регулировать толщину пленки и тем самым скорость процесса.

Роторно-пленочные аппараты имеют более высокие коэффици­енты теплопередачи, чем аппараты с падающей пленкой, они дости­гают значений, равных 2300...2700 Вт/(м²-К), в то время как в аппа­ратах с падающей пленкой — 1500... 1600 Вт/(м²-К).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ:

1. Какие конструкции выпарных установок применяют в промышленности?

2. Основные рабочие органы выпарных установок с естественной и принудительной циркуляцией раствора?

3. В каких случаях применяют выпарные аппараты?

4. Чем обусловлено применение роторно-пленочных выпарных аппаратов?