В целом о вакууме и вакуумных системах

Свойства вакуума
Особенности вакуумных систем

Вакуумные материалы и уплотнители

Вакуумные материалы
Уплотнители и и смазки

На заметку

Аппараты с прямыми трубами
Аппараты с прямыми трубами - Аппараты затопленного типа
Вакуумные установки - Выпарные и кристаллизационные аппараты
Оглавление
Аппараты с прямыми трубами
Аппараты затопленного типа
Пленочные аппараты
Все страницы

В горизонтальных выпарных аппаратах прямыми трубами обычно греющий пар проходит по трубам, а выпариваемый раствор находится в межтрубном пространстве. Большое паровое пространство позволяет выпаривать в них сильно вспенивающиеся жидкости. Ранее применявшаяся «сундучная» форма корпуса делала аппараты весьма громоздкими и металлоемкими, в связи с чем на некоторых заводах химического машиностроения такие аппараты стали изготовлять с вертикальными и горизонтальными цилиндрическими корпусами.

Однако при прочих равных условиях эти аппараты по компактности и металлоемкости уступают аппаратам с прямыми вертикальными трубами и аппаратам с выносными нагревателями. Они неприменимы для выпаривания кристаллизующихся растворов, так как необходимость механической очистки наружной поверхности нагревательных труб требует значительного усложнения конструкции. Кроме того, в этих аппаратах плохие условия теплопередачи, так как образующийся внутри труб слой конденсата может «омертвлять» значительную часть поверхности нагрева. Не удается также осуществить упорядоченную циркуляцию раствора. Из-за этих недостатков аппараты с внутренними I горизонтальными трубами почти не применяются в промышленности.

В аппаратах с вертикальными или наклонными прямыми трубами  общим для многочисленных конструкций является наличие нагревательной камеры, состоящей из пучка прямых параллельных труб. Эти трубы наполнены кипящим раствором и обогреваются снаружи конденсирующимся водяным паром.

Нагревательная камера может составлять одно целое с аппаратом (встроенная камера), может быть подвесной и, наконец, может быть вынесена и находиться отдельно от аппарата.

Возможность беспрепятственного стекания конденсата греющего пара с наружной поверхности труб в межтрубное пространство нагревательной камеры благотворно влияет на теплообмен между греющим паром и выпариваемым раствором.

Длина трубок вертикальной нагревательной камеры обычно не превышает 3—4 м. В камере наиболее распространенной конструкции циркуляция! раствора по трубкам достигается установкой центральной циркуляционной трубы большого диаметра для стекания жидкости в нижнюю часть аппарата. I Такие аппараты можно применять для выпаривания относительно вязких растворов, а также растворов, содержащих осадки и создающих накипь

Раствор в узких трубках, частично испаряясь, превращается в более легкую парожидкостную смесь и выбрасывается в паровое пространство аппарата, где вторичный пар отделяется от жидкого раствора. Далее жидкий раствор спускается по циркуляционной трубе, распределяется по нагрева тельным трубкам, испаряется, опять выбрасывается в паровое пространство и т. д. Скорость такой естественной циркуляции раствора зависит от теплового напряжения поверхности нагрева, физических свойств раствора (плотности, вязкости), конструктивных размеров аппарата, гидравлического сопротивления системы и других факторов. Вертикальное положение греющих труб способствует повышению скорости циркуляции.

В аппаратах с встроенной камерой наиболее благоприятные условия для хорошей циркуляции создаются при заполнении труб на 0,4—0,7 их высоты. Для получениям требуемых скоростей циркуляции (0,4—0,5 м с и более) необходимо, чтобы площадь сечения каналов для обратного хода раствора (циркуляционное трубы) была достаточно велика. Желательно, чтобы она составляла 15—20% от площади сечения всех греющих труб.

 Стремление к максимальной интенсивности естественной циркуляция раствора и к возможно большей компактности привело к появлению много численных конструктивных модификаций нагревательной камеры. Например, применение бокового циркуляционного канала сегментообразного сечения при бурном кипении или при выпаривании сильно вспенивающихся растворов уменьшает механический унос жидких капель и позволяет расположить в паровом пространстве отбойные щиты. В аппаратах большого диаметра циркуляция раствора в периферийных трубах нескольких тормозится из-за их отдаленности от центральной циркуляционной трубы, поэтому целесообразно нагревательные камеры таких аппаратов проектировать с несколькими циркуляционными трубами, расположенными равномерно по сечению аппарата.

В выпарных аппаратах с подвесной камерой, весьма распространенных в химической промышленности, несколько иное конструктивное оформление узлов ввода греющего пара в центральную полость нагревателя (по сравнению с аппаратом со встроенной камерой) и иное расположение циркуляционных каналов на периферии. В аппаратах благоприятны условия для естественной циркуляции. Нагревательная камера имеет самостоятельный кожух и либо подвешивается, либо опирается лапами на стенки корпуса самого аппарата. Обратный сток раствора сверху вниз может происходить не по центральной циркуляционной трубе, а по кольцевому каналу между внутренними стенками корпуса и наружной частью подвесной нагревательной камеры.

В аппаратах с выносным нагревателем греющая камера полностью вынесена из корпуса. Камера и сепаратор соединены наружными циркуляционными трубами, так что выпариваемый раствор в процессе сгущения до требуемой конечной концентрации проходит через трубки камеры много раз, освобождаясь каждый раз при входе в сепаратор от вторичного пара. Эти аппараты различаются относительным взаимным расположением нагревателя и сепаратора, способом ввода парожидкостной смеси в сепаратор и конструкцией сепаратора. Интересна конструкция с тангенциальным вводом смеси в аппарат, что благоприятствует отделению вторичного пара от раствора.

Длина циркуляционных труб должна быть наименьшей, чтобы свести к минимуму гидравическое сопротивление системы. Если раствор кристаллизуется, то циркуляционная труба обратного потока должна присоединяться выше дна сепаратора. Нижняя часть сепаратора используется для охлаждения выпадающих твердых частиц. Достоинством выпарных аппаратов с выносным нагреваелем является их компактность, а также повы шенная скорость циркуляции. Они пригодны для выпаривания кристаллизующихся и пенящихся растворов. По сравнению с ранее рассмотренными аппаратами здесь легче ремонт и очистка, причем, если нагревателей несколько, то один можно ремонтировать нарушения работы установки.

Существуют аппараты с горизонтальной, наклонной и вертикальной выносными камерами. Аппараты с выносной горизонтальной камерой обычно применяют для растворов, образующих накипь и осадки на стенках трубок. Съемная нагревательная камера устанавливается на специальной тележке. Аппараты такого типа широко применяются для выпаривания концентрированных растворов электролитических щелоков (обычно устанавливаются после трехкорпусной установки из аппаратов с подвесными камерами), также для выпаривания растворов различных солей. В аппаратах с горизонтальной выносной камерой можно также выпаривать жидкости большой плотности, из которых могут выпадать кристаллы. С другой стороны, циркуляция раствора здесь менее интенсивна, чем в аппаратах с вертикальной нагревательной камерой. Недостатком также является то, что аппарат занимает большую площадь.

При наличии вертикальной нагревательной камеры в нижних слоях раствора может наблюдаться перегрев из-за избыточного гидростатического явления Он вреден для чувствительных растворов и вызывает потерю размести температур, т. е. уменьшение производительности аппарата. Промежуточное положение занимают выпарные аппараты с наклонными нагревателями. При одинаковой длине труб влияние гидростатического давления столба кипящего раствора меньше, чем в аппаратах с вертикальными нагревательными камерами. (Особенность этих аппаратов еще и в том, что верхние трубы нагревательной камеры всегда менее наполнены, чем нижние, поэтому здесь более интенсивна естественная циркуляция раствора.

Аппарат наполняют раствором так, чтобы залить лишь циркуляционную трубу, расположенную внизу. Так как трубы нагревателя наполняются при этом лишь частично, то восходящий поток раствора имеет форму тонкой пленки, увлекаемой вторичным паром в сепаратор и подвергающейся на этом пути интенсивному выпариванию. По этой причине выпарные аппараты с наклонныминагревателями часто называют полупленочными.

На работу аппаратов с искусственной циркуляцией значительно влияет циркуляция раствора. Циркуляция повышает коэффициент теплоотдачи со стороны кипящей жидкости и предохраняет поверхность труб от образования накипи и выпадения кристаллов.

Скорость движения раствора при естественной циркуляции обычно весьма мала, ибо она ограничена размерами аппарата, сравнительно небольшими перепадами температур и вязкостью сгущаемых растворов. Стремление к увеличению скорости циркуляции раствора привело к внедрению в промышленность выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией. Такая циркуляция достигается снабжением аппаратов рассмотренных конструкций механическими мешалками, а также ротационными, центробежными и винтовыми насосами. Насос для перекачивания раствора можно располагать как снаружи, так и внутри аппарата.

С применением искусственной циркуляции значительно повышается производительность аппарата; это особенно важно, так как в современных химических производствах применяют выпарные аппараты с поверхностью нагрева до 10 000 м2.

В аппаратах с искусственной циркуляцией коэффициенты теплопередачи увеличиваются в несколько раз; скорость перекачки раствора составляет 2—3,5 м/с. Такие аппараты работают с небольшой разностью температур! между теплоносителем и раствором (3—5° С вместо 7—10° С при естественной циркуляции). При наличии искусственной циркуляции можно выпаривая вязкие концентрированные растворы, из которых в процессе выпаривания выделяются кристаллы; образование накипи незначительно. Недостатком таких аппаратов является большой расход энергии (0,4—0,8 кВт на 1 м поверхности нагрева).



 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Сейчас на сайте

Сейчас на сайте находятся:
 45 гостей на сайте
=
Рейтинг@Mail.ru