Циркуляционная труба в выпарном аппарате

Выпарные аппараты с естественной циркуляцией

Естественная циркуляция возникает в замкнутой системе, состоящей из необогреваемой опускной (циркуляционной) трубы 1 (рис. 13-2) и обогреваемых подъемных (кипятильных) труб 2.

Рис. 13-2. Схема естественной циркуляции:

1 – циркуляционная труба; 2 – кипятильная труба.

Если жидкость в подъемных трубах нагрета до кипения, то в результате испарения части жидкости в этой трубе образуется парожидкостная смесь, плотность которой меньше плотности самой жидкости. Таким образом, вес столба жидкости в опускной трубе больше, чем в подъемных трубах, вследствие чего происходит упорядоченное движение (циркуляция) кипящей жидкости по пути: подъемные трубы → паровое пространство → опускная труба-→ подъемные трубы и т. д. При циркуляции повышается коэффициент теплоотдачи со стороны кипящей жидкости и предохраняется поверхность труб от образования накипи.

Для естественной циркуляции требуются два условия: 1) достаточная высота уровня жидкости в опускной трубе, чтобы уравновесить столб парожидкостной смеси в кипятильных трубах и сообщить этой смеси необходимую скорость; 2) достаточная интенсивность парообразования в кипятильных трубах, чтобы парожидкостная смесь имела малую плотность.

При небольшом уровне жидкости в опускной трубе парожидкостная смесь не может подняться до верха кипятильных труб; при этом не происходит циркуляции, и работа аппарата сопровождается резким снижением производительности и быстрым покрыванием труб накипью. С повышением уровня жидкости возрастает скорость циркуляции и увеличивается коэффициент теплопередачи. Однако возрастание коэффициента теплопередачи происходит лишь при повышении уровня до некоторой определенной величины (оптимальный уровень), соответствующей покрытию кипятильных труб по всей их высоте парожидкостной смесью. При дальнейшем повышении уровня коэффициент теплопередачи несколько снижается, так как вследствие возрастания давления внизу кипятильных труб жидкость начинает кипеть не в нижней их части, а немного выше.

Парообразование в кипятильных трубах определяется физическими свойствами раствора (главным образом вязкостью) и разностью температур между стенкой трубы и жидкостью. Чем ниже вязкость раствора и чем больше разность температур, тем интенсивнее парообразование и тем больше скорость циркуляции. Для достижения достаточной циркуляции разность температур между греющим паром и раствором должна быть в среднем не ниже 7-10° С.

Оптимальный уровень жидкости повышается с понижением разности температур и увеличением вязкости раствора и находится опытным путем. Если при выпаривании из раствора не выпадают кристаллы, оптимальный уровень обычно составляет от 1/4 до 3/4 высоты кипятильных труб.

Если при выпаривании из растворов выпадают кристаллы (так называемые кристаллизующиеся растворы), уровень жидкости поддерживают выше кипятильных труб для того, чтобы, жидкость в них перегревалась и закипала лишь при выходе из труб в паровое пространство; при отсутствии кипения в кипятильных трубах отпадает главная причина выделения накипи.

Выпарной аппарат с центральной циркуляционной трубой (рис. 13-3) является одной из наиболее старых, но широко распространенных конструкций.

Рис. 13-3. Выпарной аппарат с центральной циркуляционной трубой:

1 – корпус; 2 – кипятильные трубы; 3 – циркуляционная труба; 4 – сепаратор; 5 – отбойник.

Греющая камера состоит из ряда вертикальных кипятильных труб 2, обогреваемых снаружи паром. По оси греющей камеры расположена циркуляционная труба 3 значительно большего диаметра, чем кипятильные трубы. Хотя в таком аппарате циркуляционная труба обогревается снаружи паром, раствор нагревается в ней значительно меньше, чем в кипятильных трубах. Это объясняется тем, что поверхность трубы пропорциональна ее диаметру, а объем жидкости в ней пропорционален квадрату диаметра; таким образом, в циркуляционной трубе объем жидкости на единицу поверхности трубы значительно больше, чем в кипятильных трубах.

В аппаратах большой производительности вместо одной циркуляционной трубы устанавливают несколько труб меньшего диаметра.

Аппарат с центральной циркуляционной трубой отличается простотой конструкции и легкодоступен для ремонта и очистки. В то же время наличие обогреваемой циркуляционной трубы снижает интенсивность циркуляции.

По нормалям аппараты с центральной циркуляционной трубой выполняют с поверхностью теплообмена 25, 50, 100, 150, 250 и 350 м 2 ; они снабжены кипятильными трубами с наружным диаметром 38 или 57 мм (длиной от 2000 до 4000 мм) и циркуляционной трубой диаметром около 1/3 диаметра аппарата

Выпарной аппарат с подвесной греющей камерой показан на рис. 13-4. Этот аппарат имеет греющую камеру, снабженную кожухом 2; роль циркуляционной трубы выполняет кольцевой зазор между корпусом аппарата и кожухом камеры.

Рис. 13-4. Выпарной аппарат с подвесной греющей камерой:

1 – корпус; 2 – кожух греющей камеры; 3 – кипятильные трубы; 4 – труба для подвода пара к греющей камере.

Греющий пар подводится в камеру по трубе 4. Греющая камера может выниматься из аппарата для чистки и ремонта. В аппарате имеются благоприятные условия для циркуляции, поскольку кольцевое пространство со стороны корпуса не обогревается. Недостатками являются усложнение конструкции и большие габариты, так как часть площади сечения аппарата не используется из-за наличия кольцевого канала.

Аппараты с подвесной греющей камерой изготовляются с поверхностью 50, 75, 95 и 150 м 2 , кипятильные трубы имеют наружный диаметр 63,5 мм при длине от 1300 до 1700 мм.

Выпарной аппарат с выносным кипятильником (риc 13-5) широко применяется для выпарки кристаллизующихся и пенящихся растворов и постепенно вытесняет аппараты других типов.

Рис 13-5 Выпарной аппарат с выносным кипятильником

1 – кипятильник, 2 – труба для парожидкостной смеси, 3 – сепаратор, 4 – циркуляционная труба

Аппарат имеет выносной кипятильник 1 и сепаратор 3. В кипятильнике, состоящем из пучка труб, обогреваемых снаружи паром, образуется парожидкостная смесь, поступающая в сепаратор по трубе 2. В сепараторе происходит отделение вторичного пара от жидкости, которая по циркуляционной трубе 4 возвращается в кипятильник. Трубы кипятильника могут достигать значительной длины (до 7 м), что способствует интенсивной циркуляции. С увеличением длины труб возрастает разность весов парожидкостной смеси в них и жидкости в циркуляционной трубе Расположение кипятильника отдельно от сепаратора удобно для ремонта и чистки труб Часто к сепаратору присоединяют два или более кипятильников, из которых один можно выключить для ремонта или очистки, не останавливая всего аппарата.

Аппараты с выносными кипятильниками выпускаются с поверхностью 100, 150, 250, 350 500, 700 и 900 м 2 , они имеют трубы с наружным диаметром 38 или 57 мм при длине от 3000 до 7000 мм

КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП РАБОТЫ ВЫПАРНОГО АППАРАТА

Выпарной аппарат предназначен для очистки от растворимых активных и неактивных примесей воды в системах СВО-3, СВО-7 и концентрирования раствора борной кислоты в системе СВО-6 методом дистилляции.

Нормальная работа выпарного аппарата обеспечивается:

непрерывным отводом вторичного пара из выпарного аппарата на конденсатор-дегазатор;

непрерывным подводом к выпарному аппарату греющего пара;

непрерывным отводом от выпарного аппарата конденсата греющего пара;

непрерывным подводом к выпарному аппарату флегмы;

непрерывным перетоком части упаренного раствора из выпарного аппарата в доупариватель, если последний имеется в данной ВУ.

Выпарной аппарат (рис. 3.4) – это аппарат естественной циркуляции с вынесенной греющей камерой, состоящей из следующих основных узлов: сепаратора, греющей камеры и циркуляционного трубопровода.

Соединение узлов аппарата между собой выполнено на фланцевых разъемах. Греющая камера (рис. 3.5) представляет собой одноходовой вертикальный кожухотрубный теплообменник, в котором в межтрубное пространство подается греющий пар, а по трубам циркулирует упариваемый раствор.

Трубы присоединены к трубным решеткам на сварке для обеспечения герметичности и исключения попадания упариваемого раствора в межтрубное пространство. Для снятия напряжений, возникающих во время работы и пуска, в греющих трубах, корпусе и в местах приварки труб с трубными решетками, на греющей камере предусмотрен линзовый компенсатор. На корпусе камеры находится расширитель с полулинзами, а внутри камеры — отбойник, способствующий более равномерному распределению греющего пара по сечению трубного пучка и исключающий эрозионный износ трубчатки входящим греющим паром.

Удаление неконденсирующихся газов из межтрубного пространства в верхней части камеры производится через штуцер сдувки.

Для опорожнения выпарного аппарата по исходной воде имеется соответствующий трубопровод, проходящий через днище корпуса теплообменника.

Для удобства транспортирования на греющей камере предусмотрены строповочные устройства (крюк, цапфы, ушки).

Верхняя часть греющей камеры соединена с сепаратором через верхнюю камеру:

– трубопроводом диаметром 25 мм, служащим для удаления воздуха (при заполнении выпарного аппарата) и неконденсирующихся газов (при работе);

– трубопроводом диаметром 377 мм с фланцевым разъемом для перепуска пароводяной смеси. Во фланцевое соединение монтируется дроссельная шайба для увеличения давления (а следовательно, и температуры кипения) в теплообменнике, а также для предотвращения пенообразования.

Рис. 2.4. Элементы выпарного аппарата:

1 – вход исходного раствора; 2 – выход вторичного пара; 3 – вход греющего пара;

4 – выход конденсата пара; 5 – опорожнение; 6 – выход упаренного раствора;

7 – сдувка неконденсирующихся газов; 8 – вход флегмы; 9 – вход промывочной воды, азотной кислоты, едкого натра; 10 – вход пеногасителя; 11 – вход вторичного пара

после сепаратора доупаривателя; 12 – заполнение гидрозатвора;

13 – опорожнение гидрозатвора; 14 – для сигнализатора пены;

15 – для уравнительного сосуда КИП; 16 – смотровое окно; 17 – люк

Рис. 3.5.Конструкция греющей камеры выпарного аппарата

Нижняя часть греющей камеры соединена с сепаратором через нижнюю растворную камеру и циркуляционный трубопровод. Циркуляционный трубопровод имеет Г-образный вид и служит для приема исходной воды, создания циркуляции по контуру сепаратор – греющая камера и для передачи упаренного раствора либо в доупариватель, либо в монжюс и тому подобное, в зависимости от технологической системы, в которой установлен выпарной аппарат.

Кроме того, циркуляционный трубопровод имеет фланцевый разъем, в котором устанавливается дроссельная шайба, предназначенная для уменьшения кратности циркуляции упариваемой жидкости и, соответственно, улучшения упаривания.

Сепаратор представляет собой сварной цилиндрический сосуд с эллиптическими днищами, снабженный тремя люками и технологическими штуцерами, а также штуцерами КИП. Технологические штуцера предусматривают выход вторичного пара, вход флегмы, вход промывочной воды, сход пеногасителя, вход промывочной воды на заполнение гидрозатвора и выход при опорожнении гидрозатвора.

Для очистки вторичного пара от капельного уноса в сепараторе имеются два паросепарационных устройства.

Первое сепарационное устройство представляет собой жалюзийный отбойник предназначенный для отделения влаги от пара, и переливную тарелку, скрепленную шестью ребрами жесткости. Тарелка выполнена в виде перфорированного горизонтального листа с отверстиями, просверленными в шахматном порядке. К тарелке приварена труба, заведенная под уровень выпариваемой воды в сепараторе и служащая для слива воды с тарелки. Для промывки пара перпендикулярно тарелке приварены перфорированные (т.е. имеющие отверстия) ребра, создающие уровень воды на тарелке примерно 500 мм Кроме того, в этих ребрах крепятся клапаны (крышки). Клапан прямоугольной формы установлен на перфорированном листе с зазором за счет отогнутых в сторону дырчатого листа углов клапана и закреплен на двух стержнях, пропущенных через отверстия перфорированного листа. Стержень фиксирует положение клапана на тарелке и не дает ему смещаться в горизонтальной плоскости. Стержни имеют рабочую часть, изогнутую по радиусу, и ограничители хода, выполненные в виде крюка, загнутого к оси стержня под углом 90 0 . Клапан имеет плавающий характер работы и может поворачиваться под действием струи пара на угол до 45 0 по отношению к тарелке, что позволяет увеличить площадь живого сечения перфорированного листа до 87,2 % площади сечения сепаратора.

Читайте также  Утюг для соединения пластиковых труб

Второе сепарационное устройство состоит из жалюзийного отбойника, аналогичного по конструкции отбойнику на рис. 3.7, и из промывочного устройства. Промывочное устройство – это слой колец Рашига высотой 1500 мм, лежащий на перфорированной тарелке. Кольца Рашига представляют собой кольца диаметром 15 мм, длиной 15 мм и толщиной стенки 0,8 мм, изготовленные из нержавеющей стали. Сверху слой колец Рашига закрыт перфорированной крышкой. Промывочное устройство в процессе эксплуатации выпарного аппарата на 750 мм заполнено водой, подаваемой насосами дегазированной воды по линии флегмы. Данный уровень поддерживается за счет гидрозатвора выпарного аппарата, а его работа основана на принципе сообщающихся сосудов, в качестве которых в данном случае выступают слой колец Рашига и переливная труба гидрозатвора.

Очистка вторичного пара от капелек концентрата заключается в объемной сепарации и последовательном прохождении им сепарационных устройств. Принцип объемной сепарации заключается в слиянии мелких капелек концентрата при подъеме пара вверх в более крупных каплях и стекании их вниз. То же самое происходит в жалюзийном отбойнике вследствие многократного изменения направления потока пара.

Паропромывочная тарелка работает следующим образом. Пар поступает на тарелку снизу и проходит через отверстия перфорированного листа. Жидкость (флегма) поступает на тарелку сверху через выходной патрубок гидрозатвора и движется по перфорированному листу к сливному карману. В результате пар барботирует в виде мелких пузырьков через слой флегмы и оставляет в ней большую часть примесей.

При малых нагрузках на пару скорость вторичного пара в отверстиях такова, что его энергии недостаточно для преодоления веса клапанов, и они остаются на поверхности перфорированного листа. В этом случае пар проходит через не закрытые клапанами отверстия. Под клапанами образуется паровая подушка с давлением, равным примерно сопротивлению парожидкостного слоя на тарелке, и жидкость поэтому не может протекать через отверстия, закрытые клапанами.

По мере увеличения нагрузки по пару энергия паровых струй, выходящих из не закрытых клапанами отверстий, возрастает, и при некотором ее значении клапаны начинают открываться, и тем больше, чем выше нагрузка по пару. При этом живое сечение тарелки увеличивается.

Наличие установочного зазора между перфорированным листом и клапанами обеспечивает плавное их открытие. Пар начинает выходить из отверстий, находящихся под клапанами, и, отражаясь от поверхности клапанов, открытых под углом к плоскости перфорированного листа, изменяет направление. Выходящий из-под клапанов поток пара увлекает за собой жидкость в направлении сливного кармана, тем самым создавая направленное течение жидкости и исключая образование застойных зон. При снижении нагрузки по пару клапаны под действием собственной массы опускаются на плоскость перфорированного листа.

Окончательно вторичный пар в сепараторе очищается на насадке из колец Рашига, причем, проходя через нижнюю, заполненную водой, половину насадки, пар перемешивается с дистиллятом (эмульгирует) и хорошо отмывается от мельчайших капель концентрата. При прохождении верхней половины насадки за счет многократного изменения направления движения пара капельки влаги прилипают к поверхности колец Рашига и в виде пленки жидкости стекают вниз.

Для наблюдения за работой сепарационных устройств конструкций предусмотрены смотровые окна.

Принцип работы выпарного аппарата следующий: исходный раствор поступает в циркуляционный трубопровод, далее в нижнюю растворную камеру и затем в греющие трубки. В греющих трубах раствор нагревается и вскипает. Парожидкостная смесь поступает в сепаратор, где происходит ее разделение. Отделившийся раствор идет по циркуляционной трубе вновь в греющую камеру, где смешивается с исходным раствором.

Вторичный пар проходит последовательно через все паросепарационные устройства, где очищается от капель раствора, и направляется в конденсатор-дегазатор.

При наличии в ВУ доупаривателя часть упариваемого раствора с повышенным солесодержанием из циркуляционной трубы постоянно перетекает в доупариватель. Данное перетекание обеспечивается за счет более низкого расположения доупаривателя по отношению к выпарному аппарату – на один метр. Такое пространственное расположение оборудования предотвращает смешение более плотного концентрированного раствора доупаривателя с менее концентрированным раствором из выпарного аппарата.

При отсутствии в схеме доупаривателя после достижения конечной концентрации в выпарном аппарате упаренный раствор самотеком через штуцер циркуляционного трубопровода сливается:

– для СВО-7 – в монжюс кубового остатка, откуда сжатым воздухом транспортируется в емкости временного хранения жидких радиоактивных отходов;

– для СВО-6 – в бак «грязного» борного концентрата.

Краткие технические характеристики выпарного аппарата приводятся в табл. 3.1.

Публикации

Выпарные установки для переработки промышленных сточных вод (Часть 2)

Модельный ряд и технические характеристики выпарных установок

Таблица. Технические характеристики выпарных установок для очистки промышленных сточных вод с получением обессоленной воды и влажного осадка

Таблица. Технические характеристики выпарных установок для концентрирования технологических растворов с получением обессоленной воды и упаренной суспензии

Описание основного технологического оборудования, входящего в состав установок для очистки сточных вод

1. Выпарной аппарат с падающей плёнкой

Конструкция аппарата показана на Рисунке 6.


Рисунок 6. Аппарат выпарной с падающей плёнкой.
Обозначения: 1 – верхняя растворная камера, 2 – камера теплообменная, 3 – корпус сепаратора, 4 – днище сепаратора, 5 – опорные лапы, 6 – циркуляционный насос.

Работа аппарата осуществляется следующим образом.

Исходный раствор подается в верхнюю растворную камеру, оснащённую специальным распределительным устройством, проходя через которое, раствор распределяется таким образом, чтобы он стекал в виде тонкой плёнки по внутренней поверхности стенок греющих труб. Полученная пленка раствора вскипает под действием теплоты, подводимой снаружи к трубам (в большинстве случаев используется водяной пар), и в результате раствор частично испаряется.

Нисходящий поток раствора, возникший под действием силы тяжести, ускоряется потоком образующегося пара, движущегося в попутном направлении. Получающийся парожидкостный поток разделяется в нижней растворной камере и в расположенном далее сепараторе.

Важным моментом работы данного типа аппаратов является обеспечение равномерного и эффективного смачивания раствором внутренней поверхности трубок, особенно в нижней части. При нарушении смачивания на сухих участках стенок происходит образование отложений.

Разработанные специалистами ЗАО «НПП «Машпром» выпарные аппараты с падающей плёнкой успешно эксплуатируются на технологических переделах, где осуществляется концентрирование технологических растворов и слабоконцентрированных сточных вод.

2. Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией

Конструкция аппарата показана на Рисунке 7.


Рисунок 7. Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией.
Обозначения: 1 – крышка сепаратора, 2 – корпус сепаратора, 3 – труба опускная, 4 – колено нижнее, 5 – переходник, 6 – камера нижняя, 7 – камеры теплообменные, 8 – колено верхнее, 9 – колено нижнее, 10 – труба вскипания, 11 – колено верхнее, 12 – бачок переливной, 13 – насос циркуляционный.

Работа аппарата осуществляется следующим образом.

Исходный раствор подается в колено нижнее, где смешивается с уже находящимся в аппарате раствором. Циркуляционным насосом раствор подается в трубки первой греющей камеры. Проходя через теплообменные трубки, затем попадая через колено верхнее во вторую греющую камеру, раствор нагревается и вскипает в трубе вскипания. Далее парорастворная смесь попадает в объем сепаратора, где происходит её разделение.

Образующийся вторичный пар, проходит через жалюзийный каплеуловитель, где очищается от капель раствора, после чего отводится из аппарата и поступает в конденсатор, а прокипевший раствор по опускной циркуляционной трубе поступает на всас насоса.

Как правило, в качестве теплоносителя используется греющий пар.

В результате удаления части воды происходит концентрирование раствора и выделение из него твёрдой фазы.

Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией и вынесенной зоной кипения позволяет обеспечить стабильную и устойчивую циркуляцию упариваемого раствора независимо от его концентрации, вязкости и наличия в нем твёрдых частиц, а также от тепловой нагрузки. Аппарат имеет высокую интенсивность теплообмена, что позволяет обеспечить достаточно большой коэффициент теплопередачи и требуемую производительность работы при сравнительно небольших габаритах.

Для достижения длительной и эффективной работы выпарного аппарата с принудительной циркуляцией, исключения инкрустаций внутренних поверхностей, а также для увеличения размеров кристаллов в циркулирующей суспензии требуется поддерживать высокую концентрацию твёрдой фазы. Находящиеся в циркулирующей суспензии частицы играют роль затравки для вновь образующейся мелкодисперсной взвеси, способствуя увеличению размеров получаемых кристаллов и исключению инкрустаций на внутренних поверхностях аппарата. Для накопления твёрдой фазы в циркуляционном контуре аппарат оснащён специальными устройствами, позволяющими осуществить раздельный выход из сепаратора осветленного раствора и суспензии.

3. Реактор циркуляционный

Конструкция реактора показана на Рисунке 8.


Рисунок 8. Реактор циркуляционный
Обозначения: 1 – корпус, 2 – центральная циркуляционная труба, 3, 4 – наружные циркуляционные трубы, 5 – штуцер подвода исходного раствора, 6 – сопло, 7, 11 – штуцера подвода реагентов, 8 – смотровой люк, 9 – переливной бачок для отвода умягченного раствора, 10 – циркуляционный насос.

Реактор предназначен для «умягчения» сточных вод и представляет собой аппарат с циркулирующим раствором, куда подаются исходные сточные воды и реагенты. В результате химической реакции раствора с реагентами происходит образование и выделение в твердую фазу солей жёсткости.

Сточные воды через штуцер (5) подаются в нижнюю часть аппарата. Циркуляция раствора в аппарате осуществляется с помощью струйно­го насоса, расположенного в нижней части корпуса и состоящего из сопла (6) и нижней части центральной трубы (2).

Раствор из реактора по трубам (3 и 4) поступает в центробежный насос, откуда под давлением подается в сопло струйного насоса. Кинетическая энергия струи, выходящей из сопла, преобразуется в центральной трубе в статический напор, обеспечивающий циркуляцию раствора по внутреннему замкнутому контуру аппарата. В нижнюю часть реактора через штуцера (7) подают расчетное количество реагентов.

Для отвода раствора из реактора и накопления твёрдой фазы предусматрива­ется переливной бачок (9), который устанавливается на высоте рабочего уровня раствора в аппарате.

В стенке корпуса и на крышке переливного бачка имеются смотровые окна для визуального наблюдения за рабочим уровнем в аппарате и бачке. Осмотр и ре­монт внутренних устройств аппарата можно проводить через (8), рас­положенный в нижней части корпуса аппарата.

4. Конденсатор

Конструкция конденсатора показана на Рисунке 9.


Рисунок 9. Конденсатор.
Обозначения: 1 – конденсатор, 2, 3 – водяные камеры, 4 – перегородки, 5 – штуцер входа вторичного пара, 6 – штуцер выхода конденсата вторичного пара, 7 – штуцера отвода неконденсирующихся газов, 8 – обтекатели.

Конденсатор предназначен для конденсации вторичного пара, образующегося в выпарном аппарате.

Работа конденсатора осуществляется следующим образом.

Вторичный пар поступает в межтрубное пространство конденсатора через штуцер (5).

Контактируя с поверхностью теплообменных трубок, по которым движется охлаждающая вода, он конденсируется и стекает в нижнюю часть теплообменника и отводится через штуцер (6).

Поступающие вместе с вторичным паром неконденсирующие газы отводятся через штуцера (7) на узел создания вакуума.

В водяных камерах (2, 3) установлены обтекатели (8). Они обеспечивают равномерный подвод охлаждающей воды к трубным решёткам.

5. Водоэжекторный блок

Как показывает практика эксплуатации выпарных установок, наиболее эффективным способом создания вакуума является применение водоэжекторных блоков. Данные устройства по многим параметрам выигрывают у вакуум-насосов и пароэжекторных блоков. Основными преимуществами данных аппаратов являются простота конструкции, отсутствие изнашиваемых частей, значительно меньшие энергозатраты.

Читайте также  Как правильно приварить петли к воротам?

Водоэжекторный блок представлен на Рисунке 10.


Рисунок 10. Водоэжекторный блок.
Обозначения: 1 – водоструйный эжектор, 2 – разделительный бак, 3 – теплообменник, 4 – насос циркуляционный.

Работа водоэжекторного блока осуществляется следующим образом.

Перед началом работы водоструйного эжектора разделительный бак (2), на котором он установлен, заполняется рабочей жидкостью — конденсатом. Циркуляция рабочей жидкости через эжектор осуществляется насосом (4).

Вытекающая с большой скоростью из сопла в приемную камеру эжектора (1) рабочая жидкость увлекает за собой неконденсирующиеся газы, содержащие небольшое количество пара. В приемной камере и камере смешения происходит конденсация пара и сжатие воздуха. Из эжектора водовоздушная смесь поступает по сливному трубопроводу под уровень жидкости в разделительный бак (2), воздух отделяется и уходит в систему вентиляции, а рабочая жидкость насосом (4) через теплообменник-охладитель (3) снова подаётся в водоструйный эжектор (1).

Бак разделительный предназначен для отделения неконденсирующихся газов (воздуха) из водовоздушной смеси, поступающей в него из эжектора. В бак встроен сливной трубопровод эжектора, по которому в него поступает водо-воздушная смесь. Бак имеет штуцер выхода воздуха (сдувка), направляемого в коллектор промвентиляции, штуцер перелива избытка рабочей жидкости, штуцер входа конденсата для заполнения бака и штуцер опорожнения. Внутри бака расположены перегородка и решётка для отделения воздуха от рабочей жидкости.

Теплообменник (3) предназначен для охлаждения рабочей жидкости, циркулирующей в контуре водоэжекторного блока.

Проектирование, изготовление, транспортировка, монтаж, ввод в эксплуатацию и послепродажное обслуживание выпарных установок

I. Разработка технической документации.

ЗАО «НПП «Машпром» разрабатывает техническую документацию оборудования в составе:

  • аппаратурно-технологической схемы выпарной установки;
  • конструкторской документации на нестандартизированное оборудование;
  • пояснительной записки с материальными, тепловыми и гидравлическими расчётами, описанием работы оборудования, рекомендациями по выбору конструкционных материалов, рекомендациями по физико-химическому режиму концентрирования;
  • рабочей документации: комплект рабочих чертежей, расчёты на прочность;
  • эксплуатационной документации: руководство по эксплуатации, паспорта на нестандартизированное оборудование, ведомости ЗИП;
  • системы управления: функциональная схема, технический проект и рабочая документация.

II. Изготовление.

Спроектированное оборудование изготавливается на ряде профильных машиностроительных предприятий страны, в том числе и на производственной площадке ЗАО «НПП «Машпром» (ООО ПК «НТМЗ»).

ООО ПК «Нижнетагильский машиностроительный завод» — современное машиностроительное предприятие с полным комплексом производственного оборудования.

Современные принципы организации производства и управления предприятием позволяют выпускать наукоёмкую качественную и надёжную продукцию. Система менеджмента качества завода соответствует требованиям международного стандарта ISO 9001 и подтверждается сертификатом № 44100137426.

III. Транспортировка, монтаж и ввод в эксплуатацию.

Выпарные установки транспортируются на место монтажа крупными узлами. Сборка осуществляется на месте.

Выпарные установки могут отличаться очень сложной компоновкой, и их ввод в эксплуатацию требует наличия опыта. Эта задача успешно решается опытными специалистами ЗАО «НПП «Машпром», имеющими необходимые компетенции и опыт монтажа подобных установок.

Каждая установка требует квалифицированного обслуживания. Поэтому сотрудники ЗАО «НПП «Машпром» при необходимости проводят обучение персонала Заказчика.

Службы эксплуатации (технологи, механики, электрики, специалисты КИПиА) также могут воспользоваться услугами разработчиков для решения вопросов, связанных с техобслуживанием и ремонтом оборудования.

Выпарный аппарат

Выпарный аппарат — применяется для концентрирования всех видов жидких пищевых продуктов, органических и неорганических растворов, сточных вод и других жидких материалов в однокорпусных или многокорпусных аппаратах с полным или частичным тепловым насосом, оснащенных необходимыми компонентами для нагревания, охлаждения, дегазации, кристаллизации, ректификации и т.д.

Обычно требуемым конечным продуктом является жидкий концентрат, который может перекачиваться насосом. Конструкция наших аппаратов позволяет поддерживать и сохранять качество продукта.

Наибольшее распространение получили выпарные аппараты с паровым обогревом, имеющие поверхность теплообмена, выполненную из труб.

Выпарные аппараты с паровым обогревом состоят из двух основных частей

  • кипятильник (греющая камера), в котором расположена поверхность теплообмена и происходит выпаривание раствора;
  • сепаратор — пространство, в котором вторичный пар отделяется от раствора.

Эти установки оснащаются полуавтоматической или сложной системой управления процессом. Установки могу дополняться оборудованием, которое необходимо для нагрева, охлаждения, дегазации, дистилляции, ректификации и конденсации.

Содержание

Классификация

Необходимость в паровом пространстве (сепараторе) составляет основное конструктивное отличие выпарных аппаратов от теплообменников. В зависимости от характера движения кипящей жидкости в выпарном аппарате различают:

Выпарные аппараты со свободной циркуляцией

В этих аппаратах неподвижный или медленно движущийся раствор находится снаружи труб. В растворе возникают неупорядоченные конвекционные токи (свободная циркуляция), обусловленные свободной конвекцией. К данной группе относятся аппараты, выполненные в виде чаш или котлов, поверхность теплообмена которых образована стенками аппарата. В настоящее время такие аппараты применяются редко, главным образом при выпаривании очень вязких жидкостей.Змеевиковые выпарные аппараты аналогичны змеевиковым погружным теплообменникам. Греющий пар проходит по змеевику, а выпариваемая жидкость находится снаружи. Змеевики полностью погружены в жидкость, над уровнем которой остается объем, необходимый для сепарации вторичного пара. Эти аппараты работают неинтенсивно и в настоящее время применяются лишь для выпаривания вязких растворов при небольших масштабах производства, когда не требуется большая поверхность теплообмена. Они могут быть использованы также при применении греющего пара высокого давления и при выпаривании агрессивных жидкостей. В последнем случае змеевики изготовляются из химически стойкого материала, а внутренняя поверхность аппарата снабжается защитным покрытием. Выпарные аппараты с горизонтальными трубами (пар пропускается по трубам, жидкость — снаружи труб) могут быть изготовлены с значительными поверхностями теплообмена — до 800 м2 и более. Для компенсации удлинения труб и разборки аппарата с целью очистки крепление труб в трубных решетках делают на сальниках или применяют U-образные трубы.Основным недостатком аппаратов этого типа является трудность очистки межтрубного пространства, вследствие чего они непригодны для выпаривания кристаллизующихся растворов. Кроме того, такие аппараты имеют невысокий коэффициент теплопередачи, громоздки и требуют значительного количества металла для изготовления. В настоящее время они применяются редко и вытесняются более совершенными конструкциями.

Выпарные аппараты с естественной циркуляцией

Естественная циркуляция возникает в замкнутой системе, состоящей из необогреваемой опускной (циркуляционной) трубы и обогреваемых подъемных (кипятильных) труб. Если жидкость в подъемных трубах нагрета до кипения, то в результате испарения части жидкости в этой трубе образуется парожидкостная смесь, плотность которой меньше плотности самой жидкости. Таким образом, вес столба жидкости в опускной трубе больше, чем в подъемных трубах, вследствие чего происходит упорядоченное движение (циркуляция) кипящей жидкости по пути: подъемные трубы → паровое пространство → опускная труба-→ подъемные трубы и т. д. При циркуляции повышается коэффициент теплоотдачи со стороны кипящей жидкости и предохраняется поверхность труб от образования накипи.

Для естественной циркуляции требуются два условия:

  1. достаточная высота уровня жидкости в опускной трубе, чтобы уравновесить столб парожидкостной смеси в кипятильных трубах и сообщить этой смеси необходимую скорость;
  2. достаточная интенсивность парообразования в кипятильных трубах, чтобы парожидкостная смесь имела малую плотность.

При небольшом уровне жидкости в опускной трубе парожидкостная смесь не может подняться до верха кипятильных труб; при этом не происходит циркуляции, и работа аппарата сопровождается резким снижением производительности и быстрым покрыванием труб накипью. С повышением уровня жидкости возрастает скорость циркуляции и увеличивается коэффициент теплопередачи. Однако возрастание коэффициента теплопередачи происходит лишь при повышении уровня до некоторой определенной величины (оптимальный уровень), соответствующей покрытию кипятильных труб по всей их высоте парожидкостной смесью. При дальнейшем повышении уровня коэффициент теплопередачи несколько снижается, так как вследствие возрастания давления внизу кипятильных труб жидкость начинает кипеть не в нижней их части, а немного выше.

Парообразование в кипятильных трубах определяется физическими свойствами раствора (главным образом вязкостью) и разностью температур между стенкой трубы и жидкостью. Чем ниже вязкость раствора и чем больше разность температур, тем интенсивнее парообразование и тем больше скорость циркуляции. Для достижения достаточной циркуляции разность температур между греющим паром и раствором должна быть в среднем не ниже 7-10° С. Оптимальный уровень жидкости повышается с понижением разности температур и увеличением вязкости раствора и находится опытным путем. Если при выпаривании из раствора не выпадают кристаллы, оптимальный уровень обычно составляет от 1/4 до 3/4 высоты кипятильных труб.

Если при выпаривании из растворов выпадают кристаллы (так называемые кристаллизующиеся растворы), уровень жидкости поддерживают выше кипятильных труб для того, чтобы, жидкость в них перегревалась и закипала лишь при выходе из труб в паровое пространство; при отсутствии кипения в кипятильных трубах отпадает главная причина выделения накипи.

Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией

Для повышения интенсивности циркуляции и коэффициента теплопередачи в последнее время стали применять аппараты с принудительной циркуляцией. Циркуляция жидкости производится пропеллерным или центробежным насосом 2. 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 не на подъем жидкости, а лишь на преодоление гидравлических сопротивлений. Давление внизу кипятильных труб больше, чем вверху, на величину давления столба жидкости в трубах плюс их гидравлическое сопротивление. Ввиду этого на большей части высоты кипятильных труб жидкость не кипит, а перегревается по сравнению с температурой кипения, соответствующей давлению в сепараторе. Закипание происходит только на небольшом участке верхней части трубы. Количество перекачиваемой насосом жидкости во много раз превышает количество испаряемой воды; поэтому отношение массы жидкости к массе пара в парожидкостной смеси, выходящей из кипятильных труб, очень велико.

Принудительную циркуляцию применяют также в аппаратах с выносным кипятильником и в аппаратах других типов.

Скорость циркуляции жидкости в кипятильных трубах принимают равной 1,5-3,5 м/с. Скорость циркуляции определяется производительностью циркуляционного насоса и не зависит от уровня жидкости и парообразования в кипятильных трубах. Поэтому аппараты с принудительной циркуляцией пригодны при работе с малыми разностями температур между греющим паром и раствором (3-5° С) и при выпаривании растворов с большой вязкостью, естественная циркуляция которых затруднительна. Достоинствами аппаратов с принудительной циркуляцией являются высокие коэффициенты теплопередачи (в 3 – 4 раза больше, чем при естественной циркуляции), а также отсутствие загрязнений поверхности теплообмена при выпаривании кристаллизующихся растворов и возможность работы при небольших разностях температур.

Недостаток этих аппаратов – необходимость расхода энергии на работу насоса.

Применение принудительной циркуляции целесообразно при изготовлении аппарата из дорогостоящего материала (в этом случае весьма существенно сокращение поверхности теплообмена вследствие повышения коэффициентов теплопередачи), при выпаривании кристаллизующихся растворов (сокращаются простои во время очистки аппарата) и при выпаривании вязких растворов (что при естественной циркуляции требует наличия большой разности температур).

Пленочные выпарные аппараты

В пленочных аппаратах раствор движется вдоль поверхности теплообмена в виде тонкой пленки.

Пленочные аппараты с вертикальными трубами состоят из пучка кипятильных труб, обогреваемых снаружи паром и присоединенных вверху к сепаратору. Жидкость подается снизу, причем уровень ее поддерживается на 1/4 – 1/5 высоты труб. Остальная часть высоты труб заполнена парожидкостной смесью, расслаивающейся на пленку жидкости (около стенок) и пар (в центре). Трением о струю пара жидкая пленка увлекается вверх; поэтому такие аппараты часто называют аппаратами с поднимающейся пленкой. Пленочные аппараты обладают высоким коэффициентом теплопередачи. Последний, однако, достигается лишь при определенном уровне жидкости, который устанавливается опытным путем: при повышении уровня коэффициент теплопередачи снижается; при понижении уровня уменьшается содержание жидкости в парожидкостной смеси, что приводит к недостаточному смачиванию верхних концов труб и снижению активной поверхности теплообмена. Ввиду однократного прохождения жидкости через аппарат со значительной скоростью, для получения достаточно концентрированного упаренного раствора требуются длинные трубы (обычно 6 – 9 м). Недостатками вертикальных пленочных аппаратов являются трудность очистки длинных труб и сложность регулирования процесса при колебаниях давления греющего пара и начальной концентрации раствора. Кроме того, для размещения пленочных аппаратов необходимо строить производственные здания большой высоты.

Читайте также  Гальваника в домашних условиях меднение

Эти аппараты применяются для выпаривания пенящихся, а также чувствительных к высокой температуре растворов; при выпаривании очень вязких и кристаллизующихся растворов они малопригодны.

Выпарные аппараты

Наибольшее распространение в пищевых производствах получили трубчатые выпарные аппараты с естественной и принудительной циркуляцией площадью поверхности нагрева 10 – 1800 м 2 . В зависимости от расположения греющей камеры аппараты бывают с соосной греющей камерой и с вынесенной греющей камерой. Кроме перечисленных аппаратов, применяются различные конструкции пленочных выпарных аппаратов.

При выборе конструкции выпарного аппарата учитываются теплофизические свойства раствора, склонность к кристаллизации, чувствительность к высоким температурам, полезная разность температур в каждом корпусе, площадь поверхности теплообменного аппарата, технологические особенности.

Выпарные аппараты изготавливаются из углеродистой, коррозиестойкой и двухслойной стали.

Выпарной аппарат с естественной циркуляцией

Выпарные аппараты с естественной циркуляцией просты по конструкции и применяются для выпаривания растворов с невысокой вязкостью, не склонных к кристаллизации. Эти аппараты бывают с соосной и вынесенной греющей камерой (рисунок 1, а и б).

Выпарной аппарат состоит из сепаратора, греющей камеры и циркуляционной трубы. Сепаратор представляет собой цилиндрическую емкость с эллиптической крышкой, присоединенную с помощью болтов к греющей камере. В сепараторе для отделения капелек жидкости от вторичного пара устанавливают различной конструкции отбойники. Греющая камера выполнена в виде вертикального кожухотрубного теплообменника, в межтрубное пространство которого поступает греющий пар, а в греющих трубках кипит раствор. Нижние части сепаратора и греющей камеры соединены циркуляционной трубой.

Естественная циркуляция возникает в замкнутой системе, состоящей из не обогреваемой циркуляционной трубы и кипятильных труб. Если жидкость в трубах нагрета до кипения, то в результате выпаривания части жидкости в этих трубах образуется парожидкостная смесь, плотность которой меньше плотности самой жидкости. Таким образом, вес столба жидкости в циркуляционной трубе больше, чем в кипятильных трубах, вследствие чего происходит циркуляция кипящей жидкости по пути кипятильные трубы – паровое пространство – циркуляционная труба – трубы и т. д. При циркуляции повышается коэффициент теплоотдачи со стороны кипящей жидкости и снижается образование накипи на поверхности труб.

Для естественной циркуляции требуются два условия: 1 – достаточная высота уровня жидкости в циркуляционной трубе, чтобы уравновесить столб парожидкостной смеси и создать необходимую скорость; 2 – достаточная интенсивность парообразования в кипятильных трубах, чтобы парожидкостная смесь имела возможно малую плотность.

Представленные на рисунке 1 аппараты выгодно отличаются от устаревших конструкций аппаратов с центральной циркуляционной трубой. Наличие обогреваемой центральной циркуляционной трубы приводило к снижению интенсивности циркуляции.

Парообразование в кипятильных трубах определяется физическими свойствами раствора (главным образом вязкостью) и разностью температур между стенкой трубы и жидкостью. Чем ниже вязкость раствора и чем больше разность температур, тем интенсивнее парообразование и больше скорость циркуляции. Для создания интенсивной циркуляции разность температур между греющим паром и раствором должна быть не ниже 10 0 С.

Выпарные аппараты, показанные на рисунке 1, имеют площадь поверхности теплопередачи от 10 до 1200 м 2 , длину кипятильных труб от 3 до 9 м в зависимости от их диаметра. Диаметр кипятильных труб составляет 25, 38 и 57 мм. Избыточное давление в греющей камере 0,3 – 1.6 МПа, а в сепараторе вакуум примерно 93,0 кПа. Соотношение площадей сечения циркуляционной трубы и греющей камеры составляет не менее 0,3.

Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией раствора

Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствора позволяют повысить интенсивность циркуляции раствора и коэффициент теплопередачи.

На рисунке 2 показаны такие аппараты с соосной и вынесенной греющей камерой.

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 внизу кипятильных труб больше, чем вверху, на величину давления столба жидкости в трубах плюс их гидравлическое сопротивление. Ввиду 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 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. Скорость циркуляции жидкости определяется производительностью циркуляционного 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 с большой вязкостью.

Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией имеют площадь поверхности теплопередачи от 25 до 1200 м 2 , длину кипятильных труб от 4 до 9 м в зависимости от их диаметров, которые составляют 25, 38, 57 мм. Избыточное давление в греющей камере от 0,3 до 1,0 МПа, а в сепараторе вакуум 93 кПа. Соотношение площадей сечения циркуляционной трубы и греющей камеры не менее 0,9.

Достоинствами аппаратов с принудительной циркуляцией являются высокие коэффициенты теплопередачи (в З-4 раза больше, чем при естественной циркуляции), а следовательно, и значительно меньше 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.

Пленочный выпарной аппарат

Пленочные выпарные аппараты применяются для концентрирования 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. В греющей камере расположены трубы длиной от 5 до 9 м, которые обогреваются греющим парой.

На рисунке 3,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 рисунке 3,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.

Пленочные выпарные аппараты изготавливаются с площадью поверхности теплопередачи от 63 до 2500 м 2 с диаметром труб 36 или 57 мм. Избыточное давление в греющей камере от 0,3 до 1,0 МПа, а в сепараторе вакуум 93 кПа.

Недостатком пленочных аппаратов является 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.

1 – сепаратор; 2 – греющая камера
а – с восходящей пленкой и соосной греющей камерой; б – с падающей пленкой и вынесенной греющей камерой
Рисунок 3 – Пленочные выпарные аппараты

Роторно-пленочный выпарной аппарат

Роторно-пленочные выпарные аппараты применяют для концентрирования пищевых растворов, а также суспензий.

Роторно-пленочный аппарат представляет собой цилиндрический или конический корпус с обогреваемой рубашкой (рисунок 4). 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 X18H10T и углеродистой стали. Высота аппаратов достигает 12,5 м при диаметре 1,0 м, площадь поверхности теплообмена от 0,8 до 16 м 2 .

1 – привод, 2 – уплотнение, 3 – ротор, 4 – флажок, 5 – корпус, 6 – рубашка.
Рисунок 4 – Роторно-пленочный выпарной аппарат

Роторно-пленочные аппараты бывают с жестким или размазывающим ротором. Жесткий ротор изготавливается 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. Окружная скорость лопастей достигает 12 м/с. При работе под вакуумом (при давлении до 100 Па) вал ротора уплотняется специальным торцевым уплотнением. Нижний подшипник смазывается перерабатываемым материалом.

Принципиальное отличие испарителя с размазывающим ротором заключается, в применении ротора с шарнирно закрепленными на валу флажками. При вращении ротора флажки прижимаются центробежной силой к внутренней поверхности корпуса и размазывают по ней продукт в виде пленки. Такие аппараты применяются также для проведения совмещенного процесса концентрирования и сушки. Диаметр аппаратов достигает 1 м, площадь от 0,8 до 12 м 2 , 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/(м 2 ×град), в то время как в аппаратах с падающей пленкой – 1500-1600 Вт/(м 2 ×град).

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: