Портнов В.В. Выпаривание. Учебное пособие

Подождите немного. Документ загружается.

грева аппаратов, поскольку стоимость 1 кв. метра поверхности

подогревателей всегда меньше стоимости такой же площади

выпарных аппаратов.

Изменение экономии тепла непропорционально увели-

чению количества ступеней. Если при переходе от односту-

пенчатой к двухступенчатой расход греющего пара снижается

почти вдвое, то при переходе от МВУ с четырьмя ступенями к

пятиступенчатой тот же показатель снижается всего лишь на

10 %. Кроме того, увеличение количества ступеней приводит

к усложнению общей схемы, повышению стоимости установ-

ки в целом, увеличению эксплуатационных расходов. Теоре-

тическим пределом количества ступеней является такое их

число, при котором полезная разность температур на одну

ступень больше или равна минимально допустимой. Предель-

ная разность определяется свойствами раствора и конструкци-

ей выпарного аппарата.

Количество ступеней МВУ целесообразно определять с

использованием технико-экономических расчетов. Для реаль-

Рис. 12. Обобщенная схема подогрева раствора на МВУ

ных установок оптимальным их количеством является 3-4,

предельным 5-7.

В процессе эксплуатации МВУ вырабатывается боль-

шое количество вторичного пара и конденсата греющих

паров. Вторичные пары целесообразно использовать для

предварительного подогрева исходного раствора или, при их

избытке, отправлять сторонним потребителям (т.н. экстрапар).

С экономической точки зрения выгодно отдавать экстрапар

последних ступеней, для чего зачастую давление этих паров

поддерживают выше атмосферного. При отсутствии сторонних

потребителей МВУ проектируется с полной конденсацией

вторичных паров за последней ступенью, при этом в конденса-

торах поддерживается давление 0,01-0,02 МПа.

4.2.1. Классификация МВУ

По теплотехнологическим признакам промышленные

многоступенчатые выпарные аппараты непрерывного действия

разделяют на несколько групп.

По относительному движению греющего пара и вы-

париваемого раствора:

- прямоточные выпарные установки (рис. 13);

данный тип установок является самым простым и деше-

вым: в связи с тем, что давление вторичного пара в каждой по-

следующей ступени ниже, чем в предыдущей, раствор самоте-

ком перетекает из одной ступени в другую; в таких установках

выпаривают маловязкие растворы, обладающие высокой тем-

пературной депрессией;

- противоточные выпарные установки (рис. 14);

выпаривание вязких растворов ведут по противоточной

схеме; в ней самый концентрированный раствор контактирует

с первичным греющим паром, тем самым понижая вязкость

раствора;

для перекачки растворов из ступени в ступень исполь-

зуются специальные насосы, потребляющие дополнительную

энергию; поскольку при переходе из ступени в ступень рас-

твор подается в недогретом виде, поэтому в противоточной

схеме расход греющего пара по сравнению с прямоточной

выше процентов на 20;

Рис. 13. Прямоточная МВУ

Рис. 14. Противоточная МВУ

- МВУ с параллельным питанием ступеней раствором;

данный тип установок используется для выпаривания

растворов, склонных к кристаллизации; выпариваемый рас-

твор делится на несколько потоков и подается в каждую сту-

пень независимо (рис. 15);

- МВУ смешанного типа;

данная установка (рис. 16) частично использует прин-

ципы и прямотока и противотока; применяется для выпарива-

ния растворов, у которых вязкость резко повышается, начиная

с некоторого значения концентрации.

1. По подводу первичной теплоты:

- МВУ с одним источником тепла (рис. 13 - 16);

- МВУ с двумя источниками тепла (рис.17);

эта схема применяется при одновременном использовании

острого пара в предвключенной ступени, называемой нуль-

корпус, и мятого пара в первой ступени; нуль-корпус является

своеобразным редуктором острого пара; чаще всего в качестве

нуль-корпуса используются пленочные выпарные аппараты;

Рис. 15. МВУ с параллельным питанием ступеней раство-

ром

- МВУ с теплонасосной установкой (рекомпрессионная

МВУ);

в последнее время для повышения экономичности работы

МВУ все чаще используют теплонасосные установки для ис-

пользования энергии вторичного пара (рис. 18); подобные уст-

ройства с механическим или тепловым сжатием вторичных

Рис. 16. МВУ смешанного типа

Рис. 17. МВУ с двумя источниками тепла

паров (рекомпрессия) могут работать практически без исполь-

зования внешнего источника пара.

Рис. 18. МВУ с теплонасосной установкой

Рис. 19. МВУ с противодавлением

По давлению вторичного пара за последней ступе-

нью установки:

- МВУ с противодавлением (рис. 19);

такая схема используется в случае, если вторичный пар по-

следней ступени обладает остаточно высоким потенциалом и

может быть использован для в теплоиспользующих установках

сторонних потребителей (системы горячего водоснабжения,

отопительные установки, коммунальное хозяйство и др);

- МВУ с глубоким вакуумом (рис. 20);

если вторичный пар последней ступени обладает низкими па-

раметрами то его целесообразнее полностью конденсировать,

для этой цели в основном используются барометрические кон-

денсаторы;

- МВУ с ухудшенным вакуумом (рис. 21);

данная схема является обобщением предыдущих двух схем и

может работать как на стороннего потребителя тепла, так и на

конденсатор.

Рис. 20. МВУ с глубоким вакуумом

Рис. 21. МВУ с ухудшенным вакуумом

Рис. 22. МВУ с двумя корпусами второй ступени

По количеству корпусов в ступенях:

- однокорпусные МВУ (рис. 13-21):

- МВУ с несколькими корпусами в ступенях (рис. 22);

в случае недостаточной поверхности нагрева стандартного

выпарного аппарата их устанавливают несколько, соединив

параллельно по пару и раствору.

По технологии обработки раствора:

- одностадийные МВУ;

в этом случае в установке происходит только выпаривание

раствора по рассмотренным выше схемам;

- многостадийные МВУ(рис. 23);

между ступенями раствор может направляться на другие тех-

нологические операции (отстаивание, центрифугирование, ос-

ветление и пр.).

Рис. 23. МВУ с обработкой раствора между ступенями

4.2.2. Тепловой расчет МВУ

При расчете тепловой схемы МВУ обычно задаются

следующие величины:

- производительность выпарной установки (по исход-

ному или конечному раствору);

- начальная и конечная концентрация раствора;

- параметры раствора начальной концентрации;

- параметры греющего пара и вторичного пара за по-

следней ступенью МВУ;

- количество ступеней установки;

- количество и параметры отбираемого из ступеней экс-

тра-пара.

Целью расчета являются:

- расход греющего пара;

- параметры пара и раствора по ступеням установки;

- площади поверхности нагрева каждой ступени с вы-

бором стандартного выпарного аппарата;

- количество отбираемого экстра-пара из каждой ступе-

ни для подогрева начального раствора.

4.2.2.1.Определение концентрации раствора в отдельных

ступенях многоступенчатой выпарной установки

Если заданы количества выпариваемой воды по ступе-

ням и начальная концентрация раствора, то концентрация рас-

твора в отдельных ступенях выпарной установки может быть

определена из уравнений материального баланса по одному из

компонентов для некристаллизующихся растворов и по двум

или более компонентам для кристаллизующихся растворов.

Материальный баланс процесса выпаривания: