Выпарные установки

Введение

Современная промышленность характеризуется наибольшим числом разнообразных производств, отличающихся условиями протекания технологических процессов и разнообразием физико-химических свойств перерабатываемых веществ, и выпускаемой продукции. Наряду с этим технологические процессы разных производств, представляют собой комбинацию сравнительно малого числа типовых процессов (нагревание, выпаривание, охлаждение и т.д.).
Процесс выпаривания наиболее широко применяется для увеличения концентрации разбавленных растворов выделения из них растворенных веществ путем кристаллизации, а иногда для выделения растворителя (при получении питьевой или технической воды выпарных опреснительных установках).
Но так как конструкция выпарных установок весьма разнообразна. И что бы внести хоть какую-то ясность в интересующий нас вопрос. В данной работе мы постараемся осветить основные понятия процесса выпаривания, приведем классификацию выпарных установок и рассмотрим особенности строения наиболее распространенных и использующихся выпарных установок.


1 Выпаривание и область его применения
Выпариванием называется процесс концентрации растворов малолетучих и твердых, нелетучих веществ. При помощи испарения, легко летучего растворителя, с отводом образовавшегося пара.
Применяют выпаривание с целью повышения концентрации разбавленного раствора и выделения растворенного вещества, кристаллизацией. Широко используется в консервном производстве томатного сока, сахарном, молочном и д.р. Обычно в промышленности достигается при помощи кипячения раствора [5].
Выпаривание проводится в выпарных установках. Процесс может быть как непрерывным, так и периодическим. Установки периодического действия используются в малых производствах. В крупных производствах применяются непрерывно действующие установки, у которых поверхность нагрева доходит от 6000 до 10000 м2. С такой поверхностью нагрева главным экономическим фактором, является расход греющей воды или пара. Выпаривание могут осуществлять как при атмосферном, избыточном давлении так и под вакуумом.
Вакуум при выпаривании позволяет значительно снижать температуру закипания раствора, что имеет особую важность при выпаривании пищевого раствора. Так как он особо чувствителен к высокой температуре. Вакуум во время выпаривания увеличивает движущую силу при помощи теплопередачи, благодаря чему есть возможность уменьшить площадь выпарного аппарата и тем самым снизить материалоемкость.
Выпаривание, проходящее под атмосферным давлением, подразумевает сброс в атмосферу вторичного пара. В тот момент как выпаривание под повышенным давлением, дает возможность вторичному пару быть использованным в качестве нагревающего агента.


2 Классификация выпарных установок
Классификацию выпарным установкам можно дать по следующим признакам (рис. 1).

Рис. 1 Классификация выпарных установок по признакам
В зависимости от способа организации процесса, в промежуток времени подразделяются: периодические и непрерывные. Периодического действия установки применяются в малом производстве или когда получаемый продукт имеет высокую концентрацию.
В зависимости от организации при кипении выпариваемого раствора подразделяются: парообразования происходят в областях теплообмена, адиабатные испарения, парообразования происходят при непосредственном соприкосновении с поверхностью теплоносителя.
Во время парообразования в области теплообмена раствор закипает на поверхности, которая проводит передачу тепла, греющего агента.
При адиабатном испарении кипение раствора будет проходить вне области подвода тепла, а в специальной камере с понижением давления

. Назначение такого рода аппаратов заключается в том, что могут выделяться не нужные отложения растворенного вещества на поверхности теплопередачи. Резко снижающие процент теплопередачи и уменьшающие производительность аппарата [4].
Аппараты с непосредственным контактом теплоносителя и раствора, обязательно должны отводить образующийся пар из теплоносителя. Использование газа в роли теплоносителя, в дальнейшем приведет к появлению парогазовой смеси. Разделить парогазовую смесь можно будет с помощью конденсации пара. При таком методе исключаются отложения, которые будут препятствовать теплообмену [5].
В зависимости от агрегатного состояния теплоносителя, подразделяются: газообразном, парообразном, жидком, твердом состоянии. Наибольшее распространение обогрев приобрел с помощью водяного пара и электричества.
В зависимости от типа циркуляции раствора установки различаются: с принудительной, естественной и без какой либо циркуляции раствора другими словами прямоточные.
При естественной циркуляции раствора может разделяться на: принудительную, свободную (неорганизованную), направленную (организованную).
Естественная осуществляется благодаря силе тяжести, разность плотностей раствора в разных точках установки.
Принудительная обеспечивается благодаря насосам, мешалкам, подаче газа или пара, вращению или вибрации самой установки или ее частей.
Свободная будет осуществляться во всем объеме установки, нет специальной организации движения раствора.
Принудительная будет организовываться специальными устройствами (циркуляционными трубами).
В установках без циркуляции выпаривание проводится одним проходом раствора. В тот момент как с циркуляцией возможно множество проходов, с увеличенной скоростью движения и улучшенным коэффициентом теплоотдачи, что приводит к уменьшению отложения накипи.
В зависимости от типа поверхности нагрева: поверхностные (змеевиковые, трубчатые, с рубашкой), контактные (непосредственный контакт раствора и нагревающего агента).
В зависимости от ориентации в пространстве греющей камеры: вертикальные, горизонтальные, наклонные.
В данном разделе были приведены основные признаки классификации выпарных установок. Также может быть подразделение исходя из: концентрации раствора, уровня заполнения раствором греющей камеры, производительности и т.д.


3 Конструкция выпарных установок
3.1 Выпарные установки с неорганизованной циркуляцией
Приступая к рассмотрению раздела конструктивных особенностей выпарных установок. Нами будут рассмотрены такие как: с неорганизованной циркуляцией, с естественно организованной циркуляцией, роторные и барботажные.
-755651162685Простую конструкцию имеет выпарная установка с паровой рубашкой и неорганизованной циркуляцией (рис. 2). Применяется в малых производствах с целью упаривания, растворов воды, которые обладают агрессивными свойствами и склонны к отложениям.
К достоинствам относится простота изготовления, доступная поверхность теплопередачи для чистки и защиты от отложений. Однако данному аппарату присущ малый коэффициент теплоотдачи, который происходит от стенок к раствору.
Рис. 2 Выпарной аппарат с паровой рубашкой
Низкий коэффициент теплоотдачи и теплопередачи требует большой поверхности теплопередачи, приводя к высоким капитальным затратам. Это в свою очередь привело к появлению трубчатых и змеевиковых выпарных аппаратов [2].
На рисунке 3,а показана установка со змеевиком, состоящая из 1 – корпуса, 2 – змеевика, 3 – брызгоуловителя