Выпарной аппарат с восходящей и нисходящей пленками. Пленочный выпарной аппарат с нисходящей пленкой

Выпарной аппарат с падающей плёнкой

Описание конструкции

В качестве греющей камеры применяется устанавливаемый вертикально одноходовой кожухотрубный (кожухотрубчатый) теплообменник, в качестве сепаратора — концентрический сосуд.

На рисунке сверху показан пример выпарного аппарата с падающей пленкой с вынесенным сепаратором.

Также широко используются конструкции выпарных аппаратов с падающей плёнкой, оснащенные встроенным сепаратором, размещенным под греющей камерой.

Принцип действия

Исходный раствор подается в верхнюю растворную камеру, оснащенную специальным распределительным устройством (на рисунке не показано), 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 для нагрева используется водяной пар), и в результате раствор частично испаряется.

Нисходящий поток, возникший под действием силы тяжести, ускоряется потоком образующегося пара, движущегося в попутном направлении. Оставшийся раствор и пар разделяются в нижней растворной камере и в расположенном далее сепараторе. Важным моментом является равномерное и эффективное смачивание раствором внутренней поверхности трубок, особенно в нижней части. При нарушении смачивания на сухих участках стенок происходит образование отложений.

В последние десятилетия выпарные аппараты с падающей пленкой всё чаще применяются в качестве альтернативы аппаратам с восходящей пленкой раствора (аппаратам типа «Кестнер»).

В выпарных батареях для упаривания алюминатных растворов первоначальное концентрирование осуществляется в выпарных аппаратах с восходящим потоком раствора — аппаратах типа «Кестнер».

Несмотря на конструктивную простоту и небольшую металлоёмкость, под вакуумом они работают неэффективно. Их теплообменная поверхность зарастает накипью, снижающей интенсивность теплообмена. Применение в указанных условиях аппаратов с естественной циркуляцией неэффективно вследствие неустойчивости циркуляции в них раствора — из-за пульсаций вследствие малой плотности пара, выделяющегося из кипящего раствора под вакуумом.

В то же время в рассмотренных условиях можно значительно улучшить работу батарей, применив выпарные аппараты с падающей плёнкой. Разработанные ЗАО «НПП «Машпром» аппараты успешно применяются на многих заводах. Как показал опыт эксплуатации, за счёт использования даже одного корпуса (вместо аппарата типа «Кестнер»), производительность батареи по раствору возрастает на 15–20%. Поэтому для предварительного концентрирования алюминатных растворов наиболее эффективным решением является применение аппаратов с падающей плёнкой.

Специфика и особенности выпарных аппаратов различных конфигураций, в том числе аппаратов с падающей плёнкой, рассмотрены в статье В.М. Ронкина и В.М. Ковзеля «Применение выпарных аппаратов различных типов для концентрирования алюминатных растворов в производстве глинозёма».

ЗАО «НПП «Машпром» по требованию Заказчика готово разработать данные аппараты как для новых, так и для уже существующих выпарных батарей, переоборудовав, в случае необходимости, существующие корпуса в аппараты с падающей плёнкой.

Скачать опросный лист на разработку выпарных установок. Заполненный опросный лист отправляйте через форму обратной связи, добавив вложением (кнопка «прикрепить файл»).

www.mashprom.ru

Пленочные выпарные аппараты

Пленочные выпарные аппараты отличаются от аппаратов с циркуляцией раствора тем, что выпаривание в них происходит при однократном прохождении раствора по трубкам греющей камеры в виде тонкой пленки на внутренней поверхности трубок. В центральной части трубок греющей камеры с большой скоростью движется вторичный пар. Такая организация движения потоков приводит к резкому увеличению коэффициентов теплопередачи от стенки к выпариваемому раствору и снижению температурных потерь.

В настоящее время в промышленности применяют пленочные аппараты с поднимающейся и опускающейся пленкой жидкости, устройство которых представлено на рис. 10.17.

Рисунок 10.17 – Пленочные выпарные аппараты: 1 – греющая камера; 2 – сепаратор; 3 – брызгоотделитель. Назаначения штуцеров см. текст к рис. 10.13

Выпарной аппарат с поднимающейся пленкой (рис. 10.17 а, б) состоит из греющей камеры1, сепаратора2, брызгоотделителя3. Длина греющей камеры больше, чем у аппаратов других типов, и составляет 7 ÷ 9 м.

Раствор на выпаривание, в аппарате с поднимающейся пленкой, поступает в греющую камеру снизу через штуцер. На уровне около 20 % от общей высоты труб наступает интенсивное кипение раствора. Образовавшийся пар за счет трения увлекает за собой раствор, который в виде пленки движется вверх. Вторичный пар и выпаренный раствор удаляются из аппарата через соответствующие штуцера, 4 и 5.

Опыт эксплуатации этих аппаратов свидетельствует о том, что в них не обеспечивается условие прямоточности движения. Раствор движется вверх по трубкам неравномерно, не все частицы раствора проходят путь по трубке до верхнего ее конца. Многие из них, пройдя часть пути, обрываются вниз, увлекая частички, движущиеся им навстречу. Таким образом, в данном случае однопроходного режима движения раствора нет. К тому же в реальных условиях не выдерживается уровень раствора в трубках, и скорость ввода исходного раствора в трубный пучок, как правило, ниже оптимальной. Все это приводит к тому, что аппараты с поднимающейся пленкой работают, как аппараты с естественной циркуляцией, но с ухудшенным циркуляционным контуром. Область применения этих аппаратов – выпаривание маловязких растворов без твердой фазы, в том числе склонных к пенообразованию и термически нестойких.

При выпаривании вязких растворов более целесообразно использовать выпарные аппараты с падающей пленкой (рис. 10.17 б), в которых исходный раствор подается сверху через штуцер и стекает вниз в виде пленки под действием силы тяжести. Вторичный пар поступает в сепаратор, расположенный ниже греющей камеры, Условия пленкообразования в таких аппаратах лучше, однако значительные трудности вызывает распределение исходного раствора по трубкам греющей камеры (особенно при поверхности аппаратов больше 100 м2).

В целом, вследствие серьезных недостатков, пленочные аппараты вытесняются вертикальными аппаратами с циркуляцией раствора по контуру.

7. Основы теплового расчета выпарных аппаратов

Тепловые процессы при выпаривании растворов протекают в тесной взаимосвязи с конструктивными и гидромеханическими параметрами аппаратов. Поэтому конструктивные расчеты выпарных аппаратов неотделимы от тепловых и гидромеханических расчетов.

Тепловой расчет выпарного аппарата выполняют для определения поверхности теплопередачи и режима выпаривания раствора.

Вначале определяют общую тепловую нагрузку выпарного аппарата:

. (10.90)

При выпаривании растворов с выделением твердой фазы необходимо учесть теплоту кристаллизации

. (10.91)

Расход греющего пара на процесс выпаривания в аппарате определяют по уравнению

(10.92)

(– коэффициент, учитывающий потери тепла в окружающую среду;= = 1,03 ÷ 1,05).

Для выпарных аппаратов с вынесенной зоной кипения коэффициент теплопередачи рассчитывают по уравнению

. (10.93)

Рисунок 10.18 – Зависимость коэффициента загрязнений от давления в сепараторе

. (10.94)

Поправку ε определяют по графику.

Коэффициент теплоотдачи при конденсации пара в межтрубном пространстве греющей камеры на наружной поверхности вертикальной трубки определяют из уравнения

, (10.95)

где – соответственно плотность, теплопроводность и вязкость воды при температуре пленки конденсата

; (10.96)

. (10.97)

В формулах (10.96, 10.97) величину плотности теплового потока задают вначале в пределах = 10 ÷ 40 кВт/м2, а затем уточняют, добиваясь расхождения расчетных значенийот принятых на величину не более 5 %.

Величина перегрева раствора в трубках греющей камеры зависит от многих факторов, и для упрощения расчета величинуможно принять равной 2–3 °С.

Коэффициент теплоотдачи от стенки к раствору α2для выпарных аппаратов с естественной циркуляцией определяют по уравнению (10.98), с принудительной циркуляцией по уравнению – (10.99):

. (10.98)

В этом выражении

;;

; ;; ;

(10.99)

(Рrст определяется при средней температуре поверхности стенки).

При наличии в циркулирующем растворе твердой фазы (до 20 %), вследствие локальной турбулизации потока, происходит увеличение коэффициента теплоотдачи. Определяется он в этом случае из выражения

; (10.100)

. (10.101)

В выпарных аппаратах с кипением раствора в трубках коэффициент теплоотдачи при длине зоны кипения, равной длине трубки, рассчитывают по уравнению

, (10.102)

где –  плотность пара при абсолютном давлении 0,1 МПа.

После расчета величины коэффициента теплопередачи определяют величины температурной и гидростатической депрессий по формулам (10.22, 10.25), температуру кипения раствора (10.21), полезную разность температур (10.21, 10.61) и, в итоге, поверхность теплопередачи выпарного аппарата

. (10.103)

Полученное значение поверхности теплопередачи выпарного аппарата увеличивают на 15 – 20% и округляют до ближайшего стандартного значения.

Рисунок 10.19 –Устройство роторного пленочного аппарата: 1– корпус аппарата;2– паровая рубашка;3– роторная мешалка;4– конусное днище;5– штуцер для ввода исходного раствора;6– распределительное кольцо; 7 – вал привода мешалки;8– штуцер выхода вторичного пара

Выпарной аппарат с восходящей и нисходящей пленками

Изобретение относится к трубчатым пленочным выпарным аппаратам и может быть использовано в химической, пищевой, микробиологической и других отраслях промышленности. Выпарной аппарат включает вертикальный корпус с патрубками ввода и вывода раствора, греющего пара и конденсата, закрепленные в трубных решетках теплообменные трубки. Новым является то, что он имеет две теплообменные трубки с восходящей и две трубки с нисходящей пленками, внутри которых расположен тяговый трос, на который надеты шаровые элементы, фиксируемые между собой эластичными трубками. В верхней части теплообменной трубки для восходящего движения пленки смонтировано устройство вывода сиропа, выполненное из цилиндра, к нижней части которого прикреплен усеченный конус, меньшее основание которого неподвижно зафиксировано на верхней торцевой части теплообменной трубки, а в верхней части цилиндра закреплена эластичная мембрана с отверстием, диаметр которой меньше диаметра шарового элемента, предназначенная для его очистки от сиропа. В верхней части теплообменных труб для нисходящего движения пленки смонтировано устройство ввода исходного раствора, выполненное в виде усеченного конуса, обращенного меньшим основанием к торцевой части теплообменной трубки. В нижней части теплообменной трубки для нисходящего движения пленки установлено устройство вывода сиропа, выполненное в виде цилиндра, в нижней части которого закреплена эластичная мембрана с коаксиально расположенным отверстием, причем его диаметр меньше диаметра шарового элемента. Предложенный выпарной аппарат с восходящей и нисходящей пленками позволяет обеспечить увеличение эффективности процесса выпаривания за счет обеспечения равномерной толщины пленки по высоте теплообменных труб, сокращение продолжительности процесса выпаривания в результате двойного отбора сиропа за один оборот тягового троса, существенное уменьшение загрязнения внутренних и движущихся частей аппарата от частиц сиропа благодаря эластичной мембране с отверстием. 8 ил.

Изобретение относится к трубчатым пленочным выпарным аппаратам и может быть использовано в химической, пищевой, микробиологической и других отраслях промышленности.

Формула изобретения

РИСУНКИ

www.findpatent.ru

11.3. Конструкции выпарных аппаратов

Аппараты со свободной неорганизованной циркуляцией раствора. Наиболее прост по конструкции выпарной аппарат с паровой рубашкой со свободной неорганизованной циркуляцией (рис. 11.1). Применяются такие аппараты в небольших производствах для упаривания водных растворов, склонных к отложениям и обладающих агрессивными свойствами. Аппараты такой конструкции появились одними из первых. Они отличаются простотой изготовления, доступностью поверхности теплопередачи для коррозионной защиты и очистки от отложений.

Рис. 11.1. Выпарной аппарат с паровой рубашкой

Однако аппаратам со свободной неорганизованной циркуляцией присущ низкий коэффициент теплоотдачи от стенки к раствору. Это объясняется тем, что скорость движения раствора невелика и определяется свободной конвекцией. Низкие коэффициенты теплоотдачи и соответственно теплопередачи приводят к необходимости иметь большую поверхность теплопередачи, что влечет высокие капитальные затраты. Необходимость увеличения поверхности нагрева в единице объема аппарата привела к появлению змеевиковых и трубчатых выпарных аппаратов. На рис. 11.2, 11.3 показаны такие аппараты со свободной неорганизованной циркуляцией.

Аппараты со змеевиковой и горизонтальной трубчатой греющими камерами более компактны, чем аппараты с рубашкой, греющий пар в них движется по трубам, обеспечивая большую удельную поверхность теплопередачи, но сложность их очистки и защиты от коррозии, возможность образования паровых пробок, ремонт внутренних устройств (змеевиков, труб) значительно затрудняют их эксплуатацию. Змеевики в выпарных аппаратах выполняются обычно в виде нескольких секций, что облегчает удаление конденсата, а также представляет возможность последовательного их отключения при понижении уровня раствора в случае периодического процесса.

Рис. 11.2. Змеевиковый выпарной аппарат: 1 – корпус; 2 – секции змеевика; 3 – брызгоуловитель

Рис. 11.3. Выпарной аппарат с горизонтальной трубчатой греющей камерой и вертикальным цилиндри-ческим корпусом: 1 – корпус; 2 – трубчатая греющая камера; 3 – сепарационное пространство

Аппараты с естественной организованной циркуляцией раствора. Неэкономичность аппаратов со свободной неорганизованной циркуляцией привела к появлению аппаратов с естественной направленной циркуляцией раствора. С этой целью в аппарате с сосной греющей камерой и центральной циркуляционной трубой (рис. 11.4) в вертикальной греющей камере соосной с сепаратором установлена циркуляционная труба, имеющая больший диаметр, чем кипятильные трубы. Исходный раствор поступает в аппарат и через циркуляционную трубу опускается вниз. Поднимаясь вверх по кипятильным трубам, раствор нагревается и закипает. При этом вверх поднимается парожидкостная смесь. По мере выхода из кипятильных труб пар поступает в сепаратор, где отделяется от брызг раствора и удаляется из аппарата. Отделение капелек жидкого раствора от вторичного пара происходит в сепарационном пространстве 5 за счет осаждения под действием сил тяжести. Для улова мелких капель в верхней части сепаратора может устанавливаться брызгоуловитель, действующий за счет силы инерции, возникающей при изменении направления движения (см. рис. 11.4), или центробежной – при закручивании парожидкостного потока (рис.11.6). Упаренный раствор удаляется снизу аппарата. Направленная циркуляция обусловлена разностью плотностей среды в циркуляционной и кипятильных трубах. Это достигается за счет того, что поверхность теплопередачи каждой кипятильной трубы, приходящаяся на единицу объема выпариваемого раствора, значительно больше, чем у циркуляционной трубы. Поэтому теплообмен в кипятильных трубах проходит интенсивнее и плотность парожидкостной смеси будет значительно меньше плотности раствора в циркуляционной трубе. Вследствие естественной конвекции среда с большей плотностью будет опускаться по циркуляционной трубе вниз, а с меньшей – подниматься по кипятильным трубам вверх. Скорость движения раствора в таком аппарате значительно выше, чем в аппаратах с неорганизованной циркуляцией. Увеличение скорости движения раствора приводит к повышению его коэффициента теплоотдачи, лимитирующего процесс теплопередачи, а также уменьшения образования накипи на стенках труб.

Рис. 11.4. Выпарной аппарат с соосной греющей камерой и центральной циркуляционной трубой: 1 – корпус; 2 – греющая камера; 3 – кипятильные трубы; 4 – циркуляционная труба; 5 – сепаратор; 6 – брызгоуловитель

В аппарате с подвесной греющей камерой её иногда помещают в собственную обечайку и свободно устанавливают в нижней части корпуса аппарата (рис. 11.5).

Рис. 11.5. Выпарной аппарат с подвесной греющей камерой: 1 – греющая камера; 2 – корпус; 3 – паровая труба; 4 – брызгоуловитель; 5 – сливные трубы; 6 – перфорированная труба для промывки

Роль циркуляционной трубы выполняет кольцевое пространство, образованное обечайкой греющей камеры и стенками выпарного аппарата. Раствор по нему опускается вниз, а затем поднимается вверх по кипятильным трубам, закипает и образует парожидкостную смесь.

В аппарате с выносной циркуляционной трубой её располагают вне греющей камеры (рис. 11.6), что позволяет интенси-фицировать циркуляцию раствора за счет большей разности температур и плотностей в кипятильных и циркуляционной трубах, так как последняя в этом случае не обогревается греющим паром.

Рис. 11.6. Выпарной аппарат с соосной греющей камерой и выносной циркуляционной трубой: 1 – сепаратор; 2 – брызгоуловитель; 3 – греющая камера; 4 – циркуляционная труба

Для увеличения скорости циркуляции раствора применяют также выпарные аппараты с выносной греющей камерой. Применение выносной греющей камеры позволяет компактно сосредоточить большую поверхность нагрева в одном аппарате при большой длине труб (5-7 м) (рис. 11.7).

Рис. 11.7 Выпарной аппарат с выносной греющей камерой: 1 – сепаратор; 2 – брызгоуловитель; 3 – греющая камера; 4 – циркуляционная труба

Скорость естественной циркуляции раствора редко превышает 1 м/с, что недостаточно для предотвращения отложений на поверхности нагрева при выпаривании кристаллизующихся раство-ров. Один из путей решения данной проблемы состоит в выносе зоны кипения за пределы греющей камеры. Раствор перегревается в греющей камере, а затем поступает в зону кипения. Ваппарате с вынесенной зоной кипения испарительную трубу размещают над греющей камерой (рис. 11.8).

Рис. 11.8. Выпарной аппарат с вынесенной зоной кипения: 1 – греющая камера; 2 – сепаратор; 3 – испаритель-ная труба; 4 – циркуляц-ионная труба; 5 – каплеот-бойник; 6 – брызгоулови-тель

Высота испарительной зоны выбирается такой, чтобы за счет избыточного гидростатического давления раствор перегревался в греющей камере относи-тельно его температуры насыщения в сепараторе. Кипение раствора проходит в верхней части испарительной трубы. Однако производительность такого аппарата ограничена реальными возможностями по созданию гидростатического давления. Для создания большего перегрева раствора потребовалась бы значительная высота аппарата.

Аппараты с принудительной циркуляцией раствора. Отложения на стенках нагревательной камеры могут быть уменьшены, а коэффициенты теплоотдачи увеличены за счет роста скорости циркуляции раствора в нагревательных трубах до 2,5–3,5 м/с. Такой скорости можно достичь только принудительной циркуляцией раствора. Принудительная циркуляция организуется, как правило, насосами (рис. 11.9). Аппараты с принудительной циркуляцией могут использоваться при концентрировании растворов до предельной концентрации (состояние кристаллизации), а также сильно вязких растворов. Их устройство может быть подобно аппаратам, изображенным на рис. 11.6 – 11.8, с добавлением насоса, обеспечивающего циркуляцию раствора (рис. 11.9).

Рис. 11.9. Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией раствора: 1 – насос

Выпарные аппараты с естественной циркуляцией могут эффективно работать при полезной разности температур не менее 10–12 градусов. Аппараты с принудительной циркуляцией могут работать при полезной разности темпера-тур – 3–5 градусов вследствие увеличения в них коэффици-ентов теплоотдачи от стенки к раствору, а также малой зависимостью интенсивности циркуляции от полезной разности температур. Недостат-ком таких аппаратов является значительный расход энергии на обеспечение вынужденной циркуляции раствора.

Аппараты без циркуляции раствора (прямоточные). В этих аппаратах раствор выпаривается за один проход и движется, как правило, в виде тонкой пленки. Гидродинамическая структура потока раствора в прямоточных аппаратах близка к модели идеального вытеснения, в то время как в аппаратах с циркуляцией – к модели идеального смешения. Для выпаривания термонестабильных и вспенивающихся растворов были разработаны пленочные аппараты. Полезная разность температур в таких аппаратах составляет 2–3 градуса. Пленочные выпарные аппараты могут быть горизонтальными; вертикальными с падающим (нисходящим) и восходящим движением пленки; роторными.

Вертикальный пленочный аппарат с восходящей пленкой (рис. 11.10) состоит из длиннотрубной (6–7 м) вертикальной греющей камеры, заполненной раствором, занимающим около 1/4 высоты труб. Образующийся в этой зоне вторичный пар увлекает тонкую пленку раствора и перемещает ее вверх. При своем движении пленка раствора упаривается и на выходе из труб вместе с вторичным паром поступает в сепаратор. Такой аппарат применяется для выпаривания маловязких растворов.

Рис. 11.10. Вертикальный пленочный выпарной аппарат с восходящим движением пленки: 1 – греющая камера; 2 – сепаратор; 3 – брызгоотбойник; 4 – брызгоуловитель

В пленочных аппаратах с нисходящей пленкой она формируется с помощью специальных пленкообразующих устройств. Пленкообразующие устройства могут быть в виде насадок (цилиндрических, конических, спиральных), сопел, параллельно расположенных над трубной решеткой сеток, решеток, дырчатых дисков и т.п. Раствор, стекая вниз по трубам в виде пленки, упаривается. Такие аппараты применяются при выпаривании более вязких растворов.

Преимуществами рассмотренных пленочных аппаратов являются кратковременный контакт раствора с поверхностью нагрева, низкая полезная разность температур, относительно высокий коэффициент теплопередачи.

При выпаривании термонестабильных и сильно вязких растворов применяются роторные пленочные аппараты. Пленка в таких аппаратах образуется при вращении ротора. Устройство роторного пленочного выпарного аппарата показано на рис. 11.11. Цилиндрический корпус снабжен нагревательной рубашкой и сепаратором. Внутри корпуса установлен приводимый во вращение ротор. Исходный раствор ротором распределяется в виде пленки по стенкам корпуса, стекает вниз и удаляется в виде упаренной жидкости. Сверху аппарата отводится вторичный пар.

Достоинства роторных пленочных аппаратов: кратковременный контакт раствора с теплопередающей поверхностью, высокий коэффициент теплопередачи, возможность использования для мало- и высоковязких растворов, для проведения процесса с выделением кристаллов, вплоть до получения сухого остатка (поверхность нагрева очищается специальными лопастями).

Рис. 11.11. Роторный пленочный выпарной аппарат: 1 – вращающийся ротор

Аппараты контактного типа. Степень концентрирования растворов может быть существенно повышена отсутствием контакта раствора с поверхностью нагрева. Это позволит исключить отложения, препятствующие теплопереносу. Такой подход реализован в аппаратах контактного типа. Перенос тепла осуществляется непосредственным контактом раствора и нагревающего агента, который может быть в газообразном, жидком или твердом состоянии. Наибольшее распространение получили контактные аппараты с теплоносителем в газообразном состоянии. В барботажном выпарном аппарате (рис. 11.12) при барботаже горячего газообразного теплоносителя образуется значительная межфазная поверхность, происходит перемешивание упариваемого раствора. В результате интенсифицируется теплообмен. Преимущество контактных аппаратов заключается также в возможности их использования для выпаривания химически агрессивных растворов. При этом корпус аппарата изготавливается из обычной углеродистой стали, футерованной изнутри стойкими, но малопрочными материалами (графит, керамика, пластмасса и т.д.). Недостатками барботажных выпарных аппаратов являются: большие габариты, что объясняется значительным расходом газовой фазы; необходимость разделять образующуюся парогазовую смесь (вторичный пар обычно конденсируют). Иногда образующуюся парогазовую смесь выбрасывают в атмосферу.

Рис. 11.12. Барботажный выпарной аппарат: 1 – барботер

Выбор конструкции выпарного аппарата основывается на конкретных данных для проектирования: физико-химических свойствах упариваемого раствора и имеющегося нагревающего агента, требуемой степени концентрирования, производительности установки, санитарных нормах и т.д. Такой выбор из всего имеющегося многообразия конструкций, возможен лишь на основе технико-экономических расчетов.

studfiles.net

12.3. Конструкции выпарных аппаратов

Аппараты со свободной неорганизованной циркуляцией раствора. Наиболее прост по конструкции выпарной аппарат с паровой рубашкой со свободной неорганизованной циркуляцией (рис. 12.1). Применяются такие аппараты в небольших производствах для упаривания водных растворов, склонных к отложениям и обладающих агрессивными свойствами. Аппараты такой конструкции появились одними из первых. Они отличаются простотой изготовления, доступностью поверхности теплопередачи для коррозионной защиты и очистки от отложений.

Рис. 12.1. Выпарной аппарат с паровой рубашкой

Однако аппаратам со свободной неорганизованной циркуляцией присущ низкий коэффициент теплоотдачи от стенки к раствору. Это объясняется тем, что скорость движения раствора невелика и определяется свободной конвекцией. Низкие коэффициенты теплоотдачи и соответственно теплопередачи приводят к необходи-мости иметь большую поверхность теплопередачи, что влечет высокие капитальные затраты. Необходимость увеличения поверхности нагрева в единице объема аппарата привела к появлению змеевиковых и трубчатых выпарных аппаратов. На рис. 12.2, 12.3 показаны такие аппараты со свободной неорганизованной циркуляцией.

Аппараты со змеевиковой и горизонтальной трубчатой греющими камерами более компактны, чем аппараты с рубашкой, греющий пар в них движется по трубам, обеспечивая большую удельную поверхность теплопередачи, но сложность их очистки и защиты от коррозии, возможность образования паровых пробок, ремонт внутренних устройств (змеевиков, труб) значительно затрудняют их эксплуатацию. Змеевики в выпарных аппаратах выполняются обычно в виде нескольких секций, что облегчает удаление конденсата, а также представляет возможность последовательного их отключения при понижении уровня раствора в случае периодического процесса.

Рис. 12.2. Змеевиковый выпарной аппарат: 1 – корпус; 2 – секции змеевика; 3 – брызгоуловитель

Рис. 12.3. Выпарной аппарат с горизонтальной трубчатой гре-ющей камерой и вертикальным цилиндрическим корпусом: 1 – корпус; 2 – трубчатая греющая камера; 3 – сепарационное прост-ранство

Аппараты с естественной организованной циркуляцией раствора. Неэкономичность ап-паратов со свободной неоргани-зованной циркуляцией привела к появлению аппаратов с есте-ственной направленной циркуля-цией раствора. С этой целью в аппарате с сосной греющей камерой и центральной циркуляционной трубой (рис. 12.4) в вертикальной греющей камере соосной с сепаратором установлена циркуляционная труба, имеющая больший диаметр, чем кипятильные трубы. Исходный раствор поступает в аппарат и через циркуляционную трубу опускается вниз. Поднимаясь вверх по кипятильным трубам, раствор нагревается и закипает. При этом вверх поднимается парожидкостная смесь. По мере выхода из кипятильных труб пар поступает в сепаратор, где отделяется от брызг раствора и удаляется из аппарата. Отделение капелек жидкого раствора от вторичного пара происходит в сепарационном пространстве 5 за счет осаждения под действием сил тяжести. Для улова мелких капель в верхней части сепаратора может устанавливаться брызгоуловитель, действующий за счет силы инерции, возникающей при изменении направления движения (см. рис. 12.4), или центробежной – при закручивании парожидкостного потока (рис.12.6). Упаренный раствор удаляется снизу аппарата. Направленная циркуляция обусловлена разностью плотностей среды в циркуля-ционной и кипятильных трубах. Это достигается за счет того, что поверхность теплопередачи каждой кипятильной трубы, приходящаяся на единицу объема выпариваемого раствора, значительно больше, чем у циркуляционной трубы. Поэтому теплообмен в кипятильных трубах проходит интенсивнее и плотность парожидкостной смеси будет значительно меньше плотности раствора в циркуляционной трубе. Вследствие естественной конвекции среда с большей плотностью будет опускаться по циркуляционной трубе вниз, а с меньшей – подниматься по кипятильным трубам вверх. Скорость движения раствора в таком аппарате значительно выше, чем в аппаратах с неорганизованной циркуля-цией. Увеличение скорости движения раствора приводит к повышению его коэффициента теплоотдачи, лимитиру-ющего процесс теплопередачи, а также уменьшения образования накипи на стенках труб.

Рис. 12.4. Выпарной аппарат с соосной греющей камерой и центральной циркуляционной трубой: 1 – корпус; 2 – греющая камера; 3 – кипятильные трубы; 4 – циркуляционная труба; 5 – сепаратор; 6 – брызгоуловитель

В аппарате с подвесной греющей камерой её иногда помещают в собственную обечайку и свободно устанавливают в нижней части корпуса аппарата (рис. 12.5).

Рис. 12.5. Выпарной аппарат с подвесной греющей камерой:1 – греющая камера; 2 – корпус; 3 – паровая труба; 4 – брызгоуловитель; 5 – сливные трубы; 6 – перфорированная труба для промывки

Роль циркуляционной трубы выполняет кольцевое пространство, образованное обечайкой греющей камеры и стенками выпарного аппарата. Раствор по нему опускается вниз, а затем поднимается вверх по кипятильным трубам, закипает и образует парожидкостную смесь.

Ваппарате с выносной циркуляционной трубой её располагают вне греющей камеры (рис. 12.6), что позволяет интенси-фицировать циркуляцию раствора за счет большей разности темпера-тур и плотностей в кипятильных и циркуляционной трубах, так как последняя в этом случае не обогревается греющим паром.

Рис. 12.6. Выпарной аппарат с соосной греющей камерой и выносной циркуляционной трубой: 1 – сепаратор; 2 – брызгоуловитель; 3 – греющая камера; 4 – циркуля-ционная труба

Для увеличения скорости циркуляции раствора применяют также выпарные аппараты с выносной греющей камерой. Применение выносной греющей камеры позволяет компактно сосредоточить большую поверхность нагрева в одном аппарате при большой длине труб (5-7 м) (рис. 12.7).

Рис. 12.7 Выпарной аппарат с выносной греющей камерой: 1 – сепаратор; 2 – брызгоуловитель; 3 – греющая камера; 4 – циркуляционная труба

Скорость естественной цирку-ляции раствора редко превышает 1 м/с, что недостаточно для пре-дотвращения отложений на по-верхности нагрева при выпаривании кристаллизующихся растворов. Один из путей решения данной проблемы состоит в выносе зоны кипения за пределы греющей камеры. Раствор перегревается в греющей камере, а затем поступает в зону кипения. В аппарате с вынесенной зоной кипения испарительную трубу размещают над греющей камерой (рис. 12.8). Высота испарительной зоны выбирается такой, чтобы за счет избыточного гидростатического давления раст-вор перегревался в греющей камере относительно его тем-пературы насыщения в сепа-раторе. Кипение раствора про-ходит в верхней части испа-рительной трубы. Однако произ-водительность такого аппарата ограничена реальными возмож-ностями по созданию гидроста-тического давления. Для создания большего перегрева раствора потребовалась бы значительная высота аппарата.

Рис. 12.8. Выпарной аппарат с вынесенной зоной кипения: 1 – гре-ющая камера; 2 – сепаратор; 3 – испарительная труба; 4 – циркуля-ционная труба; 5 – кап-леотбойник; 6 – брызгоулови-тель

Аппараты с принудительной циркуляцией раствора. Отложения на стенках нагревательной камеры могут быть уменьшены, а коэффициенты теплоотдачи увеличены за счет роста скорости циркуляции раствора в нагревательных трубах до 2,5-3,5 м/с. Такой скорости можно достичь только принудительной циркуляцией раствора. Принудительная циркуляция организуется, как правило, насосами (рис. 12.9). Аппараты с принудительной циркуляцией могут использоваться при концентрировании растворов до предельной концентрации (состояние кристаллизации), а также сильно вязких растворов. Их устройство может быть подобно аппаратам, изображенным на рис. 12.6 -12.8, с добавлением насоса, обеспечивающего циркуляцию раствора (рис. 12.9).

Рис. 12.9. Выпарной аппа-рат с принудительной циркуляцией раствора: 1 – насос

Выпарные аппараты с естественной циркуляцией могут эффективно работать при полезной разности температур не менее 10-12 градусов. Аппараты с принудительной циркуляци-ей могут работать при полезной разности темпера-тур – 3-5 градусов вслед-ствие увеличения в них коэффициентов теплоотда-чи от стенки к раствору, а также малой зависимостью интенсивности циркуляции от полезной разности температур. Недостатком таких аппаратов является значительный расход энергии на обеспечение вынужденной циркуляции раствора.

Аппараты без циркуляции раствора (прямоточные). В этих аппаратах раствор выпаривается за один проход и движется, как правило, в виде тонкой пленки. Гидродинамическая структура потока раствора в прямоточных аппаратах близка к модели идеального вытеснения, в то время как в аппаратах с циркуляцией – к модели идеального смешения. Для выпаривания термонестабильных и вспенивающихся растворов были разработаны пленочные аппараты. Полезная разность температур в таких аппаратах составляет 2-3 градуса. Пленочные выпарные аппараты могут быть горизонтальными; вертикальными с падающим (нисходящим) и восходящим движением пленки; роторными.

Вертикальный пленочный аппарат с восходящей пленкой (рис. 12.10) состоит из длиннотрубной (6-7 м) вертикальной греющей камеры, заполненной раствором, занимающим около 1/4 высоты труб. Образующийся в этой зоне вторичный пар увлекает тонкую пленку раствора и перемещает ее вверх. При своем движении пленка раствора упаривается и на выходе из труб вместе с вторичным паром поступает в сепаратор. Такой аппарат применяется для выпаривания маловязких растворов.

Рис. 12.10. Вертикальный пленочный выпарной аппарат с восходящим дви-жением пленки: 1 – греющая камера; 2 – сепаратор; 3 – брызгоотбойник; 4 – брызгоуловитель

В пленочных аппаратах с нисходящей пленкой она формируется с помощью специальных пленкообразующих устройств. Пленкообразующие устройства могут быть в виде насадок (цилинд-рических, конических, спиральных), сопел, параллельно расположенных над трубной решеткой сеток, решеток, дырчатых дисков и т.п. Раствор, стекая вниз по трубам в виде пленки, упаривается. Такие аппараты применяются при выпаривании более вязких растворов.

Преимуществами рассмотренных пленочных аппаратов являются кратковременный контакт раствора с поверхностью нагрева, низкая полезная разность температур, относительно высокий коэффициент теплопередачи.

При выпаривании термонестойких и сильно вязких растворов применяются роторные пленочные аппараты. Пленка в таких аппаратах образуется при вращении ротора. Устройство роторного пленочного выпарного аппарата показано на рис. 12.11. Цилинд-рический корпус снабжен нагревательной рубашкой и сепаратором. Внутри корпуса установлен приводимый во вращение ротор. Исходный раствор ротором распределяется в виде пленки по стенкам корпуса, стекает вниз и удаляется в виде упаренной жидкости. Сверху аппарата отводится вторичный пар.

Достоинства роторных пленочных аппаратов: кратковременный контакт раствора с теплопередающей поверхностью, высокий коэффициент теплопередачи, возможность использования для мало- и высоковязких растворов, для проведения процесса с выделением кристаллов, вплоть до получения сухого остатка (поверхность нагрева очищается специальными лопастями).

Рис. 12.11. Роторный пленочный выпарной аппарат: 1 – вращающийся ротор

Аппараты контактного типа. Степень концентрирования растворов может быть существенно повышена отсутствием контакта раствора с поверхностью нагрева. Это позволит исключить отложения, препятствующие теплопереносу. Такой подход реализован в аппаратах контактного типа. Перенос тепла осуществляется непосредственным контактом раствора и нагревающего агента, который может быть в газообразном, жидком или твердом состоянии. Наибольшее распространение получили контактные аппараты с теплоносителем в газообразном состоянии. В барботажном выпарном аппарате (рис. 12.12.) при барботаже горячего газообразного теплоносителя образуется значительная межфазная поверхность, происходит перемешивание упариваемого раствора. В результате интенсифи-цируется теплообмен. Преимущество контактных аппаратов заклюю-чается также в возможности их использования для выпаривания химически агрессивных растворов. При этом корпус аппарата изготавливается из обычной углеродистой стали, футерованной изнутри стойкими, но малопрочными материалами (графит, керамика, пластмасса и т.д.). Недостатками барботажных выпарных аппаратов являются: большие габариты, что объясняется значительным расходом газовой фазы; необходимость разделять образующуюся парогазовую смесь (вторичный пар обычно конденсируют). Иногда образующуюся парогазовую смесь выбрасывают в атмосферу.

Рис. 12.12. Барботажный выпарной аппарат: 1 – барботер

Выбор конструкции выпарного аппарата основывается на конкретных данных для проектирования: физико-химических свойствах упариваемого раствора и имеющегося нагревающего агента, требуемой степени концентрирования, производительности установки, санитарных нормах и т.д. Такой выбор из всего имеющегося многообразия конструкций, возможен лишь на основе технико-экономических расчетов.

studfiles.net

Выпарные пленочные аппараты с восходящей пленкой и соосной греющей камерой Тип V. Исполнение 1

Аппарат состоит из греющей камеры, сепаратора с отбойником и брызгоотделителем и нижней камеры.

Конструкция греющей камеры аналогична конструкции этого узла аппарата типа IV.

В верхней части сепаратора расположен брызго-отделитель.

Раствор подается через штуцер В, установленный на обечайке нижней камеры.

Из нижней камеры раствор поступает в греющие трубы, где вскипает под действием тепла греющего пара. Образующийся вторичный пар, поднимаясь вверх, постепенно занимает все центральное пространство трубки и увлекает раствор в виде тонкого слоя по ее периметру. Раствор, захваченный снизу, благодаря поверхностному трению проходит с большой скоростью по всей длине трубки, выпаривается и выбрасывается в сепаратор. Упаренный раствор отводится из аппарата через штуцер Г. Уровень заполнения труб греющей камеры обычно составляет 25—30%.Несмотря на большую высоту труб греющей камеры, потери полезной разности температур за счет гидростатического столба невелики и их можно не учитывать при расчете аппарата.

Греющий пар через штуцер А поступает в межтрубное пространство аппарата. Конденсат удаляется через штуцер Д.

Вторичный пар из сепаратора аппарата выводится через штуцер Б.

Для наблюдения за работой аппарата предусмотрены смотровые окна, для установки манометров и термометров — бобышки. Аппарат рассчитан на непрерывную работу.

60 Билет

Перемешивание -гидромеханический процесс перемещения частиц в жидкой среде с целью их равномерного распределения во всем объеме под действием импульса, передаваемого среде механическим устройством , струей жидкости или газа.

Цели перемешивания



Создание суспензий- обеспечение равномерного распределения твердых частиц в

объеме жидкости;



Образование эмульсий, аэрация- равномерное распределение и дробление до

заданных размеров частиц жидкости в жидкости или газа в жидкости;



Интенсификация нагревания или охлаждения обрабатываемых масс;



Интенсификация массообмена в перемешиваемой системе (растворение, выщелачивание)

Основные схемы перемешивания

Механическое-перемешивание мешалками, вращающимися в аппарате с

перемешиваемой средой.



Барботажное -перемешивание путем пропускания через жидкую среду потока

воздуха или газа, раздробленного на мелкие пузырьки, которые, поднимаясь в слое жидкости под действием Архимедовой силы, интенсивно перемешивают

жидкость.



Циркуляционное перемешивание -перемешивание, осуществляемое путем

создания многократных циркуляционных потоков в аппарате с помощью насоса.

Эффективность перемешивания обеспечивается выбором параметров аппарата,

перемешивающего устройства, числа оборотов мешалки, обеспечивающих равномерность концентрации смеси в аппарате с заданной интенсивностью

(т.е. за заданное время).

ПЕРЕМЕШИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Перемешивающие устройства применяются в химической промышленности для следующих целей:

• получение однородных растворов;

• получение эмульсий и суспензий;

• увеличение поверхности межфазного контакта;

• интенсификация процессов тепло- и массопередачи.

Известны три основных способа перемешивания:

1. Пневматическое.

2. Гидравлическое.

3. Механическое.

studfiles.net

Вакуумно-выпарные аппараты

Запросить цену

Вакуум-выпарная установка NV

Vacuum evaporator NV

 Назначение: 

Вакуум-выпарные установки предназначены  для варки, уваривания, выпаривания и концентрирования продукта. Установка подходит для выпаривания и концентрирования жидкости и рециркуляции органического растворителя в фармацевтической, пищевой и химической промышленности, а также пригодный для низкотемпературной концентрации молока, сока, глюкозы, крахмала и  т.д.

Процесс происходит при температурном воздействии на продукт, перемешивании и разрежении. При концентрировании продуктов путем выпаривания повышается пищевая ценность продуктов, создаются условия для длительного хранения, облегчается их перевозка.

Вакуум-выпарные аппараты входят в состав линий по производству джемов, конфитюров, варенья, детского питания, для концентрации соков, овощные и фруктовые пюре,  приготовление томатной пасты, применяется в производстве  сухого, сгущенного молока, молочных смесей, а также для уваривания масс в различных отраслях промышленности. 

 Устройство:

Аппарат представляет собой герметичную трехслойную цилиндрическую емкость из пищевой высококачественной  нержавеющей стали, которая оснащена перемешивающим устройством с приводом и тепловой рубашкой с теплоносителем.  При помощи вакуум-насоса достигается разряжение в аппарате.

Тепловая рубашка может быть выполнена как с электроподогревом теплоносителя (вода, глицерин), так и для обогрева паром. Для удобства контроля за процессом емкость может быть оборудована смотровым люком в цилиндрическом корпусе выше тепловой рубашки.  Для удобства обслуживания и загрузки сырья, возможно монтирование герметичного люка,  на боковой поверхности выше тепловой рубашки, или на крышке, крепящейся на барашках.

Комплектация вакуум-выпарной установки:

- подогревателя

- поверхностного конденсатора

-  вакуум-выпарные аппараты

-  вакуумная линия

-  конденсаторного насоса

-  трубопроводов

- электрооборудование

- обвязки

- моечная линия

- линия перекачки перерабатываемого продукта

- площадки обслуживания.

Возможна комплектация пастеризаторами для асептических продуктов, ёмкостями для исходного продукта, вакуум-кристаллизаторами и прочими сопутствующим оборудованием.

Преимущества :

- сохранение  большего количества питательных веществ и красящих пигментов

-  намного быстрее происходит процесс выпаривания

- экономичный расход пара

- высокая эффективность при больших объёмах переработки 

 Многокорпусная прямоточная вакуум - выпарная установка:

Выпарные аппараты с естественной циркуляцией :

Сдвоенная вакуум выпарная установка циклического действия предназначена для приготовления джемов, варенья, конфитюров, овощных консервов, концентрации фруктовых, ягодных, овощных пюре и соков. 

Вакуум выпарная установка циклического действия  предназначена для приготовления готовых овощных, мясных блюд, а так же для приготовления фруктовых джемов.

Вакуум выпарная установка безостановочного принудительного действия с двойным эффектом.

Данное оборудование применяется  для концентрирования вязких продуктов, а также содержащие твердые неоднородные частицы продукты, таких как томатная паста, овощное пюре, мясные бульоны, жидкие химические вещества, загрязненная вода. Данные установки выпускаются с двойным и тройным эффектом, и отличаются высокой скоростью процесса испарения, принудительной циркуляцией, экономией энергии, высоким качеством готового продукта, сохранением органолептических качеств, характерных исходному продукту.

Принудительная циркуляция продукта осуществляется высокопроизводительными насосами для вязких продуктов.

Высокая скорость прохождения продукта в испарителе и низкая температура пара при испарении гарантирует высокое качество продукта, исключает его пригорание и обеспечивает продолжительную работу установки без остановки для мойки.

Все детали и узлы установки, которые контактируют с продуктом, выполнены из импортной высококачественной нержавеющей стали, шлифованной по высокому классу, которые обеспечивают качество и продолжительную работу установки без мойки. Корпус установки вместе с сепараторами и барометрическим конденсатором монтируются на площадке, обеспечивая удобный доступ для наблюдения работы и для её обслуживания

Установка работает в автоматическом режиме, с возможностью регулирования следующих параметров: - давление пара в первой ступени - уровень продукта в сепараторе - концентрация готового продукта

Выпарные установки – вертикальные, пленочного типа “падающая пленка”.

Для снижения расходов пара и воды используется струйный термокомпрессор, а также теплота конденсата.

Температуры испарения: -  трехступенчатые установки -  68-60-45oС -  четырех ступенчатые установки  -  70-63-54-44oС

Установки применяются для концентрации:

- обезжиренного молока – 50% с.в.

- цельного молока – до 50% с.в.

- сыворотки – до 55% с.в.

- сгущенного молока с сахаром – до 65-70 % с.в.

 Преимущество установки:

- безразборная мойка

- автоматическое поддержание температурного режима - низкие удельные расходы пара и охлажденной воды - высокие конечные концентрации продукта - лучшее качество концентрата за счет очень короткого времени пребывания продукта в установке при падающей пленке и однократном его прохождении через выпарные трубы.

Выпарные пленочные аппараты с нисходящей пленкой жидкости:

1 – греющая камера; 2 – сепаратор

 Выпарные пленочные аппараты  с восходящей пленкой жидкости:

 1 – греющая камера; 2 - сепоратор

 Выпарные аппараты:

 с центральной циркуляционной трубой с выносной нагревательной камерой

 1 — корпус; 2 — нагревательные трубки; 3 — циркуляционная труба; 4 — сепаратор; 5 — отбойник.

normit.ru

• 
  Как удалить с алюминия оксидную пленку
• 
  Как отличить полиуретановую пленку от виниловой
• 
  Удаление защитной пленки с панелей сэндвич
• 
  Как очистить щучью икру от пленки
• 
  Бронирование стекол автомобиля пленкой 300 микрон
• 
  Желтая пленка на фары ваз 2106
• 
  Надо ли счищать пленку с опят
• 
  Сколько нужно держать бетон под пленкой
• 
  Защитная пленка на хуавей п10 лайт
• 
  Горилла глаз 3 нужна ли пленка
• 
  Белая пленка на головке полового члена