Аналітичний огляд
Влаштування випарних апаратів.
Різноманітні конструкції випарних апаратів, що застосовуються в промисловості, можна класифікувати за типом поверхні нагріву (парові сорочки, змійовики, трубчатки різних видів), за її розташуванням у просторі (апарати з горизонтальною, вертикальною, іноді з похилою нагрівальною камерою), за родом теплоносія (водяна пара) , високотемпературні теплоносія, електричний струм та ін.), а також в залежності від того, чи рухається теплоносій зовні або всередині труб нагрівальної камери. Однак більш суттєвою ознакою класифікації випарних апаратів, що характеризує інтенсивність їхньої дії, слід вважати вид і кратність циркуляції розчину.
Розрізняють випарні апарати з неорганізованою або вільною, спрямованою природною та примусовою циркуляцією.
Випарні апарати ділять також на апарати прямоточні, в яких випарювання розчину відбувається за його прохід через апарат без циркуляції розчину і апарати, що працюють з багаторазовою циркуляцією розчину.
Залежно від організації процесу розрізняють періодично та безперервно діючі апарати.
Нижче докладно розглянуті лише найпоширеніші, переважно типові конструкції апаратів.
Вертикальні апарати з спрямованою природною циркуляцією.
В апаратах даного типу випарювання здійснюється за багаторазової природної циркуляції розчину. Вони мають ряд переваг порівняно з апаратами інших конструкцій, завдяки чому набули широкого поширення в промисловості.
Основною перевагою таких апаратів є покращення тепловіддачі до розчину при його багаторазово організованій циркуляції у замкнутомуконтурі, що зменшує швидкість відкладення накипу на поверхні труб. Крім того більшість цих апаратів компактні, займають невелику виробничу площу, зручні для огляду та ремонту. Як показано нижче, розвиток конструкції таких апаратів відбувається у напрямі посилення природної циркуляції. Останнє можливе шляхом збільшення різниці ваги стовпів рідини в опускній трубі і парорідинної суміші в підйомній частині контуру. Це досягається за допомогою:
збільшення висоти кип'ятільних (підйомних) труб і підвищення інтенсивності пароутворення в них з метою зменшення щільності парорідинної суміші, що утворюється з киплячого розчину;
поліпшення природного охолодження циркуляційної труби для того, щоб рідина, що опускається в ній, мала можливо велику щільність;
підтримки в опускній трубі певного рівня рідини, необхідного для врівноваження стовпа парорідинної суміші в підйомних трубах при заданій швидкості її руху.
Апарати з внутрішньою нагрівальною камерою та центральною циркуляційною трубою.
У нижній частині вертикального корпусу /Додаток 1, рис.1/ знаходиться нагрівальна камера 2, що складається з двох трубних грат, в яких закріплені, найчастіше розвальцьовані, кип'ятільні труби 3 (довжиною 2-4 м) і циркуляційна труба 4 великого діаметра, встановлена по осі камери. У міжтрубний простір нагрівальної камери подається пар, що гріє.
Випарений розчин видаляється через нижній штуцер конічного днища апарату як проміжний або кінцевий продукт.
Як зазначалося, циркуляція розчину в апараті відбувається внаслідок різниці щільностей розчину в циркуляційній трубі та парорідинної суміші в кип'ятільних трубах. Виникнення достатньої різниціщільностей зумовлено тим, що поверхня теплообміну кожної кип'ятильної труби, що припадає на одиницю об'єму випареного розчину, значно більша, ніж у циркуляційної труби, оскільки поверхня труби знаходиться в лінійній залежності від її діаметра, а об'єм рідини в трубі пропорційний квадрату її діаметра. Отже, пароутворення в кип'ятільних трубах повинно протікати значно інтенсивніше, ніж у циркуляційній трубі, а щільність розчину в них буде нижчою, ніж у цій трубі. В результаті забезпечується природна циркуляція, що покращує теплопередачу та перешкоджає утворенню накипу на поверхні теплообміну.
В апаратах цієї конструкції циркуляційна труба, як і кип'ятільні труби, обігрівається парою, що знижує різницю щільностей розчину і парорідинної суміші, це може призводити до небажаного пароутворення в самій циркуляційній трубі. Їх недоліком є жорстке кріплення труб, що не допускає значної різниці теплових подовжень труб і корпусу апарату.