1.2 Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствора

Принципиальная конструктивная схема выпарного аппарата с принудительной циркуляцией раствора представлена на рисунке 2.

Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией раствора позволяют повысить интенсивность циркуляции раствора и коэффициент теплопередачи. Циркуляция жидкости производится 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 в низу кипятильных труб больше, чем вверху, на величину давления столба жидкости в трубах плюс их гидравлическое сопротивление. Из-за 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. Она 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 большой вязкости. Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией имеют площадь поверхности теплопередачи от 25 до 1200 м² длину кипятильных труб от 4 до 9 м в зависимости от их диаметра. Избыточное давление в греющей камере составляет от 0,3 до 1,0 МПа, а вакуум в сепараторе - 93,0 кПа.

а - с соосной греющей камерой; б - с вынесенной греющей камерой;

1 - греющая камера; 2 - сепаратор; 3 - циркуляционная труба; 4 - насос.

Рисунок 2. Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией раствора

Преимущества аппаратов с принудительной циркуляцией: высокие коэффициенты теплопередачи (в 3 - 4 раза больше, чем при естественной циркуляции), а следовательно, и значительно меньшие площади поверхности теплопередачи при той же производительности, 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 сравнительно дорогого металла для выпаривания кристаллизующихся и вязких растворов.