ВЫБОР ТИПА ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ

позво­ляет раздельно учитывать изменчи­вость ряда факторов, влияющих на прочность, устойчивость и деформации рассчитываемых конструкций.

Предельным называется такое состояние конструкции, когда она пере­стает выполнять свои функции. Нормы проектирования разли­чают две группы предельных состоя­ний: 1-я — по потере несущей способ­ности и (или) полной непригодности к эксплуатации; 2-я — по затруднению (непригодности) к нормальной эксплу­атации.

общем виде условие для 1-й группы предельных состояний вы­ражает формула

F_cаl ≤Ф,

где F_cаl — наибольшее возможное рас­четное силовое воздействие,; Ф — наименьшая возможная величина несущей способ­ности конструкции, как функции ее гео­метрии, прочности материала

Условие для 2-й группы предельных состояний

Δ≤[Δ],

где Δ — обратимые деформации, [Δ] — соответствующие вели­чины предельных деформаций, установ­ленные нормами проектирования. Расчет по 1-й группе предельных состояний обязателен, по 2-й группе вы­полняется в тех случаях, когда имеются сомнения в том, что недопустимые де­формации возникнут раньше, чем кон­струкция достигнет 1-го предельного состояния. При этом в расчет по 1-й группе предельных состояний ведут по расчетным нагрузкам, а по 2-й группе — по нормативным.

Методика различает нормативные и расчетные величины как нагрузок и воздействий, так и сопротивлений ма­териалов конструкции.

Расчетное сопротивление равно R = R_nγ_c/γ_mγ_n, где R_n — нормативное сопротивление; γ_c — коэффициент условий работы; γ_m — коэффициент надежности по ма­териалу; γ_п — коэффициент надежно­сти по назначению.

Расчетная нагрузка q = q_nγ_f, где q_n — нормативная нагрузка; γ_f — коэффициент надежности по нагрузке.

Нагрузки в зависи­мости от продолжительности их дейст­вия делят на постоянные и временные. К постоянным относят нагрузки главным образом от собственного веса, к длительным — от веса стационарного оборудования, складского имущества, к кратковременным — снеговые и ветровые нагрузки, вес людей.

 

 

ВЫБОР ТИПА ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ

 

Наибольшее распространение в промышленности получили типы выпарных аппаратов, у которых греющий пар направляется в межтрубное пространство греющей камеры, а в трубках кипит выпариваемый раствор:

 

1. Аппараты с естественной циркуляцией.

2. Аппараты с принудительной циркуляцией.

3. Прямоточные (пленочные) аппараты.

 

1. Наиболее часто на промышленных предприятиях встречаются аппараты с естественной циркуляцией. К ним относятся аппараты системы Роберта с центральной внутренней циркуляционной трубой (рис.4) и аппараты с внешними циркуляционными трубами (рис.5), у которых полностью устранен нагрев раствора в опускных каналах.

Для того чтобы снизить потери на трение в циркуляционной трубе, площадь сечения циркуляционной трубы должна быть такой же, как и суммарная площадь сечения кипятильных трубок.

Выпарные аппараты с подвесной греющей камерой (рис.6) применяются для выпаривания кристаллизующихся, агрессивных и умеренно вязких растворов. В таких аппаратах вследствие большого сечения кольцевого канала между обечайкой и внутренней паровой камерой улучшена циркуляция раствора, а свободная подвеска греющей камеры исключает нарушение герметичности вальцовочных соединений кипятильных труб.

 

Преимущества аппаратов с естественной циркуляцией:

 

1. Высокий коэффициент теплопередачи при большой разности температур.

2. Простота механической очистки от накипи.

3. Относительно невысокая стоимость.

 

Недостатки аппаратов с естественной циркуляцией:

 

1. Низкий коэффициент теплопередачи при малой разности температур и низкой температуре кипения.

2. Плохая теплопередача при выпаривании вязких жидкостей.

3. Большие производственные площадь и масса.

4. Относительно большое время пребывания продукта в аппарате.

 

Области применения аппаратов с естественной циркуляцией:

 

1. Выпаривание чистых растворов.

2. Выпаривание малоагрессивных жидкостей (корпус из химически стойких материалов имеет очень высокую стоимость).

3. Выпаривание растворов, образующих мягкую накипь, допускающую механическую очистку поверхности теплообмена.

 

 

2. Аппараты с принудительной циркуляцией (рис. 7) применяются для выпаривания растворов повышенной вязкости, когда Па×с, а также для устранения инкрустаций на поверхности теплообмена при выпаривании кристаллизирующихся растворов за счет увеличения скорости циркуляции до 2..3 м/с.

В этих аппаратах скорость раствора должна быть не менее 1,2 м/с и не более 3 м/с. Нижний предел устанавливается началом солевых отложений, верхний – превышением расходов на электроэнергию для перекачки над экономией в затратах на поверхность теплообмена за счет повышенной скорости раствора.

Большинство выпарных аппаратов с принудительной циркуляцией составляют аппараты с выносной греющей камерой (рис. 8). Часто у выпарных аппаратов этого типа греющая камера горизонтальная. Это обычно двухходовой кожухотрубный теплообменный аппарат (рис. 9).

 

Преимущества аппаратов с принудительной циркуляцией:

 

1. Высокий коэффициент теплопередачи.

2. Повышенная скорость циркуляции.

3. Относительно медленное отложение кристаллов, накипи и загрязнение греющей поверхности (со стороны раствора).

 

 

 

Недостатки аппаратов с принудительной циркуляцией:

1. Высокая стоимость.

2. Дополнительный расход электроэнергии на циркуляционный насос.

3. Относительно высокое время пребывание продукта в аппарате.

 

Области применения аппаратов с принудительной циркуляцией:

1. Получение кристаллических продуктов.

2. Выпаривание агрессивных растворов.

3. Выпаривание вязких растворов.

 

3. Прямоточные аппараты с восходящей (типа Кестнера) (рис. 10а) и падающей (рис. 10б) пленками удобно применять для выпаривания термолабильных растворов. Время пребывания раствора в аппарате составляет несколько секунд. Диаметр трубок обычно составляет 25-50 мм, длина трубок лежит в пределах от 6 до 10,5 м. Процесс выпаривания заканчивается в аппарате за один проход раствора и пара по кипятильной трубке: за это время раствор достигает заданной концентрации. Аппараты с восходящей пленкой используют для выпаривания растворов, дающих мягкую накипь, а также для доведения растворов до состояния пересыщения. Аппараты с падающей пленкой не применяются для выпаривания растворов, содержащих твердые вещества – кристаллы.

 

Преимущества прямоточных аппаратов:

1. Низкая стоимость.

2. Большая поверхность теплообмена в одном корпусе.

3. Малое время пребывания продукта в аппарате.

4. Небольшая производственная площадь.

5. Хороший коэффициент теплопередачи при умеренной разности температур (при восходящей пленке).

6. Хороший коэффициент теплопередачи при любых разностях температур (при падающей пленке).

 

Недостатки прямоточных аппаратов:

1. Необходимость высокого помещения.

2. Непригодность для кристаллизирующихся или образующих твердую накипь растворов.

3. Низкий коэффициент теплопередачи (при восходящей пленке и низкой разности температур).

 

 

Области применения прямоточных аппаратов:

 

1. Выпаривание чистых жидкостей.

2. Выпаривание пенящихся жидкостей.

3. Выпаривание агрессивных растворов.

4. Высокие разности температур при восходящей пленке и низкие при падающей.

5. Работа при низких температурах кипения при падающей пленке.

 

При выборе типа выпарного аппарата, кроме режима теплопередачи, также имеют важное значение физические свойства выпариваемого раствора и конечного продукта. Следует учитывать возможность кристаллизации раствора, необходимость удаления накипи, изменение качества продукта, коррозию и вспенивание.