Устройство теплообменных аппаратов

По способу передачи тепла различают следующие типы теплообменных аппаратов:

1) поверхностные, в которых оба теплоносителя разделены стенкой, тепло передается через поверхность этой стенки;

2) регенеративные, в которыхпроцесс передачи тепла от горячего теплоносителя к холодному разделяется по времени на два периода, и происходит при попеременном нагревании и охлаждении насадки теплообменника;

3) строительные,в которых теплообмен происходит при непосредственном соприкосновении теплоносителей.

В зависимости от агрегатного состояния теплоносителей различают аппараты для теплообмена:

1) между газами (подогреватели газов топочными газами, газовые теплообменники и др.);

2) между паром и газом (паровые подогреватели для воздуха, пароперегреватели и др.);

3) между газом и жидкостью (холодильники для газов);

4) между паром и жидкостью (паровые подогреватели, конденсаторы и дp.);

5) между жидкостями (жидкостные холодильники, теплообменники и др.).

Типы поверхностных теплообменников:

 

III Выпаривание

При кипении растворов нелетучих веществ (это вещества обладающие при температуре процесса ничтожно малым давлением пара) в паровую фазу переходит только растворитель. При этом по мере испарения растворителя и удаления его в виде паров концентрация раствора, т.е. содержание в нем растворенного нелетучего вещества, повышается.

Процесс концентрирования растворов, заключающийся в удалении растворителя путем испарения при кипении, называется выпариванием.

Большей частью из раствораудаляют лишь часть растворителя, т.к. в выпарных аппаратах обычных конструкций упаренный раствор должен оставаться в текучем состоянии. Полное удаление растворителя в таких аппаратах возможно в тех случаях, когда растворенное вещество либо является жидким (например, выпаривание растворов глицерина), либо при температуре процесса находится в расплавленном состоянии (например, выпаривание растворов аммиачной селитры или едкого натра). Полное удаление растворителя из раствора возможно в некоторых аппаратах специальной конструкции, например в распылительных сушилках.

В ряде случаев при выпаривании растворов твердых веществ достигается насыщение раствора; при дальнейшем удалении растворителя из такого раствора происходит кристаллизация, т.е. выделение из него растворенного твердого вещества.

Выпаривание широко применяется для повышения концентрации разбавленных растворов или выделения из них растворенного вещества путем кристаллизации.

 

Способы выпаривания

Нагревание выпариваемого раствора производится путем передачи тепла от нагревающего агента через стенку, разделяющую оба вещества, или путем непосредственного соприкосновения веществ. Выпаривание путем непосредственного соприкосновения нагревающего агента с раствором применяется только при обогреве топочными газами.

Выпаривание ведуткак под атмосферным, так и под пониженным или повышенным давлением.

При выпаривании раствора под атмосферным давлениемобразующийся вторичный(соковый) пар выпускается в атмосферу. Такой способ выпаривания является наиболее простым.

При выпаривании под пониженным давлением(при разрешении) в аппарате создается вакуум путем конденсации вторичного пара в специальном конденсаторе и отсасывания из него неконденсирующихся газов с помощью вакуум-насоса.

Вакуум-выпарка позволяет снизить температуру кипения раствора и применяется для выпаривания чувствительных к высокой температуре растворов (например, растворов органических веществ), а также высококипящих растворов, когда температура нагревающего агента не дает возможности вести процесс под атмосферным давлением. Использование вакуума позволяет также увеличить разность температур между нагревающим агентом и кипящим раствором, и, следовательно, уменьшить поверхность теплообмена.

Недостатком выпаривания в вакууме является удорожание установки (дополнительные затраты на конденсационное устройство) и ее эксплуатация (расход воды на конденсатор, затрата энергии на вакуум-насос, расходы по обслуживанию, амортизация конденсационного устройства).

При выпаривании под повышенным давлениемвторичный пар может быть использован как нагревающий агент в подогревателях, для отопления и т.п., а также для различных технологических нужд. Выпаривание под давлением связано с повышением температуры кипения раствора, поэтому применение данного способа ограничено свойствами раствора и температурой нагревающего агента.

Установки, состоящие из одиночного аппарата, вторичный пар из которого не используется (при выпаривании под атмосферным давлением или при разрешении) или используется вне аппарата, называются однокорпусными выпарными установками.

Большим распространением пользуются многокорпусные выпарные установки,включающие несколько соединенных друг с другом аппаратов (корпусов), работающих под давлением, понижающимся по направлению от первого корпуса к последнему. В таких установках можно применять вторичный пар, образующийся в каждом предыдущем корпусе, для обогрева последующего корпуса. При этом свежим паром обогревается только первый корпус; образующийся в первом корпусе вторичный пар направляется на обогрев второго корпуса, в котором давление ниже, и т.д. Вторичный пар из последнего корпуса вступает в конденсатор (если этот корпус работает при разряжении) или используется вне установки (если последний корпус работает при повышенном давлении). Таким образом, в многокорпусных выпарных установках осуществляется многократное использование одного и того же количества тепла (тепла, отдаваемого греющим паром в первом корпусе), что позволяет сэкономить значительное количество потребляемого свежего пара.

Многократное использование тепла возможно также в однокорпусных выпарных установках, если сжать вторичный пар при помощи компрессора или пароструйного инжектора до давления, позволяющего применять пар для обогрева того же аппарата, в котором этот пар образовался.