Буландыру аппараттары классификациясы на казахском языке

Кең тараған буландыру аппараттарының жіктелуі

Аса кең тараған буландыру аппараттары болып түтікті қыздыру бетті аппараттар саналады.

Ал бумен қыздырылатын буландыру аппараттары негізгі екі бөліктен тұрады:

1) қайнатқыш (қыздырушы камера) онда жылу алмасу беті орналасқан, және онда ерітіндінің булануы жүзеге асады;

2)  сепаратор – бу кеңістігі, онда екіншілік бу ерітіндіден бөліп шығады. Жылуалмастырғыштардан буландыру аппараттарының негізгі құрылымдық айырмашылығы, буландыру аппараттарында сепаратордың болуы.

            Буландыру аппаратында қайнаушы сұйықтың қозғалысының режиміне қарай аппараттарды былай жіктейді: а) еркін айналымды буландыру аппараттары; б) табиғи айналымды буландыру аппараттары; в) ерікті айналымды буландыру аппараттары; г) қабыршақты буландыру аппараттары.

б)        Еркін айналымды буландыру аппараттары

Сурет 1. Көлденең түтікті буландыру аппараты

Мұндай типтегі аппаратта қозғалмайтын немесе баяу қозғалатын ерітінді құбырдың сыртында болады (сурет 1). Ерітіндіде бей берекет конвекциялық токтар (еркін айналым) пайда болады. Бұл типтегі аппараттарға қазан немесе құты түрінде істелінген аппараттар жатады, жылу алмасу беті аппараттың қабырғасынан тұрады. Қазіргі кезде бұл аппараттар сирек қолданылады, негізінен   тұтқырлығы жоғары сұйықтарды буландыру үшін қолданылады.

в)        Табиғи айналымды буландыру аппараттары

Табиғи айналым қыздырылмайтын төмен түсуші (айналымдық) құбырдан 1 және қыздырылатын (жоғары көтерілуші) қайнатқыш құбырдан 2 тұратын жабық жүйеде пайда болады. Ерітіндінің табиғи айналымы қайнатқыш құбырда сұйықтық айналымдыққа қарағанда, жоғары температураға дейін қыздырылады. Сондықтан айналымдық құбырдағы ерітіндінің тығыздығы қайнатқыш құбырдағыға қарағанда, жоғары болады, және де мына жолмен қайнаушы сұйықтың реттелген қозғалысы (айналымы) жүзеге асады: қайнатушы құбыр бу кеңістігі – төмен түсіргіш құбыр – қайнатушы құбыр және т.с.с. Қайнаушы сұйық жағынан жылу беріліс коэффициенті айналым кезінде жоғарылайды және түтіктердің беті қақ түзілуінен қорғалады. Табиғи айналым үшін екі шарт талап етіледі: 1) төмен түсіруші құбырдағы сұйықтың деңгей биіктігінің жеткілікті мөлшерде болуы, бұл қайнаушы құбырдағы бусұйықтық қоспасының бағанын теңестіруге жағдай жасайды да осы қоспаға қажетті жылдамдықты беріп отырады; 2) қайнаушы құбырдағы бу түзілуінің жеткілікті мөлшерде интенсивті болуы, бұл өз алдына бу сұйықтық эмульсия аз тығыздықта болуына әкеледі.

Төмен түсіруші құбырда сұйықтың аздаған деңгейінде  бу сұйықытық қоспасы қайнаушы құбырдың жоғары бетіне дейін көтеріле алмайды; бұл арада айналым болмайды, және аппараттың жұмысы өндіргіштігінің төмендеуінен нашарлауына және құбырлардың бетінде қақ түзілуіне әкеледі. Сұйықтың деңгейінің жоғарылауына байланысты айналым жылдамдығы жоғарылайды да жылу беру коэффициенті де жоғарылайды. Жылу беру коэффициентінің өсуі нақты шаманың белгілі бір деңгейінің жоғарылауына (оптимал деңгейі) байланысты. Деңгей жоғарылаған сайын жылу беру коэффициенті біршама төмендейді, себебі қайнаушы құбырдың төменгі жағындағы қысым жоғарылаған сайын сұйықтық оның төменгі бөлігінде қайнамай, керісінше жоғары жағында қайнайды. Қайнаушы құбырда будың түзілуі ерітіндінің физикалық қасиетеріне (тұтқырлығына) және түтік қабырғасы мен сұйықтық арасындағы температуралар айырымына байланысты анықталады. Ерітіндінің тұтқырлығы неғұрлым аз болса және температуралар айырымы неғұрлым  үлкен болса, соғұрлым бу түзілу интенсивті болады және айналым жылдамдығы да жоғары болады. Қыздырылатын бу мен ерітінді арасындағы температуралар айырымы 7—10 °С төмен болмау керек. Температуралар айырымының төмендеуімен және ерітінді тұтқырлығының жоғарылауымен сұйықтың оптимал деңгейі жоғарылайды. Егер булану кезінде ерітіндіден кристалдар түспесе, онда оптимал деңгей қайнау түтіктері биіктігінің -ден -ке дейін арасын құрайды. Ал егер кристалдар (кристалданатын ерітінділер) түсетін болса, онда сұйықтың деңгейін қайнау түтіктерінен жоғары ұстау керек, себебі олардағы сұйықтық қыздырылуы үшін және бу кеңістігіне шыға берісте қайнауға жақын болуы үшін қажет.

Сурет 2 орталық айналымдық құбырлы буландыру аппараты келтірілген. Қыздырушы камера тік орналасқан қайнау түтіктерінің 2 қатарынан тұрады, ол сыртынан бумен қыздырылып отырады. Қыздырушы камерасының осі бойымен айналымдық құбыр 3 орналасқан, оның диаметрі қайнатушы құбыр диаметрінен біршама үлкен болып келеді. Бұл аппаратта айнлыммдық құбыр сыртынан бумен қыздырылатындықтан, оның ішіндегі ерітінді қайнатушы құбырға қарағанда, аз қыздырылады. Бұл құбыр беті өзінің диаметріне пропорционал және ондағы сұйық көлемі диаметр квадратына пропорционалдығымен түсіндіріледі. Жоғары өндіргіштікті аппараттарда бір айналымдық құбыр орнына кіші диаметрлі бірнеше құбырлар орнатылады.

Орталық айнлымдық құбырлы аппарат құрылымының қарапайымдылығымен және жөндеу мен тазалауға жеңіл қол жетімділігімен ерекшеленеді. Алайда, қыздырушы айналымдық құбырдың болуы айналымның интенсивтілігін төмендетеді.

Сурет 2. Орталық айналымдық құбыры бар буландыру аппараты.

1 — корпус; 2 — қайнатушы құбырлар; 3 — айналымдық құбыр; 4— сепаратор; 5 — отбойник; І — қыздырылушы бу; II — ерітінді; III — екіншілік бу; IV — конденсат; V — буланған ерітінді.

Кеңінен тараған тағы бір түрі болып қабыршақты буландыру аппараты саналады. Көтеріліп тұратын қабаты бар буландыру аппараты (түтіктерде ерітіндінің қайнауы кезінде) 3 суретте көрсетілген. Қайнатушы құбырлар ерітіндімен биіктігінің   -  бөлігіне дейін толтырылады. Ерітіндіде қайнау температурасының деңгейіне жеткен кезде ерітіндіде бу көпіршіктері түзіледі, олар жоғарыға қозғала отырып, ерітіндіні өзімен бірге әкетіп, оны түтіктің ішкі бетінде жұқа қабат ретінде таратады. Сұйықтың булануы жұқа қабатта болады, ол кезде жұқа қабаттың жылдамдығы  20м/с мен қозғалып жүреді, бұл жылу алмасу коэффициентін ұлғайтады. Бу сұйықтық эмульсия түтіктерден өтіп, ортадан тепкіш сепараторға келеді, онда сұйық будан ажыратылады. Екіншілік бу құбырға келеді, концентрленген ерітінді патрубок арқылы  өндірістік мақсаттар үшін алынады немесе келесі корпусқа шығарылады.  

Қарастырылатын аппаратта ерітіндінің айналымы жоққа тән, яғни, ерітіндінің әрбір бөлшегі қыздырылушы бетті шайып отырады. Мұндай аппараттардың жұмыс істеу принципінің тиімділігі ерітінідінің деңгейіне байланысты.

 Тәжірибе жүзінде көрсетілген, қабыршақта ерітіндінің қайнау процесінен максимал эффекті алу үшін аппараттардағы қыздырушы түтіктердің ұзындығы 6-9м болуы керек.

Сурет 3. Ұзын түтікті қабыршақты типті буландыру аппараты

1- корпус; 2 — камера; 3 — сепаратор;  4 — ерітіндінің камерасы;    5-шағылыстырушы  зонт; 6 — байқау шынысы; 7 — газ шығарушы түтік; 8- тірек ағаштар; 9 — шламды үрлеу; I — қыздырылушы бу; II — буланған ерітінді;  III — екіншілік бу; IV — конден­сат; V — ерітінді.

Түтіктердің ұзындығы ұзын болған кезде бу сұйықтық эмульсияның қозғалыс жылдамдығы жоғарылайды да ал ерітінді қабыршағының орташа қалыңдығы төмендейді. Қабыршақтың қайнауы кезінде түзілетін будың жылдамдығы оның меншікті көлемінің өсуіне байланысты жоғарылайды; осы кезде ерітіндінің қайнау температурасы гидростатикалық қысымның төмендеуіне байланысты түтіктердің жоғарғы шетіне бағыттала төмендейді. Осы құбылыстардың нәтижесінде қабыршақ пен қабырға арасындағы жылу беру коэффициенті жоғарылайды.

Көтерілетін қабыршақты аппараттар көбіктенетін ерітінділер үшін қолданылады; қою және кристалданатындар үшін олар жарамсыз, себебі ерітінділерге арналған жоғарғы және төменгі камералары кристаллдармен толып қалуы мүмкін. Оларда жылу беру коэффициенті жоғары болып келеді, және де олардың биіктігі де ұзын болып келеді, яғни, цех салуда құрылыс шығындарына көп кетеді.

Ұзын түтіктердің температуралық  деформациясы құбыр торларындағы қосылулардың тығыздығының бұзылуы мен иілгіштікке әкеліп соғады. Жоғары аппараттарда түтіктердің тазартылуы қиындау болып келеді.

г) Шығыңқы қайнатқышы бар буландыру аппараттар.  Бұл аппараттар кристалданатын және көбіктенетін ерітінділерді буландыру үшін кеңінен қолданылады. Шығыңқы қайнатқышы бар буландыру аппараттары 4 суретте көрсетілген.

Сурет. 4 Шығыңқы қайнатқышы-қыздырғышы бар буландыру аппараттары

I– аппараттың корпусы; II – шығыңқы қайнатқыш; 1-қосушы құбыр; 2-сепаратор; 3-кристалл мен ерітіндіні бөлгіш; 4-айналымдық құбыр; 5- қыздырылушы будың вентилі; 6-конденсаттың шығуы

Аппаратта шығыңқы қайнатқыш II мен сепаратор 2 бар. Сыртынан бумен қыздырылатын құбырлар шоғырынан тұратын қайнатқышта бу-сұйықтық қоспа түзіледі, ол 1 құбыр арқылы сепараторға келеді. Сепараторда екіншілік бу сұйықтан бөлініп, айналымдық құбыр 4 арқылы қайнатқышқа қайтып барады. Қайнатқыштың құбыры 7м дейінгі ұзындыққа жетуі мүмкін, бұл өз алдына интенсивті айналымға әкеледі. Қайнатқыш сепаратордан бөлек орналасқан, бұл құбырды тазалау мен жөндеу үшін ыңғайлы. 4 суреттегі буландыру аппараты бір сепараторға бірнеше қайнатқыштың  қосылуына мүмкіндік береді, бұл аппараттың үздіксіз жұмысын қамтамасыз етеді де, барлық аппаратты тоқтатпай ақ бір қайнатқышты тазалауға және жөндеуге мүмкіндік береді.

д) төмендетілген (төмен қойылған) қайнатқышы бар буландыру аппараты. Табиғи айналымды аппараттарда криталданатын ерітінділердің булануы пайда болған инкрусттардан қыздыру бетін периодты түрде тазалаудың қажеттілігімен байланысты, себебі ерітіндінің қайнауы, және де сонымен бірге қатты заттардың кристаллизациясы қыздыру бетінде жүзеге асырылады, ал ерітіндінің шектелген жылдамдығы 0,5-1,5 м/с қыздыру бетіне пайда болатын кристаллдардың  қайнауы мен тұнуын  тоқтата алмайды.

Қыздыру бетінің инкрустациясымен күрес үш әдіспен жүргізілуі мүмкін: ерітіндінің кристаллизациясын қыздырушы беттен тысқары ауыстыру; ерітіндінің айналымы жылдамдығының жоғарылауы және айтылған тәсілдердің бірігуі.

Мұндай қондырғылар құрылымы бойынша төмендетілген қыздыру бетті аппарат түрінде орындалады (сурет 5).

Ерітінді 2 қыздырғышындаерітіндінің қыздырғышындағы қысымда 2-3 °С  ден қайнау температурасынан төмен температураға дейін қыздырылады.

Гидростатикалық қысымның төмендеуінен жоғарыға қозғалысында ерітінді қыздырғыштан тыс қайнай бастайды: тірек бөлігінің жоғарғы жағында, көтерілгіш айналымдық құбырда және бусұйықтық эмульсияның 5 стабилизаторда қозғалысы. Стабилизатор көтерілгіш айналымдық құбырдың диаметріне тең диаметрі бар тік қабырғалы құбырлармен бөлінген болып келеді.

Стабилизатор гидравликалық соққыны болдырмау мақсатында буерітінділік эмульсияны жеке ағындарға бөлуге арналған.

Төмен қыздыру бетті аппараттарда кристаданатын ерітінділердің булануы кезінде айналым жылдамдығы 1,8-2,0 м/с төмен болмауы керек.

Сурет 5. Төмен орнатылған қыздырғышты буландыру аппараты

I — сепаратор; 2 — ерітіндіні қыздырғыш; 3 — тұзды бөлгіш; 4 — көтеруші айналымдық құбыр; 5 — стабилиза­тор; 6 — аппаратты бумен және сумен шаюға арналған перфорленген түтікшелер; 7 — төмен түсіруші айналымдық құбыр; I – екіншілік бу; II — ерітіндіні беру; III — ерітіндіні шығару; IV — қыздырылатын бу; V — конденсат.

Сепараторда кристаллдың пайда болуына және оның қыздырылуынан болатын жылудың есебінен сұйықты қайнату жүзеге асырылады, олар айналымдық құбыр арқылы тұзды бөлгішке немесе сүзгіге бағытталып, сонда тұнады.

е) ерікті айналымды буландыру аппараттары. Ерікті айналымды аппараттар айналымның интенсивтілігін жоғарылату үшін және жылу беру коэффициентін жоғарылату үшін қолданылады (сурет 6). Сұйықтың  айналымы пропеллер немесе ортадан тепкіш сорғының 4 көмегімен жүзеге асырылады.

Свежий раствор подается в нижнюю часть кипятильника, а упаренный раствор отводится из нижней части сепаратора. Уровень жидкости поддерживается несколь­ко ниже верхнего обреза кипятильных трубок. Поскольку вся цирку­ляционная система почти полностью заполнена жидкостью, работа насоса затрачивается не на подъем жидкости, а лишь на преодоление гидравлических сопротивлений. Количество перекачиваемой насосом жидкости во много раз превышает количество испаряемой воды; поэтому отношение массы жидкости к мас­се пара в парожидкостной смеси, выходя­щей из кипятильных трубок, очень велико.

Скорость циркуляции жидкости в ки­пятильных трубках принимается 1,5— 3,5 м/с. Скорость циркуляции определяет­ся производительностью циркуляционного насоса и не зависит от уровня жидкости и парообразования в кипятильных трубках. Поэтому аппараты с принудительной цир­куляцией пригодны при работе с малыми разностями температур между греющим паром и раствором (3—5 'С) и при выпа­ривании растворов с большой вязкостью, естественная циркуляция которых затруд­нительна.

Достоинствами аппаратов с принуди­тельной циркуляцией являются высокие коэффициенты теплопередачи (п 3—4 раза больше, чем при естественной циркуляции), а также отсутствие загрязнений поверхно­сти теплообмена при небольших разностях температур. Недостаток — необходимость расхода энергии на работу насоса.

Применение принудительной циркуля­ции целесообразно при изготовлений аппарата из дорогостоящего материала (при этом весьма существенно значительное сок­ращение поверхности теплообмена вследст­вие повышения коэффициентов теплопере­дачи), при выпаривании кристаллизую­щихся растворов (сокращаются простои во время очистки аппарата) и при выпаривании вязких растворов (что при естественной циркуляции требует на­личия разности температур).

Рис. 6. Выпарной аппарат с принудительной цир­куляцией для пенящихся растворов.

1-трубчатка; 2 —сепаратор; 3 — отражательный зонт; 4 — циркуляционный насос; ,5 — циркуляционная тру­ба; I — вторичный пар; II — отвод раствора; III — подвод пара; IV — отвод конденсата; V — подвод ра­створа.

ж) Аппараты с погружным горением. В последние годы для нагрева и выпаривания до высоких концентраций растворов соляной, сорной, фосфорной и других химически агрессивных кислот, а также растворов хлористого кальция, хлористого магния, мирабилита, сульфита алюминия, медного и железного купоросов других солей получили применение аппараты с погружным горением (рис. 7). Корпуса аппаратов изготавливают из углеродистой стали, а но избежание коррозии изнутри футеруют кислотоупорными материалами. В упариваемый раствор погружаются горелки с барботажными  устройствами, в которых поверхность соприкосновения фаз развивается потоками газа, распределяющегося в жидкости в виде пузырьков и струек, такое движение газа называется б а р б о т а ж е м.

Рис. 7.  Аппарат с погружной горелкой для выпаривания раствора серной кислоты (фирмы НОРДАК).

I — стальной корпус аппарата; 2 — кислотоупорная керамическая футеровка; 3 — керами­ческая вставка спускного штуцера; 4 — парогазовый сборник: 5 — предохранительная взрывная мембрава; в — люк для внутреннего осмотра аппарата; 7 — выносная камера го­релки; 8 — барботажная трубка; 9 — опорные лапы.

Барботажные устройства также изготавливаются из кислотоупор­ных и термостойких материалов.

Барботаж продуктов сгорания является эффективным средством нагревания и выпаривания раствора, так как при этом газы распыляются в растворе на мелкие пузырьки и образуют большую межфазную поверхность для тепло- и массообмена. Интенсивное испарение растворителя происходит посредством насыщения водяным паром газовых пузырьков, которые всплывают на поверхность раствора, лопаются и таким образом выносят парогазовую смесь в надрастворное пространство аппарата. Температура парогазовой смеси в надрастворном пространстве превышает температуру кипящей жидкости на 2-5 °С.

Коэффициент использования теплоты сгорания горючего при выпа­ривании растворов методом погружного горения достигает 90%.

Парогазовая смесь из аппарата удаляется в конденсатор, где конденсируются пары растворителя, а газ направляется в атмосферу или поступает в аппарат для поглощения газов жидкостями (абсорбер) с целью очистки.

Достоинствами аппаратов с. погружным горением являются: высо­кая коррозионная стойкость, простота устройства, отсутствие греющих поверхностей нагрева и высокий коэффициент теплообмена.

Недостатком является необходимость более строгого контроля за работой аппарата (процессом горения) для исключения возможности взрыва газовой смеси в аппарате.