Испарительные установки. 
Охрана окружающей среды: процессы и аппараты защиты гидросферы

В промышленности наиболее распространены выпарные установки концентрирования растворов. Для этой цели используют одноступенчатые и многоступенчатые выпарные установки с выпарными аппаратами различной конструкции.

Выпаривание является энергоемким процессом. Энергия, затрачиваемая на выпаривание, складывается из энергии на нагрев сточной воды от начальной температуры до температуры испарения; на деформирование и перенос центров парообразования; на работу, затрачиваемую на разделение растворителя и раствора; на формирование поверхности паровых пузырей при испарении; на преодоление сил давления при формировании пузырей; на преодоление пузырем границы раздела фаз и на транспортирование паровых пузырей до границы раздела фаз.

Рис. II-95. Классификация установок термического концентрирования растворов.

При расчете энергетических затрат в промышленных условиях учитывают энергию г, затраченную на испарение и на работу разделения раствора и растворителя, так как остальные составляющие невелики:

Поскольку при выпаривании с кристаллизацией выделяется теплота кристаллизации г, то затраты энергии на выпаривание будут:

aside class="viderzhka__img" itemscope itemtype="http://schema.org/ImageObject">

При выпаривании низкоконцентрированных растворов с кристаллизацией значение / мало, поэтому затраты энергии на выпаривание составят:

Выпарные установки состоят из основных элементов — выпарных аппаратов (испарителей) и вспомогательного оборудования — конденсаторов, самоиспарителей, теплообменников, насосов и др.

По одной из возможных классификаций выпарные установки подразделяют следующим образом: 1) по принципу действия — на аппараты периодического и непрерывного действия; 2) по способу подвода раствора — с параллельным, последовательным и комбинированным подводом; 3) по способу подвода и распределения пара — с параллельным подводом первичного пара, с параллельным подводом вторичного пара, с последовательным подводом вторичных паров, с термокомпрессией вторичных паров, с комбинацией различных вариантов; 4) по наличию отборов пара и раствора — с отбором и без отбора; 5) по способу отвода неконденсирующихся газов— в атмосферу, параллельный отвод, в последующий аппарат; 6) по способу рекуперации тепла—использование тепла раствора, использование тепла дистиллята, использование самоиспарения дистиллята, использование тепла вторичных паров, комбинирование схем без рекуперации; 7) по наличию конденсатора — с конденсатором и без него; 8) по взаимному направлению пара и раствора — прямоточное, противоточное и комбинированное.

На практике чаще всего используются 4 — 5-ти корпусные установки, включающие аппараты с естественной и принудительной циркуляцией, с расходом тепла по пару 600 кДж на 1 кг влаги.

Промышленные сточные воды отличаются большим разнообразием накипеобразующих компонентов и различным их содержанием. Деминерализация таких сточных вод требует их выпаривания до высоких концентраций. В этом случае, кроме карбонатной и сульфатной накипи, на теплопередающей поверхности могут отлагаться также силикаты, железистые и прочие накипи. Поэтому приходится комбинировать различные способы предотвращения накипеобразования.

В ряде случаев возникают и другие трудности. Например, присутствие в сточной воде нефтепродуктов и масел приводит к пенообразованию, что вызывает необходимость увеличения высоты сепарационного пространства выпарных аппаратов. Кроме того, технологическая схема должна предусматривать возможность введения химических пеногасителей.

На рис. II-96 представлена схема установки для концентрирования токов химического завода, включающая выпарные аппараты с вынесенной зоной испарения. Для предотвращения накипи применена рециркуляция шлама, состав которого идентичен составу накипи. В воду перед выпариванием для умягчения добавляют соду. В результате из раствора выпадает шлам в виде СаСО_;, который является затравкой и из установки не выводится.

Отложение солей на поверхности теплообменника приводит к увеличению расхода тепла, уменьшению производительности установки и усложнению ее эксплуатации. Это является препятствием для использования выпарных установок для концентрирования некоторых сточных вод.

Рис. II-96. Схема выпарной установки для концентрирования сточной воды: 1,2 — аппараты с естественной и принудительной циркуляцией соответственно; 3 — регенеративные теплообменники; 4, 5 — конденсаторы; 6 — деаэратор; 7 — отстойник; 8 — самоиспаритель; I, II, VII — номера выпарных аппаратов; П — пар; Р — раствор; К — конденсат Для упаривания сточных вод ряда производств (синтетических смол, лаков и красок, люминофоров, реактивов и др.) применяют выпарные установки с контактными аппаратами. Для них характерен непосредственный контакт между теплоносителями и сточной водой. Для нагрева воды могут быть использованы газообразные, жидкие и твердые теплоносители.

Установки могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми. В одноступенчатых установках испарение может происходить или непосредственно в контактном аппарате, когда образующиеся пары уносятся теплоносителем, или в адиабатной ступени (рис. II-97), а в контактном аппарате происходит лишь нагревание воды. На практике наибольшее распространение получили следующие контактные аппараты: с погружными горелками, барботажные, тарельчатые, насадочные, форсуночные, полочные.