Аппараты с кипящим слоем

Кипящему слою присущи свойства жидкости: текучесть, вязкость, поверхностное натяжение. Процессы, в которых применяют кипящий слой: каталитич. крекинг нефтепродуктов, газификация топлива, обжиг руд, сушка мелкозернистых, пастообразных и жидких материалов, термич. обработка металлов, нагрев и охл-е газа, обогаще- ние, гранулирование, смешивание и транспортировка зернистых материалов.
Преимущества псевдосжижения:
- возможность перемещения твердого зернистого материала по трубам, что позволяет осуществлять многие процессы непрерывно.
- увеличен. скорости протекан. процесса
- выравнивание полей температур, что исключает возм-ть местного перегрева.
Недостатки: из-за выравнивания полей температур снижается движущая сила процесса; происходит истирание и измельчение твердых частиц; эрозия аппаратов; необходимость устан-ки мощных газоочистных устр-в; увеличенные затраты энергии.
Принцип образ-я кипящего слоя:
Если под распред. решетку аппарата подавать поток газа или жидкости, то состояние слоя будет зависеть от скорости потока. При плавном ее увелич. от нуля до w'₀ происходит обычный процесс фильтрации ТН ч/з слой материала. Частицы неподвижны ε = const (w < w'₀), гидродин. сопротивление слоя: ∆p возрастает. При достижении скорости w'₀гидравлич. сопротивление слоя становится постоянным (∆p= const) и равным весу слоя. Слой взвешивается и нарушается контакт м/у частицами, (ε возрастает). При дальнейшем увеличении w > w''₀ слой продолжает расширяться и интенсивность движения частиц возрастает. Частицы начинают уноситься из слоя.
w'₀ – скорость начала псевдоожижения
w''₀ - скорость началауноса

Важную роль в аппаратах с кипящим слоем играет конструкция опорно-распределительной решетки. К ней предъявляются особые требования: равномерное распределение потока ТН по сечению аппарата, исключение образования застойных зон, предотвраще-ние провала твердых частиц, минимальное гидравлич. сопротивления, простота конструкции и удобство эксплуатации.
Виды решеток: а) полусотовая, б) беспровально-угловая
Площадь отверстий распред. решетки обычно составляет 1-10% площади живого сечения аппарата. Если слой состоит из частиц одного размера, то он называется монодисперсным; иначе – полидисперсным. Его характеристики: ε,

Выпарные установки

Выпаривание - термический процесс, когда при кипении раствора из последнего выделяется пары растворителя, чаще всего вода, практически в чистом виде. Концентрация растворенного вещества при этом повышается.

Выпарные аппараты возможны периодического и непрерывного действия. Первые отличаются низкой производительностью и большими потерями теплоты для разогрева аппарата перед его пуском. В промышленности используются аппараты непрерывного действия.

По конструктивным признакам аппараты бывают вертикальные (компактные, чаще применяемые), горизонтальные, наклонные.

По виду обогреваемой поверхности: трубчатые (наиболее часто используемые в промышленности), змеевиковые, с паровой рубашкой.

По давлению в аппарате: с повышенным давлением, атмосферным давлением и вакуумом.

Наибольшее распространение в различных отраслях промышленности по- лучили трубчатые выпарные аппараты с естественной или принудительной циркуляцией раствора в них. Естественная циркуляция раствора в аппаратах вызывается различием плотностей парожидкостной смеси в циркуляционной трубе и кипятильных трубах (рисунок 2.2). Скорость циркуляции в таких аппаратах невелика (0,3…0,8 м/с), поэтому коэффициенты теплопередачи в их греющих камерах тоже относительно низкие.

Схемы ВУ

Наиболее распространенными схемами многокорпусных выпарных установок являются:

а) прямоточная (рисунок 2.7)

В прямоточной схеме и пар и раствор движутся от первого кор- пуса к последнему, причем раствор движется от корпуса к корпусу самотёком, что снижает как капитальные (на установку насосов), так и эксплуатационные затраты (на их привод). Схема применяется для большинства растворов, кроме вязких и склонных к активному кристаллообразованию.

б) противоточная (рисунок 2.8)

При выпаривании раствора в многокорпусной противоточной установке раствор подается в последний корпус, где давление, а значит и температура самые низкие. При движении раствора от последнего к первому корпусу темпера- тура кипения повышается, что способствует снижению вязкости. Но т.к. раствор движется в сторону повешения давления, он перемещается с помощью насосов 2. Это требует дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат.

в) со смешанным током

Так же как и схема с противоточным движением применяется для выпари- вания вязких растворов. В данной схеме неконцентрированный раствор подает- ся во второй корпус, второй и третий корпуса (рисунок 2.8) соединены после- довательно, а после третьего корпуса раствор подается в первый насосом, что снижает затраты на насосы.

г) с параллельным питанием по раствору (рисунок 2.9)

Применяется для выпаривания растворов, склонных к активному кристаллообразованию. Раствор разводится к корпусам по единому коллектору, так же отводится концентрированный раствор после аппаратов.