Аналитичен преглед
Конструкция на изпарители.
Разнообразие от дизайни на изпарители, използвани в промишлеността, могат да бъдат класифицирани според вида на нагревателната повърхност (парни ризи, намотки, тръби от различни видове), според местоположението му в пространството (устройства с хоризонтална, вертикална, понякога с наклонена нагревателна камера), според вида на топлоносителя (пара, високотемпературни топлоносители, електрически ток и др.), както и в зависимост от това дали охлаждащата течност се движи извън или вътре в тръбите на нагревателната камера. Видът и честотата на циркулация на разтвора обаче трябва да се считат за по-съществена характеристика на класификацията на изпарителите, характеризираща интензивността на тяхното действие.
Разграничаване на изпарители с неорганизирана или свободна, насочена естествена и принудителна циркулация.
Изпарителите също се разделят на устройства с директен поток, в които разтворът се изпарява с едно преминаване през устройството без циркулация на разтвора, и устройства, работещи с многократна циркулация на разтвора.
В зависимост от организацията на процеса се разграничават периодично и непрекъснато работещи устройства.
По-долу са разгледани подробно само най-често срещаните, предимно типични конструкции на апарати.
Вертикални устройства с насочена естествена циркулация.
В устройства от този тип изпарението се извършва с многократна естествена циркулация на разтвора. Те имат редица предимства в сравнение с устройства с други конструкции, поради което се използват широко в индустрията.
Основното предимство на такива устройства е подобряването на преноса на топлина към разтвора с неговата многократно организирана циркулация в затворено пространствоверига, която намалява скоростта на отлагане на котлен камък върху повърхността на тръбите. Освен това повечето от тези устройства са компактни, заемат малка производствена площ и са удобни за проверка и ремонт. Както ще бъде показано по-долу, развитието на дизайна на такива устройства се извършва в посока на подобряване на естествената циркулация. Последното е възможно чрез увеличаване на разликата в теглата на течните колони в низходящата тръба и сместа пара-течност в горната част на веригата. Това се постига чрез:
увеличаване на височината на кипящите (повдигащи) тръби и увеличаване на интензивността на изпаряване в тях, за да се намали плътността на сместа пара-течност, образувана от кипящия разтвор;
подобряване на естественото охлаждане на циркулационната тръба, така че течността, спускаща се в нея, да има възможно най-висока плътност;
поддържане на определено ниво на течност в спускащия канал, което е необходимо за балансиране на колоната на сместа пара-течност в щранговите тръби при дадена скорост на нейното движение.
Уреди с вътрешна нагревателна камера и централна циркулационна тръба.
В долната част на вертикалното тяло /Приложение 1, Фиг.1/ е разположена нагревателна камера 2, състояща се от две тръбни решетки, в които са закрепени, най-често разширени, кипящи тръби 3 (с дължина 2-4 m) и циркулационна тръба 4 с голям диаметър, монтирани по оста на камерата. Отоплителната пара се подава към пръстена на нагревателната камера.
Един отстранен разтвор се отстранява през долния фитинг на коничното дъно на апарата като междинен или краен продукт.
Както беше отбелязано, циркулацията на разтвора в апарата се дължи на разликата в плътността на разтвора в циркулационната тръба и сместа пара-течност в тръбите на котела. Появата на достатъчна разликаплътности се дължи на факта, че топлообменната повърхност на всяка котелна тръба, на единица обем от един отстранен разтвор, е много по-голяма от тази на циркулационната тръба, тъй като повърхността на тръбата е линейно зависима от нейния диаметър, а обемът на течността в тръбата е пропорционален на квадрата на нейния диаметър. Следователно изпарението в тръбите на котела трябва да протича много по-интензивно, отколкото в циркулационната тръба, и плътността на разтвора в тях ще бъде по-ниска, отколкото в тази тръба. В резултат на това се осигурява естествена циркулация, която подобрява преноса на топлина и предотвратява образуването на котлен камък върху топлообменната повърхност.
В устройствата с този дизайн циркулационната тръба, подобно на тръбите на котела, се нагрява с пара, което намалява разликата в плътността на разтвора и сместа пара-течност, което може да доведе до нежелано изпаряване в самата циркулационна тръба. Техен недостатък е и твърдото закрепване на тръбите, което не позволява съществена разлика в топлинните удължения на тръбите и тялото на апарата.