Технопарк РХТУ им Д.И. Менделеева

Выпарные установки

       Концентрирование сточных вод с последующим выделением растворенных веществ используется для обессоливания сточных вод. Процесс состоит из двух стадий: кон­центрирования сточных вод (в выпарных аппаратах и установках кристаллизации) и выделения сухого остатка (кристаллизацией, сушкой, сжиганием в печах). Метод позволяет использовать как полученную обессоленныю воду в основной технологии, так и выделен­ные твердые вещества - соли.
       Для концентрирования растворов в промышленности наиболее распространены выпарные установки: одноступенчатые и много­ступенчатые с выпарными аппаратами различной конструкции.
       При производительности до 2 м³/ч сточной воды можно использовать выпарные аппараты с паровым нагревом и перемеши­ванием, кипение в них происходит в большом объеме. Они имеют следующие недостатки: небольшая производительность, низкий коэффициент теплопередачи, большая металлоемкость, а также необходимость периодических остановок для очистки поверхнос­ти нагрева от накипи.
       Для концентрирования средне и высокосоленых стоков перспективны аппараты с вынесенной поверхностью нагрева и принудительной циркуляцией при скорости потока 2—3 м/с. При таких условиях значитель­но уменьшается отложение солей на по­верхности нагрева.
       В последнее время для организации оборотного водоснабжения на предприятиях получили распространение аппараты с вынесенной зоной испарения и естественной или принуди­тельной циркуляцией. В этих аппаратах раствор подогревается в трубах, а испа­рение происходит вне поверхности на­грела. Греющая камера имеет диаметр 3-4м, высоту 6м и поверхность нагрева 1500 м². Для равномерного подвода пара к труб­кам между корпусом и крайними труб­ками имеется кольцевое пространство. Дистиллят отводится из корпуса в кор­пус из нижней части греющей камеры. В сепараторе капли отделяются в ловуш­ках с наклонными жалюзи. Для более глубокой очистки пара от солей в первых двух корпусах аппарата установлены барботажные тарелки.
       Могут быть использованы также пле­ночные выпарные аппараты: вертикаль­но-трубчатые с нисходящей и восходя­щей пленками, горизонтально-трубчатые с растекающейся пленкой и роторные. Схема выпарной установки представлена на Рис. 1.

       При вращении ротора возникает значитель­ная скорость движения жидкости. Это способс­твует интенсифика­ции теплообмена при испарении и конденса­ции пара, снижению отложения солей. Пар подается в греющие камеры секций повер­хности нагрева через полый вал. Поверх­ность нагрева ротора 7,85 м²; давление пара 0,4МПа; диаметр рото­ра 0,92м; частота враще­ния ротора 450 об/мин; коэффициент тепло­передачи (при медной поверхности нагрева) до 12 кВт/(м²•К).
       При поверочных расчетах выявляется возможность использо­вания имеющихся аппаратов в заданных условиях работы, опре­деляется фактическая производительность действующей выпарной установ­ки и устанавливаются оптимальные режимы работы.
       Установки мгновенного адиабатного испарения (УМИ). В этих ус­тановках вода испаряется в каналах, где давление ниже давления на­сыщения, соответствующего температуре поступающей жидкости.
       Адиабатные испарительные установки широко используют для обессоливания морской воды. По числу ступеней они делятся на одноступенчатые и многоступенчатые; по числу контуров цир­куляции — на одноконтурные и многоконтурные; по числу кас­кадов испарения — на однокаскадные и многокаскадные; они мо­гут быть с поверхностным или с контактным подогревателем.
       С повышением числа ступеней удельный расход пара умень­шается и в конечном счете соответствует расходу пара в много­ступенчатых выпарных установках.
       Удельный расход тепла на получение 1л дистиллята в много­ступенчатых установках составляет 240—280 кДж/кг.
       Для снижения образования накипи сточные воды подкисляют раствором серной кислоты или вводят в нее кристал­лическую затравку.
       Для концентрирования стоков без выделения солей на по­верхности нагрева можно использовать выпарные установки, в которых теп­ло к раствору подводится в процессе контактного обмена, при непосредственном соприкосновении теплоносителя и жидкости. Теплоносителями могут быть газообразные, твердые и жидкие вещества.
       В одноступенчатых выпаривателях пары раствора поступают в греющий теплоноситель и уносятся с ним. Поэтому концентри­рование сточных вод осуществляют в скрубберах, тарельчатых ко­лоннах, сушилках, печах, аппаратах погружного горения. В уста­новках другого типа раствор нагревается в контактном аппарате, а затем направляется в ступень адиабатного испарения.
       В многоступенчатых установках раствор подогревается в контактном аппарате. а улавливается в многоступенчатых адиабатных выпаривателях.
       Основным недостатком одноступенчатых выпарных аппаратов является большой удельный расход тепла, который составляет 3000—8000 кДж/кг испарившейся воды. В многоступенчатых установ­ках удельный расход тепла меньше: 350—1400 кДж/кг.
       Циркулирующий по кон­туру газовый теплоноситель нагревается в теплообменнике и пос­тупает в контактный аппарат. Конструкция контактного аппарата может быть разной. Нагретый раствор направляется в испаритель­ную камеру, в которой более низкое давление. После испарения концентрированный раствор выводится частично из выпарной установки, а частично циркулирует.
       В выпаривателях с гидрофобными теплоносителями нагреваемый рас­твор контактирует с жид­ким гидрофобным теп­лоносителем. В качестве гидрофобных теплоносите­лей используются жидкий силикон, минеральные масла, парафины и пр.
       Данные выпарные установки имеют следующие преимущества: отсутствие отложений на поверхности нагрева; меньшая коррозия обору­дования; больший темпе­ратурный напор; меньшие капитальные затраты. Их недостатками являются необходимость использования большого количества гидрофобной жидкости; сложность сепарации теплоносителя от раствора дистиллята и кристаллов солей от теплоносителя; больший расход электроэнергии, низкая интенсивность теплообмена, большие сечения трубопроводов для перекачивания гидрофобных теплоносителей.
       С целью повышения интенсивности теплообмена предложено ис­пользовать в качестве теплоносителя твердые металлические или мине­ральные частицы. Интенсивность теплообмена рас­тет с увеличением скорости движения частиц, разности плотнос­тей твердых частиц и воды и теплопроводности частиц. Однако такие теплоносители вызывают эрозию оборудования, трудно транспортируются под давлением, вызывают отложение солей на поверхности, что требует ее очистки.