Выпарные установки

       Концентрирование сточных вод с последующим выделением растворенных веществ используется для обессоливания сточных вод. Процесс состоит из двух стадий: ко­центрирования сточных вод (в выпарных аппаратах и установках кристаллизации) и выделения сухого остатка (кристаллизацией, сушкой, сжиганием в печах). Метод позволяет использовать как полученную обессоленную 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 нагрева. 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 0,4 МПа; диаметр ротора 0,92 м; 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 вакуум-выпарных установка 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 выпарных установках.
       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 выпарных установках 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.