Випаровуванням називається процес підвищення концентрації сухої речовини в рідких розчинах. Випаровуванню піддають розчини різних солей, лугів, органічних та інших речовин.
У ряді випадків випаруваний розчин піддають подальшій кристалізації в апаратах, які спеціально пристосовані для цих цілей.
Тепло для випаровування, як правило, підводиться з потоком водяної пари, яку називають гріючою або первинною. Для її генерації затрачуються первинні енергоресурси в парогенераторах автономного паропостачання або паротурбінних установок.
Пара, що утворюється при випаровуванні киплячого розчину, називається вторинною.
Процеси випаровування проводять під вакуумом при атмосферному тиску і тиску вище атмосферного. Вибір тиску пов'язаний із властивостями випаровуваного розчину і можливістю використання теплоти вторинної пари.
Випаровування під вакуумом має певні переваги перед випаровуванням при атмосферному тиску, оскільки при пониженні тиску над розчином з’являється можливість проводити цей процес при низьких температурах порядку 50-700С, що важливо для термолабільних розчинів, які використовуються у харчових технологіях.
Застосування вакууму дає можливість використовувати як гріючий теплоносій вторинну пару самої випарної установки, що, як правило, реалізується у багатокорпусних схемних рішеннях. Надмірні потоки вторинної пари в багатокорпусних установках використовують в інших технологічних процесах і називають їх екстрапарами.
При випаровуванні при атмосферному тиску вторинна пара не використовується і, як правило, відводиться в атмосферу. Випаровування при надлишковому тиску пов'язано з підвищенням температури кипіння, відповідно необхідні більш високі параметри теплоносія.
Випаровування при атмосферному тиску, а іноді і випаровування під вакуумом проводять в однокорпусних випарних установках. Проте найбільш поширеними є багатокорпусні випарні установки, що складаються з декількох випарних апаратів (корпусів), у яких вторинна пара кожного попереднього корпусу спрямовується як гріюча у наступний корпус. При цьому тиск у корпусах (по ходу випаровуваного розчину) знижується так, щоб забезпечити необхідну різницю температур між вторинною парою з попереднього корпусу і розчином, що кипить у даному корпусі. У подібних установках первинною парою обігрівається тільки перший корпус.
Конструктивно випарний апарат є вертикальним кожухотрубним теплообмінником із сепаратором рідкої фази [34, 20]. Гріюча пара потрапляє у міжтрубний простір, а випаровуваний розчин - у трубний з центральною (чи виносною) циркуляційною трубою. Широко застосовується виокремлення сепаратора у вигляді самостійного компонента випарної установки.
На рисунках 6.1 і 6.2 наведені принципові схеми однокорпусної і трикорпусної випарної установки, що працюють під вакуумом зі споживанням гріючої пари, що виробляється у самостійній системі парогенерації, так званої котельної пари.
Рисунок 6.1 – Принципова схема однокорпусної випарної установки, що працює під вакуумом:
ВА – випарний апарат; КД – конденсатор вторинної пари; ВН – вакуум-насос; Нк – насос конденсатний; Нх – насос холодоносія; ГР – градирня; I, II,...,VII – лінії матеріальних потоків
Рисунок 6.2 – Принципова схема трикорпусної випарної установки, що працює під вакуумом:
Розглянемо принципову схему однокорпусної випарної установки. У гріючу камеру випарного апарата (у міжтрубний простір) подається насичена водяна пара, лінія I, де вона конденсується і виводиться по лінії II. У свою чергу, випарюваний розчин подається в апарат по лінії III, а відводиться по лінії IV.
При роботі у вакуумному режимі необхідне розрідження в робочій порожнині випарного апарата створюється за рахунок роботи конденсатора, який встановлений на лінії V для відкачування вторинної пари. Конденсат вторинної пари, який утворюється в конденсаторі, за допомогою конденсатного насоса виводиться за межі даної системи, лінія VI. При використанні конденсаторів змішувального типу з барометричною трубою конденсатний насос може не встановлюватися.
Для відкачування газів, що не конденсуються, конденсатор з'єднується з вакуум-насосом, лінія VII. У деяких випадках вакуум-насос також забезпечує відсмоктування повітря з гріючої порожнини випарного апарата. Як вакуум-насос, як правило, використовують водокільцеві вакуум-насоси або агрегати на їх базі.
У більшості випарних установок, що працюють під вакуумом як холодоносії, для конденсатора застосовується вода системи зворотного водопостачання зі скиданням тепла конденсації, що відводиться, на градирних. Для переміщення холодоносія через конденсатор використовуються відцентрові водяні насоси. При низькому тиску у випарному апараті для охолодження холодоносія застосовують холодильні машини.
Для схеми трикорпусної випарної установки, рис. 6.2, гріюча пара потрапляє тільки у перший корпус, лінія I, з виходом конденсату по лінії II-1. Вторинна пара першого корпусу по лінії V-1 надходить до гріючої камери другого корпусу і у вигляді конденсату виводиться по лінії II-2. Аналогічно вторинна пара другого корпусу використовується для кип'ячення розчину в третьому корпусі, лінії V-2 і II-3.
Переміщення розчину за даною схемою є прямотечійним стосовно гріючої пари у корпусах. Розчин входить в установку по лінії III і далі переходить з корпусу в корпус і виводиться по лінії IV. Оскільки тиск у корпусах зменшується від першого до останнього, то переміщення розчину по корпусах відбувається мимовільно і не вимагає насосного устаткування, без якого не можна реалізувати протитечійну схему між гріючою парою і розчином.
Приєднувана система вакуумування до останнього корпусу аналогічна схемі однокорпусної установки і включає устаткування, описане вище.
