В настоящее время во многих промышленных производствах широко используются выпарные аппараты с погружными горелками (аппараты погружного горения). Принцип работы этих аппаратов заключается в том, что газообразное или жидкое топливо сжигается в горелке, выхлопной патрубок которой погружен в выпариваемую жидкость. Распределяющиеся в виде пузырей и струек горячие продукты сгорания передают тепло выпариваемому раствору и при этом образуется большая площадь поверхности соприкосновения фаз, обеспечивается хорошее перемешивание и интенсивный тепло- и массообмен. Как правило, в таких аппаратах температура уходящих дымовых газов незначительно отличается от температуры раствора. Отсутствие твердой теплопередающей поверхности позволяет применять их для нагревания и выпаривания агрессивных растворов; растворов, образующих накипь и шлам на поверхностях выпарных аппаратов, а также очень вязких растворов.
Коэффициент использования теплоты сгорания топлива при этом способе выпаривания растворов достаточно высокий и достигает 90—95 %.
Схема выпарной установки с погружным горением газа показана на рис. 38. Природный газ с помощью газодувки через ресивер по трубопроводу поступает в смесительную камеру погружной горелки.
Аналогичным образом сжатый воздух после компрессора поступает в ресивер, а затем по трубопроводу подводится к смесительной камере погружной горелки.
Из смесительной камеры горячая смесь поступает в погружную горелку, где она сгорает и образует газы, барботирующие через раствор. Аппарат с погружной горелкой представляет сосуд цилиндрической формы с коническим днищем, в котором протекают процессы нагрева и выпаривания раствора. Для защиты выпарного аппарата от коррозии, вызываемой агрессивным действием раствора, внутренние поверхности стенок футерованы кислотостойким материалом.
Для поддержания в аппарате постоянного уровня жидкости раствор подают с помощью регулирующего вентиля, с таким расчетом, чтобы при выпаривании раствора не нарушался уровень затопления горелок.
Рис. 38. Схема выпарной установка с погружным горением газа:
1 — газодувка с ресивером для газа; 2 — компрессор для воздуха с ресивером; 3 — отстойник; 4 — эрлифтное устройство; 5— взрывная мембрана; 6 — конденсатор; 7 — расходный бачок; 8 — центробежный насос; 9 — бак для раствора; 10 — регулирующий вентиль для подачи раствора; 11 — погружная горелка; 12 — выпарной аппарат; 13 — шнековый питатель; 14 — центрифуга; 15 — ленточный транспортер готового концентрата.
Если при выпаривании раствора выделяются кристаллические соли, то аппарат снабжают эрлифтным устройством для непрерывного удаления солей и концентрированного раствора в отстойник.
В отстойнике концентрированный раствор осветляется при осаждении кристаллических солей, которые через нижний штуцер поступают в отстойную центрифугу. Избыток раствора из отстойника в виде готового продукта поступает через боковой штуцер, а затем по трубопроводу — потребителям для дальнейшей переработки.
При работе погружной горелки в выпарном аппарате непрерывно образуется парогазовая смесь, которая собирается над жидкостным пространством в аппарате. Эта смесь отводится по трубе в теплообменник — конденсатор, где она охлаждается (конденсируется) поступающим раствором. При этом в теплообменнике происходит конденсация водяных паров и подогрев раствора, поступающего в выпарной аппарат. Конденсат отводится через нижний штуцер теплообменника, а дымовые газы выбрасываются по вытяжной трубе или поступают в абсорбер.
Несмотря на сложность устройства установок погружного горения, они отличаются своей прогрессивностью в создании непрерывно действующих ВУ для растворов, которые в обычных аппаратах выпаривать очень трудно.
Недостатком барботажного нагрева является необходимость питания горелки газом и воздухом среднего (до 2 · 10 Па) давления из-за значительного сопротивления столба жидкости. В зависимости от расхода горючей смеси температура в туннеле горелки колеблется от 1100 до 1700 °С, температура уходящих газов примерно равна температуре наполнителя.
Современные выпарные аппараты с погружными горелками применяются для выпаривания (концентрирования) слабых растворов серной, соляной, фосфорной и других минеральных кислот, а также растворов солей и в установках для обработки сточных вод.
