Физическая сущность процесса выпаривания

Виды выпаривания

1. Простое однокорпусное выпаривание

2. Многократное или многокорпусное выпаривание. Это выпарные установки, состоящие из нескольких выпарных аппаратов, или корпусов, в которых вторичный пар каждого предыдущего корпуса направляется в качестве греющего в последующий корпус.

3. Выпаривание с тепловым насосом. Применение теплового насоса позволяет сэкономить первичный пар.

Два последних способа энергетически выгодны.

При больших производительностях (от нескольких кубических метров выпариваемого раствора в час и выше), что характерно для промышленности, выпаривание проводят по непрерывному принципу. В аппаратах непрерывного действия обычно создают условия для интенсивной циркуляции раствора, т.е в таких аппаратах гидродинамическая структура потоков близка к модели идеального смешения. Поэтому концентрация раствора в таких аппаратах ближе к конечной, что приводит к ухудшению условий теплопередачи.

Периодическое выпаривание проводят при малых производительностях и необходимости упаривания раствора до существенно высоких концентраций.

Процесс выпаривания проводят ввыпарных аппаратах (ВА) Схематично процесс выпаривания можно представить

Как указывалось, однокорпусная выпарная установка включает в себя лишь один аппарат. Рассмотрим принципиальную схему одиночного непрерывно действующего выпарного аппарата с естественной циркуляцией раствора на примере аппарата с внутренней центральной циркуляционной трубой.

1. Нагревательная камера;

2. Сепаратор;

3. Брызгоотбойник;

4. Каплеуловитель;

5. Штуцер для подачи исходного раствора;

6. Штуцер для вывода упаренного раствора;

7. Штуцер для ввода греющего пара;

8,9 Штуцера для отвода конденсата и вторичного пара соответственно.

Поверхность теплопередачи на единице объема в маленькой трубке больше, раствор в ней кипит лучше, поэтому там образуется парожидкостная смесь с большим содержанием вторичного пара. В большой трубе жидкость опускается, а в кипятильных трубках поднимается. Происходит циркуляция, с увеличением циркуляции увеличится коэффициент теплоотдачи.

Кроме этого, циркуляция предотвращает отложение солей на кипятильных трубах.

Из кипятильных труб пар выбрасывается с большой скоростью и ударяется о брузгоотбойник. Большие капли возвращаются в низ, мелкие улавливаются каплеуловителем и возвращаются в раствор.

Физическая сущность процесса: к раствору через разделяющую стенку подводится теплоноситель, который нагревает раствор. В результате из раствора удаляется летучий растворитель. Более концентрированный раствор удаляется из аппарата.

Материальный баланс выпарного аппарата для непрерывного процесса записывают при допущении, что отсутствует унос нелетучего продукта вместе с каплями, попадающими из кипящего раствора во вторичный пар. Для этих условий материальный баланс по общему количеству продуктов представляют в следующем виде:

(1)

по нелетучему продукту

(2)

где G_н, G_к – расходы соответственно исходного и упаренного растворов, кг/с

х_н и х_к – концентрации соответственно растворенного продукта в исходном и упаренном растворе, кг продукта на 1 кг раствора

W – выход вторичного пара, кг/с.

Из уравнений 1 и 2 можно определить расходы упаренного раствора и выход растворителя (вторичного пара):

(3, 4)

а также конечная концентрация упаренного раствора: (5)

Расход теплоты на проведения процесса определяют из уравнения теплового баланса, записанного в следующем виде:

(6)

где D – расход греющего пара, кг/с;

Н_г, Н_в.п. – энтальпии соответственно греющего и вторичного паров, Дж/кг;

Н_н, Н_к, Н_г.к. – энтальпии соответственно исходного и упаренного растворов и конденсата греющего пара, Дж/кг;

Q_п – расходы теплоты в окружающую среду, Дж/с.

Упрощенном виде запишем тепловой баланс смешения упаренного раствора и испаренной воды при температуре кипения t_кип., сделав допущение о постоянстве с_н в интервале температур от t_н до t_к, в виде

(7)

где с_н, с_к, с_в – теплоемкости соответственно исходного и упаренного растворов и растворителя, Дж/кг

Q_конд. – теплота концентрирования раствора в интервале изменения концентрации от х_н до х_к, Дж/с

Теплота концентрирования численно равна теплоте растворения, но с обратным знаком.

Дата добавления: 2014-01-04