Общие сведения и область применения выпаривания, способы выпаривания
Выпариванием называется концентрирование растворов практически нелетучих или мало летучих веществ в жидких летучих растворителях при температуре кипения раствора.
При выпаривании происходит частичное удаление растворителя из всего объема раствора при его температуре кипения. Поэтому выпаривание принципиально отличается от испарения, которое происходит с поверхности раствора при любых температурах ниже температуры кипения.
Получение высококонцентрированных растворов, практически сухих и кристаллических продуктов облегчает и удешевляет их перевозку и хранение.
Тепло для выпаривания можно подводить любыми теплоносителями, применяемыми при нагревании. Однако чаще всего в качестве нагревающего агента при выпаривании используют водяной пар, называемый греющим или первичным. Первичным служит любой пар, получаемый из парогенератора, либо отработанный пар.
Пар, образующийся при выпаривании кипящего раствора, называется вторичным.
Выпаривание можно проводить различными способами
– под вакуумом;
– под избыточным давлением;
– при атмосферном давлении.
Рассмотрим эти методы выпаривания, взяв за основу уравнение теплопередачи (5.12)
При выпаривании под вакуумом процесс можно проводить при более низких температурах, что особенно важно в случае концентрирования растворов веществ, склонных к разложению при повышенных температурах. При разрежении увеличивается полезная разность температур
между греющим паром и раствором, что позволяет при прочих равных условиях уменьшить поверхность нагрева аппарата. В случае одинаковой полезной разности температур при выпаривании под вакуумом можно использовать греющий пар более низких рабочих параметров (температура и давление). Применение вакуума позволяет использовать в качестве греющего агента кроме первичного пара вторичный пар самой выпарной установки, что снижает расход первичного греющего пара. Но наряду с этим применение вакуума ведет к увеличению стоимости выпарной установки, так как требуются дополнительные затраты на устройства для создания и поддержания вакуума, что увеличивает эксплуатационные расходы.
При выпаривании под давлением выше атмосферного получаемый вторичный пар можно использовать как для выпаривания, так и для других нужд. Вторичный пар, отбираемый на сторону, называют экстра-паром. Отбор экстра-пара позволяет лучше использовать тепло, чем при выпаривании под вакуумом. Однако выпаривание под избыточным давлением сопровождается повышением температуры кипения раствора. Поэтому данный способ используется лишь для выпаривания термически стойких растворов. Кроме того, для выпаривания под давлением необходимы греющие агенты с более высокой температурой.
При выпаривании под атмосферным давлением вторичный пар не используется и обычно удаляется в атмосферу. Такой способ выпаривания является наиболее простым, но наименее экономичным.
Выпаривание под атмосферным давлением проводят в одиночных выпарных аппаратах (однокорпусных выпарных установках). Но наиболее распространены многокорпусные выпарные установки, в которых вторичный пар каждого предыдущего корпуса направляется в качестве греющего в последующий корпус. При этом давление в последовательно соединенных (по ходу выпариваемого раствора) корпусах снижается так, чтобы обеспечить разность температур между вторичным паром из предыдущего корпуса и раствором, кипящим в данном корпусе, т.е. создать необходимую движущую силу процесса выпаривания. В этих условиях первичным паром обогревается только первый корпус. Поэтому в многокорпусных установках достигается значительная экономия первичного пара по сравнению с однокорпусными установками той же производительности.
Что это такое, каковы его цели?
Выпаривание – это сложный химический процесс, который осуществляется с целью концентрации раствора какого-либо твердого нелетучего вещества.
Данный процесс производится исключительно при условии кипения раствора, где растворитель начинает частичное испарение.
Этот химический процесс используется для выделения:
- растворенных веществ (называют «дистилляцией»);
- выделения нелетучих веществ в твердом состоянии, то есть кристаллизации или же концентрации растворов нелетучих веществ.
В качестве примера можно привести процесс приведения морской воды к пресному состоянию, в ходе которого чистый растворитель выделяется из раствора. В данном случае конденсируют получившийся водяной пар, а саму воду применяют для самых различных целей.
Чтобы довести до кипения выпариваемые растворы, применяется:
- Электрический тип нагревания.
- Нагрев раствора с помощью водяного пара.
- Использование носителей тепла, обладающих высокой температурой.
Самым популярным способом является нагрев раствора с помощью водяного пара, поскольку водяной пар обладает высокими характеристиками коэффициента теплоотдачи и удельной теплоты конденсации. Выпаривание, как правило, осуществляется в специальном химическом оборудовании.
Какова температура выпаривания воды?
Температура выпаривания – это температура, при которой происходит испарение жидкости.
Как правило, температура выпаривания воды составляет 100 градусов Цельсия. Однако и в этом случае есть отклонения от нормы.
Например, температура выпаривания соленой воды повышается на 10 градусов Цельсия, а температура выпаривания пресной воды зависит от высоты над уровнем моря:
- 3 градуса – при 500 м.;
- 7 градусов – при 1 тыс. м.;
- 3 градуса – при 2 тыс. м.,
- 90 градусов – при 3 тыс. м.,
- 7 градусов – при 4 тыс. м.;
- 80 градусов – при 6 тыс. м.
Данные расчеты также могут несколько изменяться при наличии каких-либо нелетучих примесей в воде.
Что можно разделить, а что нельзя?
Выпариванием можно разделять исключительно жидкости и твердые вещества, поскольку после полного испарения в специальной емкости может остаться только твердое вещество.
Способы и виды
Среди способов выпаривания выделяют:
- Простое выпаривание.
- Многократное выпаривание.
- Выпаривание с применением теплового насоса.
Простое выпаривание представляет собой процесс, при котором вторичный пар в однокорпусных установках не используется для выпаривания, а просто удаляется из специального аппарата.
Многократное выпаривание от простого отличается тем, что в многокорпусных установках вторичный пар, оставшийся в предыдущем химическом аппарате, используется в последующем аппарате в качестве греющего.
При этом необходимо, чтобы температура вторичного пара из первого аппарата была выше, чем температура кипения жидкости в последующем аппарате. При несоблюдении данного условия, вторичный пар не сможет использоваться в качестве греющего в следующем корпусе.
Следовательно, первый аппарат обогревается только первичным паром, а все последующие аппараты – вторичным паром. При этом давление при движении пара по аппаратам постепенно снижается, что приводит к уменьшению температуры кипения жидкости. Этот подход, в свою очередь, значительно уменьшает энергетические затраты.
С применением теплового насоса
Значительное уменьшение энергетических затрат также может быть достигнуто в выпарных установках при использовании теплового насоса.
В данном случае с помощью теплового насоса вторичный пар сжимается до определенного давления, которое полностью соответствует температуре первичного пара, а также возвращается в специальный аппарат в виде греющего пара, который смешивается с первичным паром.
Примеры в химии
Процесс выпаривания в химии применяется для выделения твердых растворимых веществ из жидких растворов. Чтобы произвести разделение веществ, необходимый раствор очень аккуратно нагревают в специальной выпарительной фарфоровой посуде.
После полного испарения жидкости, на дне посуды остаются все твердые вещества, которые ранее находились в составе раствора.
Если же необходимо получить крупные кристаллы из твердого вещества, то есть произвести кристаллизацию, то осуществлять процесс выпаривания необходимо очень медленно. Из жидкостей химическим путем чаще всего выпаривают соль и соду.
Какое оборудование используется?
Среди наиболее популярного оборудования для выпаривания выделяют:
- Аппарат с трубчатым нагревательным элементом.
- Аппарат с паровой рубашкой.
- Трехкорпусная вакуум-выпарная установка.
А также часто встречаются:
- вакуумные аппараты;
- роторные аппараты;
- пленочные аппараты;
- конденсаторы;
- вакуум-насосы;
- соединительные трубопроводы;
- пароструйные аппараты;
- вспомогательные устройства;
- коммуникации.
Аппарат с трубчатым нагревательным элементом
Данный химический аппарат состоит из емкости, которая имеет форму цилиндра, в которой закреплены трубные решетки в виде двух перегородок с развальцованными в них трубками. Греющий пар в данном случае поступает в пространство между трубками и хорошо их обогревает.
В этих трубках находится химический раствор, который необходимо выпаривать. Кроме того, можно осуществлять выпаривание жидкости в тонком слое, изменяя при этом размер трубок.
С паровой рубашкой
Этот аппарат представляет собой небольшую емкость, которая содержит в себе выпариваемый раствор. Пар в данном случае заходит в специальную «рубашку», через которую идет теплопередача. А соковые пары, тем временем, удаляются сверху.
Трехкорпусная вакуум-выпарная установка
Данная установка включает в себя три выпарных аппарата. Выпариваемый раствор по трубопроводу поступает в регулятор, а оттуда следом в выпарной аппарат.
Затем раствор идет по нижним трубкам и поднимается, а пар попадает в межтрубное пространство, отдает тепло, а затем удаляется через патрубок.
Формула и ее расшифровка
Формула материального баланса при однократном выпаривании по всему веществу: Gn = Gy + W, а по растворенному веществу: Gnxn = Gyxy,
- Gn, Gx – расходы упаренного и поступающего раствора;
- W – количество воды для выпаривания;
- xn, xy – начальная и конечная концентрации раствора.
Применение метода в обычной жизни
Процесс выпаривания нередко используется в быту. Например, для того, чтобы отделить поваренную соль или соду от жидкости, сахар от сиропа и так далее.
Выпаривание соли из воды
С самых древних времен люди осуществляли выпаривание соли из жидкости. В силу отсутствия каких-либо установок, этот процесс происходил естественным путем. Морская вода помещалась в какие-либо емкости, после чего за несколько дней происходило испарение воды и кристаллизация соли.
На сегодняшний день выпаривание соли из воды чаще всего осуществляют в лабораторных условиях, а не дома. Этот процесс включает в себя:
- Длительное растворение поваренной соли в чистой воде.
- Фильтрация полученного раствора от каких-либо посторонних примесей.
- Помещение сосуда с раствором над горелкой.
- Длительный прогрев раствора до полного испарения жидкости и образования соли в кристаллическом виде.
В промышленности применяются крупногабаритные установки, которые осуществляют выпаривание жидкости из солей в огромных количествах.
https://youtube.com/watch?v=fd52zhOFrpM%3Ffeature%3Doembed
Ознакомившись с информацией данной статьи, можно сделать вывод, что выпаривание – это довольно сложный и емкий процесс с точки зрения химии, однако очень легко исполнимый в повседневной жизни.
Этот химический процесс позволяет людям отделять любое твердое вещество от жидкости за очень короткое время путем нагревания раствора.
А какова Ваша оценка данной статье?
Процесс выпаривания. Типы выпарных аппаратов
Выпаривание – это концентрация раствора какого-либо нелетучего твердого вещества. Этот процесс происходит при обязательном условии кипения жидкости, когда растворитель начинает частично испаряться.
Выпаривание используют для того, чтобы иметь возможность провести дистилляцию (выделить растворенные вещества), кристаллизацию (нелетучие вещества выделяются в твердом состоянии) или концентрацию растворов нелетучих веществ.
Ярким примером выпаривания, когда из раствора выделяется чистый растворитель, является приведение к пресному состоянию морской воды. В этом случае получившийся водяной пар конденсируют и такую воду впоследствии применяют для разных целей.
Для того чтобы выпариваемые растворы нагревались до кипения, пользуются следующими способами:
- нагрев с помощью водяного пара;
- носители тепла с высокой температурой;
- электрический тип обогрева.
Водяной пар является самым популярным вариантом за счет своих высоких характеристик удельной теплоты конденсации и коэффициента теплоотдачи.
Выпаривание обычно осуществляют в специальном выпаривающем оборудовании, которое имеет свои виды по принципу действия.
Выпарные аппараты делятся на
- Непрерывно действующие
В этом случае в аппарат непрерывно подают раствор, получают нужную концентрацию, а упаренный раствор также непрерывно из него выводят. - Периодические
Периодическое выпаривание проводят с целью получения концентраций высокой степени при условии малой производительности оборудования. При этом в аппарат подают раствор, затем выпаривают его до нужного состояния концентрации, обязательно сливают и опять загружают новую дозу того же раствора.
В области химической промышленности чаще используются выпарные установки непрерывного действия, имеющие большую производительность из-за внушительной нагревающейся поверхности. Ее объем в одном аппарате может достигать до 2500 м2.
Однако в химической технологии не меньшей востребованностью пользуются и выпаривающие агрегаты поверхностного варианта, в частности, вертикальные трубчатые, отличающиеся непрерывным действием парового обогрева.
Выпарное оборудование также делят на несколько видов по принципу движения в них кипящей жидкости:
- приборы со свободной циркуляцией;
- приборы с естественной циркуляцией;
- приборы с принудительной циркуляцией;
- выпарные аппараты пленочного типа (к ним же относят оборудование роторного типа).
Аппарат с естественной циркуляцией, который имеет трубу вскипания и вынесенную нагревающую камеру. В данном приборе раствор циркулирует из-за разницы показателей плотности в отдельных местах аппарата. Раствор, подвергаемый выпариванию, нагревается, поднимаясь по трубам, и вскипает по мере своего подъема. Образовавшуюся смесь пара и жидкости определяют в специальный разделитель (сепаратор), где и проводят отделение паровой и жидкой фаз друг от друга.
При этом высота пространства, где образуется пар, обязательно должна удовлетворять условиям прохождения полной сепарации капель жидкости из пара, которые потом выбрасываются через кипятильные трубы. Далее вторичный пар снова пропускают через сепаратор и освобождают брызгоотделитель от капель, а сам раствор по циркуляционной трубе возвращается в нагревающую камеру.
В подобных аппаратах легче всего проходит очищение поверхности от разного рода отложений, потому что за счет открытой верхней крышки нагревающей камеры упрощается доступ к трубам.
Условия для особо активной циркуляции раствора создаются за счет того, что сама циркуляционная труба практически не нагревается, а плотность раствора в выносной циркуляционной трубе намного больше, чем в прочих циркуляционных трубах, которые размещены в нагревающих камерах. Это не дает образовываться на поверхности отложениям и обеспечивает относительно большую скорость циркуляции раствора.
Чтобы более детально понять, как происходит процесс выпаривания, имеет смысл рассмотреть, как устроены выпарные аппараты:
Все варианты конструкций выпарного оборудования, которое находит применение в промышленности, классифицируют:
- по виду нагревательной поверхности (змеевики, трубчатки или паровые рубашки);
- по виду теплоносителя (носители тепла с высокой температурой, электроток, водяной пар и т.д.);
- по расположению нагревательной поверхности (приборы, имеющие вертикальную, горизонтальную или и вовсе наклонную нагревательную камеру);
- в зависимости характера движения теплоносителя внутри или снаружи труб нагревательной камеры.
Однако более важным признаком для классификации всех выпарных аппаратов, считают кратность и вид циркуляции раствора, поскольку именно эти показатели лучше всего характеризуют интенсивность их работы.
В связи с этим выпарное оборудование делят на подвиды:
- выпарные аппараты со свободной (неорганизованной), естественной направленной и принудительной циркуляциями;
- прямоточные аппараты, где раствор выпаривается всего за один свой проход через аппарат, минуя циркуляцию раствора, и аппараты, работающие с многократной циркуляцией раствора;
- в зависимости от того, как организован процесс выпаривания, выделяют аппараты с периодическим и непрерывным действием.
Самыми распространенными, считаются конструкции следующего оборудования:
Аппараты, имеющие центральную циркуляционную трубу и внутреннюю нагревательную камеру.
В нижнем отсеке вертикального корпуса агрегата есть специальная нагревательная камера. Она включает в себя циркуляционную трубу внушительного диаметра, которую устанавливают по оси камеры, и две трубные решетки, в которых закрепляют часто развальцованные кипятильные трубы примерной длинной 3-4 м. В пространство между нагревательной камерой и трубой подают горячий пар.
Раствор попадает в аппарат над решеткой верхней трубы и опускается вниз по циркуляционной трубе, а потом идет вверх по кипятильным трубам и вскипает на расстоянии от их нижних краев. Вот почему почти по всей длине труб смесь жидкости и пара идет вверх, наращивая содержание пара по мере движения.
Далее вторичный пар подается в сепарационное поле, где брызгоуловитель меняет направление потока пара, и от него, за счет действия сил инерции, отделяется унесенная влага. Затем вторичный пар удаляют через специальный штуцер вверху прибора, а упаренный раствор поступает в коническое дно аппарата, где его убирают через нижний штуцер как конечный или промежуточный результат.
Циркуляция раствора в подобном агрегате идет из-за разности его плотности в циркуляционной трубе и смеси жидкости и пара в кипятильных трубах. Необходимая разность плотностей объясняется тем, что поверхность обмена теплом каждой из кипятильных труб в соотношении с единицей объема упаренного раствора, намного превышает аналог циркуляционной трубы. Это происходит за счет того, что поверхность трубы имеет линейную зависимость от диаметра, а объем в ней жидкости прямо пропорционален квадрату диаметра. Вот и получается, что образование пара в кипятильных трубах должно проходить намного интенсивней, чем в циркуляционных аналогах, а вот плотность раствора в них становится ниже, чем в этом виде трубы.
Как результат происходит естественная циркуляция, которая улучшает передачу тепла и не дает накипи образовываться на поверхности при теплообмене.
В приборах такой конфигурации циркуляционная труба нагревается паром, как и кипятильная, а это уменьшает разность смеси жидкости и пара и плотностей раствора, что может привести к нежелательному образованию пара в циркуляционной трубе. Существенным недостатком таких аппаратов также является и жесткое крепление труб, которое не дает увеличить разность корпуса прибора и тепловых удлинений труб.
Агрегаты с выносной нагревательной камерой
При условии расположения нагревательной камеры не внутри, а вне корпуса прибора, появляется возможность увеличения интенсивности процесса выпаривания за счет повышения длины кипятильных труб, а также посредством увеличения разницы плотностей смеси жидкости и пара и жидкости в циркуляционном контуре.
Аппарат, имеющий выносную нагревательную камеру, содержит кипятильные трубы длиной до 7 м. Его работа при естественной интенсивной циркуляции объясняется тем, что сама циркуляционная труба не подвергается нагреву, а опускной и подъемный отсеки циркуляционного контура отличаются достаточно приличной высотой.
Выносную нагревательную камеру можно быстро отделить от корпуса прибора, это помогает облегчить ее ремонт и ускорить процесс ее чистки. Ремонт и проверку нагревательной камеры с легкостью проводят с помощью присоединения к корпусу двух нагревательных камер, не совершая при этом полную остановку агрегата (в этом случае лишь чуть-чуть временно снижается его производительность).
Начальный раствор подают под нижнюю решетку трубы нагревательной камеры, где он поднимается по кипятильным трубам и выпаривается, но иногда раствор подают сразу в циркуляционную трубу. Вторичный пар и жидкость разделяют в сепараторе, жидкость спускается по циркуляционной трубе, которая не подвергается обогреванию и перемешивается с начальным раствором, затем весь круг циркуляции происходит заново. Вторичный пар проходит через брызгоуловитель, и его убирают через верхнюю часть сепаратора, а упаренный раствор забирают через нижний штуцер как конечный или промежуточный результат.
Скорость циркуляции в оборудовании с выносной нагревательной камерой, порой, достигает до 1.5 м/с, поскольку это позволяет выпаривать кристаллизующиеся и концентрированные растворы, нисколько не боясь, что поверхность теплообмена быстро загрязнится.
Из-за своей гибкой универсальности, хорошей передаче тепла и удобству в использовании, хорошей теплопередачи именно такие приборы заслуженно получили широкое применение и большую популярность.
В некоторых видах конфигурации приборов с выносной нагревательной камерой нет циркуляционной трубы, и тогда они становятся аналогами прямоточных аппаратов с удаленной циркуляционной трубой. В таких условиях процесс выпаривания протекает за один прогон раствора сквозь нагревательную камеру. Однако с помощью выпарных аппаратов прямоточного вида не получится выпаривать кристаллизирующиеся растворы.
Приборы с выносными циркуляционными трубами
При использовании выпарных аппаратов с естественной циркуляцией раствора, ее можно усилить, если в опускном отсеке циркуляционного контура, сам раствор охлаждать. За счет таких манипуляций существенно увеличивается показатель скорости естественной циркуляции в данных аппаратах. Если циркуляционные трубы располагаются вне корпуса аппарата, то можно уменьшить диаметр нагревательной камеры в соотношении с камерой самого прибора, а также более компактно разместить циркуляционные трубы по периметру нагревательной камеры.
Конфигурации подобных аппаратов более сложны, однако в них можно получить более интенсивную передачу тепла и уменьшить расход металла на нагревательной поверхности, что намного целесообразнее, к примеру, в сравнении с приборами, в которых используется центральная циркуляционная труба или подвесная нагревательная камера.
Вертикальные агрегаты для выпаривания с естественно-направленной циркуляцией
С помощью приборов этого варианта, процесс выпаривания происходит при естественной и многократной циркуляции раствора. Эти аппараты имеют ряд преимуществ перед аппаратами других конфигураций, а потому и получили широкое применение в промышленности.
Главным плюсом подобного оборудования для выпаривания считается улучшение процента отдачи тепла в соотношении с раствором при его многократной циркуляции в замкнутом контуре, что сильно снижает отложение накипи на трубах. За счет того, что такие аппараты компактны, они занимают совсем мало производственного места и тем самым более удобны для проверки или ремонта. Развитие конфигурации подобных приборов происходит в области усиления естественной циркуляции, а это становится возможным с помощью увеличения разницы веса между смесью пара и жидкости в подъемном отсеке контура и столбов жидкости в опускной трубе.
Такую разницу достигают с помощью следующих мер:
- увеличение высоты подъемных (кипятильных) труб и интенсивности образования в них пара с целью понизить плотность смеси жидкости и пара, которая образуется из кипящего раствора;
- повышение качества естественного способа охлаждения циркуляционной трубы с целью повышения плотности опускающейся в ней жидкости;
- поддержание нужного уровня жидкости в опускной трубе с целью уравновесить столб смеси жидкости и пара при определенной скорости движения этой смеси в подъемных трубах.
Выпарные аппараты с вынесенной зоной кипения
В аппаратах с естественной циркуляцией раствор движется со скоростью 0.2-1.5 м/с и, по этой причине становится невозможным предотвратить отложение на поверхности, где происходит теплообмен, твердых осадков. Именно поэтому аппарат приходится иногда останавливать для его очистки, а это значит, что снижается производительность прибора и растет стоимость использования.
В процессе выпаривания кристаллизирующихся растворов, загрязнение поверхности, на которой происходит теплообмен, можно значительно уменьшить, если повысить скорость циркуляции раствора и вынести зону его кипения за нагревательную камеру.
В приборе, где зона кипения вынесена, выпариваемый раствор проходит в нагревательную камеру снизу и когда поднимается по трубам вверх, он не закипает, за счет гидростатического давления. Выходя из кипятильных труб, он попадает в трубу вскипания в нижней части разделителя над нагревательной камерой. Из-за пониженного давления в данной трубе раствор вскипает и получается, что весь процесс образования пара протекает вне пределов нагрева.
Далее циркулирующий раствор спускается по наружной трубе, не подверженной нагреву, а упаренный раствор отводится из специального кармана в нижнем отсеке сепаратора. Вторичный пар проходит отбойник, брызгоуловитель и, его удаляют с поверхности аппарата. Затем исходный раствор поступает в нижний отсек аппарата под решетку трубы нагревательной камеры, или в саму циркуляционную трубу сверху.
Кипящий раствор в этом случае не имеет точек соприкосновения с поверхностью, где происходит теплообмен, что снижает отложение накипи, а из-за широкой поверхности испарения, которая получается за счет объема кипящего раствора и некоторого самостоятельного испарения капель, уносимых с вторичным паром, намного снижается брызгоунос.
Из-за большого перепада температур между раствором и нагревающим паром, а также небольшого снижения напора в области кипения, скорость циркуляции в таких аппаратах развивается до 1.8-2 м/с. Подобный рост скорости увеличивает производительность и интенсивность теплообмена, что отражают коэффициенты теплопередачи. В таком оборудовании они имеют величину дот 3000 вт/.
Приборы для выпаривания с вынесенной зоной кипения эффективно применяют при выпаривании кристаллизующихся растворов с умеренной вязкостью.
Где применяют выпарные аппараты
Конфигурация выпарного аппарата должна соответствовать установленным требованиям и иметь:
- простоту устройства;
- надёжность в использовании;
- высокую производительность и активность теплопередачи при возможно меньших объемах прибора и расходе металла на его производство;
- легкость очистки поверхности теплообмена;
- удобство осмотра, ремонта и замены отдельных частей.
Выбор материала выпарного прибора и его конфигурации также определяется в каждом индивидуальном случае химическими и физическими свойствами самого выпариваемого раствора:
- кристаллизуемость;
- температурная депрессия;
- термическая стойкость;
- химическая агрессивность;
- вязкость и др.
Высокие показатели коэффициентов теплопередачи и производительности получают за счет повышения скорости циркуляции раствора, но в качестве побочного эффекта увеличивается расход энергии на процесс выпаривания и снижается необходимая разность температур, поскольку при постоянном режиме температуры нагревающего пара с одновременным ростом гидравлического сопротивления, растет и температура кипения раствора. И эти противоречия должны обязательно учитываться при экономическом и техническом сравнении при выборе типа аппарата.
При проведении выпаривания растворов с маленькой вязкостью (~8*10-3 Па) без кристаллизации, используются выпарные аппараты с многократной естественной циркуляцией вертикального типа.
Лучшими из них себя зарекомендовали приборы с выносными циркуляционными трубами, которые не обогревают, и такого же типа нагревательной камерой.
Выпаривание растворов без получения кристаллов с большой вязкостью (до ~0.1 Па), обычно проводят в оборудовании с принудительной циркуляцией и чуть реже – в роторных аппаратах прямоточного типа или варианте аналогичных приборов с падающей плёнкой.
В роторных аппаратах прямоточного типа образуются более благоприятные обстоятельства для выпаривания растворов, которые имеют особую чувствительность к высоким температурам.
Приборы для выпаривания с принудительной циркуляцией чаще всего применяются для выпаривания вязких растворов или получения кристаллов. Такие растворы имеют достаточную эффективность выпаривания и в приборах с вынесенной зоной кипения, которые работают в условиях естественной циркуляции. Подобные аппараты при получении кристаллов из кристаллизирующихся растворов, могут составить достойную конкуренцию выпарному оборудованию с циркуляцией принудительного типа.
Если же растворы сильно пенятся, имеет смысл использовать приборы для выпаривания с поднимающейся пленкой.
Назначение и способы ведения процесса выпаривания. Сравнительная оценка эффективности. Удельный расход греющего пара.
Выпаривание- пр-с удаления растворителя из р-ра путем перевода его в парообразное сост. с последующим отводом паров. Этот пр-с примен-ся для: 1) удлинения сроков хранения жидк. прод. 2) для получения новых прод. 3) для снижения транспорт-х и складских расходов. При выпар-и происходит удаление части растворителя из обрабатываемого р-ра. В связи с эти в р-ре увел. сод-е раствореного в-ва. Тепло для выпр-я можно подводить любыми теплоносителями, применяемыми при нагревании. В большинстве случаев в качестве греющего агента при выпр-и исп-ют водяной пар, кот. наз. греющим или первичным. Пар, образующийся при выпар-и кипящего р-ра, наз-ся вторичным. Пр-с вып-я можно проводить при изб., атм. и вак. давлениях. Чаще всего исп-ся апп-ты кот. работают при давлениях меньше атм. и поэтому эти апп-ты наз. вакуумвыпарными. Выпар-е может осуществляться в одном апп-те или в нескольких. Если выпар-е в одном апп-те, то этот пр-с наз. однокорпусным или простого выпаривания. Если исп-ся несколько апп.(до 9), то пр-с будет проходить и наз. многокорпусным выпар-ем. В многокорпусных выпарных установках, состоящих из нескольких выпарных апп-ов или корпусов, вторичный пар каждого предыдущего корпуса направляется в качестве греющего в последующий корпус. При этом давление в последовательно соединенных (по ходу выпариваемого р-ра) корпусах снижается, чтобы обеспечить разность температур.
Выпаривание- пр-с тепловой. Движущая сила- разность t между греющим агентом и сгущающим продуктом.
Однокорпусная вакуум-выпарная установка. Схема, принцип работы. Уравн-е материальных балансов пр-са выпаривания.
Рис – схема однокорпусного выпарного аппарата
На рис представлен аппарат с естественной циркуляцией р-ра с внутренней центральной циркуляционной трубе. Аппарат сост. из теплообменного устройства- нагревательной(греющей) камеры 1 и сепаратора 2. Камера и сепаратор могут быть объединены в одном аппарате или камера может быть вынесена и соединена с сепаратором трубами. Камера обогревается обычно водяным насыщенным паром, поступающим в ее межтрубное пространство. Конденсат отводят снизу камеры. Поднимаясь по трубам 3, выпариваемый р-р нагревается и кипит с образ-ем вторичного пара. Отделение пара о жидк. происходит в сепараторе 2. Освобожденный от брызг и капель вторичный пар удаляется из верхней части сепаратора. Часть жидк. опускается по циркуляционной трубе 4 под нижнюю трубную решетку греющей камеры. Вследствие разности плотностей р-ра в трубе 4 и парожидкостной эмульсии в трубах 3 жидк. циркулирует по замкнутому контуру. Упаренный(сконцентрированный) р-р удаляется через штуцер в днище аппарата.
Имеются также конструкции выпарных ап-в без циркуляционной трубы. Если выпар-е производится под вакуумом, то вторичный пар отсасывается в конденсатор паров, соединенный с вакуум-насосом.
Составление ур-я материальных балансов:
1=u+x, 1-x=u- влажность прод. или сод-е растворителя; x=1-u- сод-е раствор-го в-ва; Gн(1-uн)=Gк(1-u к).
Эта система ур-я материального баланса позволяет определить при известных параметрах недастающего.
Подставляем в ур-е 1:
W- расход (количество удаляемой влаги); G- расход исходного прод.(кг/с); xн , xк- массовые доли раств-го в-ва в исходном прод.и в сгущённом прод.в долях или в %.
Мы поможем в написании ваших работ!