5.5.2 Отвод теплоты

Для отвода теплоты при охлаждении жидкостей, газов или при конденсации паров применяются охлаждающие агенты.

В качестве охлаждающих агентов используют воду, воздух, низкотемпературные жидкости.

Охлаждение водой используют при достижении температур охлаждаемой среды на уровне 10…30°С. Достигаемая температура охлаждения зависит от начальной температуры воды (речная, прудовая и озерная в зависимости от времени года имеет температуру 4…25°С; артезианская вода-8…12°С; оборотная в летних условиях - около 30°С).

С целью снижения выделения растворенных в воде солей, вызывающих отложение водяного камня на поверхности труб, температура воды, выходящей из теплообменника, не должна превышать 40…50 С.

Расход охлаждающей воды определяется из уравнения теплового баланса:

, (5.39)

откуда

. (5.40)

Более низкие температуры охлаждения достигаются при использовании низкотемпературных жидких хладагентов. К их числу относятся жидкий аммиак, фреоны (хладоны), диоксид углерода, холодильные рассолы (водные растворы хлоридов натрия, магния или кальция, замерзающие при низких температурах).

5.6 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)

, м ,

где - полезная разность температур или движущая сила процесса.

, (5.41)

где - температура греющего пара.

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.