3.2 Тепловіддача випарних апаратів

Рівняння теплового балансу випарного апарата виражається наступним рівнянням:

,

де D - паропродуктивність, кг/ч;

η_п – коефіцієнт, що враховує втрати тепла в навколишнє середовище;

i_п, i_к – ентальпії пари й конденсату, Кдж/кг;

G_p – витрата розчину, кг/с;

С_p – теплоємність розчину, Кдж/кгк;

T_р, t_р початкова й кінцева температура розчину, °С.

Поверхня нагрівання випарного апарата визначають із рівняння теплопередачі:

α₁ - коефіцієнт тепловіддачі від конденсату до внутрішніх стінок трубок;

α₂ - коефіцієнт тепловіддачі до киплячого розчину;

α - визначається в залежності типу й конструкції випарного апарата: 1) При кипінні зі штучною циркуляцією при тепловому навантаженні q=30-46кВт/м²

α приблизно можна розрахувати використовуючи рівняння подоби змушеного конвективного теплообміну без зміни агрегатного стану розчину:

,

де критерій Прандтля, у якому значення фізичних констант беруться при температурі стінки, t°.

ε_е – виправлення, що враховує відношення довжини трубки до її діаметра d.

2) При природній циркуляції розчину використають рівняння подоби для пузирчатого кипіння:

,

Де К - число Якоба, і його значення визначається в такий спосіб:

коефіцієнт теплопровідності й щільність рідини (розчину);

щільність пари кг/м³ ;

щільність пари при Р=9,8кПа; кг/м³ .

С- теплоємність розчину, кдж/кгк

μ – динамічна в'язкість розчину, Нс/ м²;

σ - поверхневий натяг рідини, н/м;

r - теплота паротворення, Дж/кг;

q – щільність теплового потоку, Вт/м²

w - добуток середнього діаметра пухирців, що виникають при кипінні, на число пухирців, які утворяться в одиницю часу, м/с.

; ці формули використаються при q=9-150 квт/м² і Р_атм =0,1-72атм

3.2 Класифікація випарних апаратів й установок, їх застосування

1.За принципом роботи випарні установки діляться на періодичні й безперервного діючі.

У періодично діючу рідину подається в апарат, випарюється до необхідної більше високої концентрації, потім упарений розчин віддаляється з апарата. Порожній апарат знову наповнюється неконцентрованим розчином. Періодичне випарювання застосовується при невеликій продуктивності установки або коли згущена рідина не піддається відкачці насосом або в тих випадках, коли потрібно випарити весь розчинник.

В апаратах безперервної дії неконцентрований розчин безупинно подається в апарат, а упарений (міцний) розчин безупинно приділяється з нього. У порівнянні з періодично діючими, апарати безперервної дії більше економічні в тепловому відношенні, тому що в них відсутні втрати, які пов'язані з витратою тепла на періодичний розігрів апарата. У більшості випадків апарати безперервної дії компонуються в так називані багатокорпусні випарні установки, у яких розчин, що випарюється, послідовно проходить через ряд окремих апаратів. У кожному, послідовному апарату встановлюється більша концентрація розчину, чим у попередньому.

2. По тиску усередині апарата розрізняють випарні апарати, що працюють при надлишковому, атмосферному тиску й вакуумі.

Вакуум застосовують у наступних випадках:

а) коли розчин під впливом високої температури розкладається, змінює кольори, захід (цукор, молоко).

б) коли розчин при атмосферному тиску має високу температуру кипіння; тобто має велику фізико-хімічну температурну депресію й вимагає високих параметрів пари, що гріє (розчин аміачної селітри, їдкого калію);

в) коли, що гріє теплоносій, має низьку температуру й, отже, потрібно знижувати температур кипіння розчину;

г) для збільшення розташовуваного температурного періоду в багатокорпусній установці.

3. По теплоносії, що гріє, найбільше застосування відведене випарним установкам з паровим обігрівом; з обігрівом високотемпературними теплоносіями (гарячим маслом) - застосовують тільки в періодично діючих апаратах, невеликій продуктивності й потребуючій високій температурі обігріву; з обігрівом топковими газами (при концентруванні розчинів у розпиленому стані, тобто практично, властивим розчинам); з електрообігріванням методами електричного опору або індукційних струмів ( застосовують тільки в лабораторних випарних апаратах).