Лекція № 20 Випарювання
Випарювання – це процес концентрування розчину, шляхом видалення частини розчинника при кипінні. Випарювання відрізняється від процесу випаровування тим, що якщо випаровування відбувається з поверхні розчину при будь-якій температурі, то випарювання шляхом пароутворення з об’єму розчину при кипінні.
Випарювання застосовується в основному для збільшення концентрації розчину нелетких або мало летких компонентів розчину (солей, лугів, багатоатомних спиртів і т.д.), як самостійна технологічна операція або як підготовча перед кристалізацією.
Під час випарювання утворюється пара розчинника (води, етилового спирту, ацетону), який після конденсації отримують в чистому вигляді. Тому випарювання використовують також для отримання чистих розчинників (приклад – дистильована вода).
Оскільки для випарювання як теплоносій найчастіше використовують водяну гріючу пару, то цю пару в процесі називають первинна або гріюча.
Пари розчинника, які виділяються в процесі кипіння називають вторинною парою.
Варіанти проведення процесу
1) під вакуумом
2) під тиском
3) при атмосферному тискові
В умовах вакууму температура кипіння зменшується.
Переваги:
1) можна використовувати для нагрівання гріючу пару з низькими параметрами (Рнас, tконд)
2) застосовується для розчинів, які при високих температурах втрачають свої властивості (вітаміни, біологічно-активні і т.д.)
Недолік – необхідність використання додаткового обладнання для створення і підтримування в апараті вакууму (барометричні конденсатори, вакуум-насоси, збірники конденсату).
В умовах надлишкового тиску пара, що утворюється, може використовуватись для інших технологічних процесів ( як теплоносій). Цей варіант можливий при наявності на виробництві великих кількостей відпрацьованої пари високих параметрів (Р, t).
При атмосферному тискові – цей варіант найбільш простий, але економічно не вигідний, коли вторинну пару – просто випускають в атмосферу (можливо при малих продуктивностях випарних апаратів).
Для кращого використання гріючої пари застосовують багатокорпусні випарні установки, коли вторинна пара з попереднього корпусу подається як гріюча в наступному корпусі.
Іншим варіантом економії гріючої пари є використання в випарному апараті так званого теплового насосу, коли вторинна пара компресором стискається до необхідного тиску і повертається у випарний апарат як гріюча.
Принцип роботи випарного апарату
Р
озглянемо
роботу випарного апарату з центральною
циркуляційною трубою.
Рис. 1. Схема однокорпусного випарного апарата:
1 – нагрівальна камера; 2 – сепаратор; 3 – кип‘ятильні труби; 4 – циркуляційна труба
Свіжий розчин нагрівається в нагрівальній камері гріючою парою, що конденсується в між трубному просторі. Розчин розподіляється у кип’ятильних трубках 3 і центральній циркуляційній трубі 4. У зв’язку з тим, що на одиницю об’єму площа нагрівання у кип’ятильних трубках більша, розчин в них швидше закипає і утворювана паро-рідинна суміш буде легшою за розчин. Таким чином буде здійснюватись циркуляція розчину (в кип’ятильних трубках – вверх, в центральній циркуляційній трубі – вниз, як показано на рисунку). За рахунок циркуляції покращується тепловіддача від стінки до розчину. Паро-рідинна суміш виходить з трубок з достатньо великою швидкістю (≈2,5 м/с) і для відділення краплин розчину від пари застосовується верхня частина апарату – сепаратор. Тут за рахунок гравітаційного відділення пари від рідини, і за рахунок інерційного руху через краплевідбійний пристрій на виході з випарного апарату отримують суху вторинну пару. Концентрований розчин виводиться через штуцер знизу.
Матеріальний баланс процесу випарювання
(1)
(2)
тут
- початкова і кінцева продуктивність
випарного апарату по випарюваному
розчину; W
–кількість
випареної вторинної пари;
і
– масова концентрація відповідно
початкового та кінцевого розчину.
Традиційно
задаються величини
,
і
тоді з рівняння (2) визначаємо кількість
концентрованого розчину
(3)
З рівняння (1) визначаємо кількість випареного розчинника
(4)