Расчет выпарных аппаратов

Температура кипения растворов

Давление пара растворителя над раствором всегда ниже, чем давление над чистым растворителем. Вследствие этого тем­пература кипения раствора выше температуры кипения чистого растворителя при том же давлении. Например, вода кипит под атмосферным давлением при 100° С, так как давление ее пара при этой температуре равно 1 am; для 30% раствора NaOH дав­ление водяного пара над раствором будет при 100° С ниже 1 am, и раствор закипит при более высокой температуре (117°С), когда давление пара над ним достигнет 1 am.

Разность между температурами кипения раствора (t) и чи­стого растворителя (г)) называется температурной депрессией:

Δ t_ДЕПР =t_{раствор} -t_{растворитель}

Температурная депрессия зависит от свойств растворенного вещества и растворителя; она повышается с увеличением кон­центрации раствора и давления. Определяется температурная, депрессия опытным путем (большинство опытных данных отно­сится к температурной депрессии при атмосферном давлении).

Гидростатическая депрессия Δ t" вызывается тем, что нижние слои жидкости в аппарате закипают при более высокой темпе­ратуре, чем верхние (вследствие гидростатического давления верхних слоев). Если, например, нагревать при атмосферном давлении воду до температуры кипения в трубе высотой 10 м, то верхний слой воды закипит при температуре 100° С, а нижний слой, находящийся под давлением 2 am, при температуре ~120^оС. В данном случае гидростатическая депрессия изме­няется по высоте трубы от 0°С (вверху) до 20° С (внизу) и в среднем составляет 10° С. Расчет гидростатической депрессии в выпарных аппаратах невозможен, так как жидкость в них (в основном в виде парожидкостной смеси) находится в движе­нии. С повышением уровня жидкости в аппарате гидростати­ческая депрессия возрастает. В среднем она составляет 1—3°С.

Гидравлическая депрессия Δ t "' учитывает повышение давле­ния в аппарате вследствие гидравлических потерь при прохо­ждении вторичного пара через ловушку и выходной трубопро­вод. При расчетах Δ t "' принимают равной 1 С.

Полная депрессия Δt равна сумме тем­пературной, гидростатической и гидравлической депрессий:

Δt = Δ t ' + Δt" + Δ t "'

Температура кипения раствора t определяетсяпо формуле:

t_{раствоитель} =t_{раствоитель}+Δt

Пример 13-1. Определить температуру кипения 40%-ного раствора NaOH при абсолютном давлении 0,196 бар (0,2 am).

Δ^'=28°С при атмосферном давлении

Δ^'= k=0,76 при 0,2 атм

Δ^'=

Δ^''=2°С

Δ^'''=1°С

Δ=15,2+2+1=24,28°С

t_{кип.р-ля}(Н₂О)=60°С при Р=0,2 атм

t_{кип.р-ля}=24,28+60=84,28

Общие сведения о массообменных процессах

В химической технике и экологической практике широко применяют массообменные процессы: абсорбцию, экстракцию, ректификацию, адсорбцию и сушку.

Абсорбция — избирательное поглощение газов или паров жид­ким поглотителем (абсорбентом). Этот процесс представляет со­бой переход вещества из газовой или паровой фазы, в жидкую.

Экстракция — извлечение растворенного в одной жидкости вещества другой жидкостью. Этот процесс представляет собой переход вещества из одной жидкой фазы в другую.

Ректификация — разделение жидкой смеси на компоненты путем противоточного взаимодействия потоков пара и жидкости. Этот процесс включает переходы вещества из жидкой фазы в паровую и из паровой в жидкую.

Адсорбция — избирательное поглощение газов, паров или растворенных в жидкости веществ поверхностью пористого твердого поглотителя (адсорбента), способного поглощать одно или несколько веществ из их смеси. Этот процесс представляет собой переход вещества из газовой, паровой или жидкой фаз в пористый твердый материал.

Сушка — удаление влаги из твердых влажных материалов путем ее испарения. Этот процесс представляет собой переход влаги из твердого влажного материала в паровую или газовую фазу.

Скорость перечисленных процессов определяется скоростью перехода вещества из одной фазы в другую (скоростью массопередачи).