4.2.4. Температурні втрати та температура кипіння розчинів

У випарному апараті виникають температурні втрати, загальна величина яких складається з температурної , гідростатичної та гідравлічної депресій.

Температурна депресія дорівнює різниці між температурою кипіння розчину і температурою кипіння чистого розчинника за однакових тисків.

Величина температурної депресії залежить від природи розчиненої речовини і розчинника, концентрації розчину і тиску. Її значення наведені в спеціальній літературі і довідниках (за атмосферного тиску). Якщо експериментальні дані цієї величини для певного розчину відсутні, то наближено можуть бути розраховані різними методами. Однак для розрахунку за методом Бабо необхідно знати одну температуру кипіння випарюваного розчину за певного тиску і дві температури кипіння розчину за двох довільно вибраних тисків для розрахунку за правилом Дюринга або Кіреєва.

Розрахунок за правилом Бабо.

Згідно з цим правилом відносне пониження тиску пари (р₁ – р₂) / р₁ або р₂ /р₁= = К над розбавленим розчином цієї концентрації є величиною сталою, що не залежить від температури кипіння розчину.

Якщо відома температура t₂ розчину за деякого довільно обраного тиску р₂, то тиск пари чистого розчинника (води) р₁ за тієї самої температури знаходять з таблиць насиченої водяної пари і розраховують константу К, користуючись залежністю р₂ /р₁ = К. За цим самим виразом знаходять для заданого тиску р₂ над розчином в апараті тиск пари чистого розчинника і знаходять за таблицями відповідну до нього температуру , яка є температурою кипіння чистого розчину за заданого тиску. Оскільки температура чистого розчинника за цього тиску відома, то

. (4.12)

Для концентрованих розчинів до величини додають поправку (за В.М. Стабніковим), якщо теплота розчинення позитивна, і віднімають, – якщо вона негативна. Величина поправки залежить від співвідношення р₂ / р₁ і тиску р₂.

Дослідним шляхом температурну депресію визначають також за формулою Тищенка:

, _(4.13)

де – температурна депресія за атмосферного тиску, ⁰С; r – температура кипіння чистого розчинника (в ⁰К) та його теплота випаровування (в кДж/кг) за цього тиску.

Рівняння (4.12) придатне тільки для розбавлених розчинів.

Депресія обумовлена тим, що частина висоти кип’ятильних труб випарного апарата заповнена рідиною, над якою розміщена парорідинна емульсія. Вміст пари в ній різко зростає за напрямком до верхньої межі труб. Підвищення температури кипіння розчину внаслідок гідростатичного тиску стовпчика рідини, яке пов’язане з гідростатичним ефектом, називається гідростатичною депресією. Гідростатична депресія є найістотнішою під час роботи апарата під вакуумом.

У першому наближенні розрахунок є можливим на основі визначення температури кипіння в середньому поперечному перерізі кип’ятильної труби. Для цього знаходять тиск р в цьому перерізі, який дорівнює сумі тисків вторинної пари та гідростатичного тиску стовпа рідини на середині висоти Н труби:

_(4.14)

де – середня густина рідини, що заповнює трубу.

Припускаючи, що величина дорівнює половині густини чистого розчину (без присутності бульбашок пари), тобто ,

_(4.15)

За тиском р за таблицями насиченої водяної пари знаходять температуру води t_в, що відповідає цьому тиску. Різницю між температурою t_в та температурою вторинної пари визначають за величиною гідростатичної депресії:

. (4.16)

У зв’язку з неточністю цього розрахунку, яким не враховується рух (циркулювання) розчину, величини здебільшого приймають за практичними даними.

Гідравлічна депресія обумовлена гідравлічним опором на тертя та місцеві опори, які повинна подолати вторинна пара під час руху через сепараційні пристрої і паропроводи і призводить до зменшення її тиску. Підвищення температури кипіння розчину внаслідок цієї депресії коливається в межах 0,5–1,5 С. Для однокорпусного апарата може бути прийнята такою, що дорівнює 1 С.

Розраховуючи гідравлічну депресію для багатокорпусної установки, необхідно врахувати зменшення тиску вторинної пари тільки в паропроводах між корпусами.

Температура кипіння розчину з врахуванням всіх температурних втрат, зумовлених температурною та гідростатичною депресіями, становить

, (4.17)

де – температура вторинної пари.