47

где 1 - физико-химическая депрессия при атмосферном давлении, оС; Т - аб-

солютная температура кипения чистого растворителя, К, и r - теплота парооб-

разования для воды при давлении выпаривания, кДж/кг.

Рисунок 2.1 – Зависимость физико-химической температурной депрессии растворов при атмосферном давлении от концентрации

2. При кипении чистой воды физико-химические параметры ее остаются по-

стоянными (если не меняется давление). При кипении раствора наблюдается процесс выпаривания, т.е. концентрация раствора увеличивается. Следователь-

но, физико-химические параметры раствора изменяются:

плотность, вязкость, физико-химическая температурная депрессия – увели-

чиваются;

теплоемкость, теплопроводность - уменьшаются.

2.2 Классификация выпарных аппаратов

Выпарные аппараты возможны периодического и непрерывного действия.

Первые отличаются низкой производительностью и большими потерями тепло-

ты для разогрева аппарата перед его пуском. В промышленности используются аппараты непрерывного действия.

48

По конструктивным признакам аппараты бывают вертикальные (компактные,

чаще применяемые), горизонтальные, наклонные.

По виду обогреваемой поверхности: трубчатые (наиболее часто используемые в промышленности), змеевиковые, с паровой рубашкой.

По давлению в аппарате: с повышенным давлением, атмосферным давлением и вакуумом.

2.3 Конструкции выпарных аппаратов

Наибольшее распространение в различных отраслях промышленности по-

лучили трубчатые выпарные аппараты с естественной или принудительной циркуляцией раствора в них. Нагревательные камеры таких аппаратов могут быть расположены соосно с аппаратом (рисунок 2.2, а и б) или вынесены (ри-

сунок 2.2, в).

Естественная циркуляция раствора в аппаратах вызывается различием плотностей парожидкостной смеси в циркуляционной трубе и кипятильных трубах (рисунок 2.2). Скорость циркуляции в таких аппаратах невелика

(0,3…0,8 м/с), поэтому коэффициенты теплопередачи в их греющих камерах тоже относительно низкие. На рисунке 2.2, б представлен аппарат с вынесенной циркуляционной трубой, которая не обогревается снаружи, следовательно, в

ней раствор активно не кипит, т.е. нет активного парообразования. Поэтому разность плотностей парожидкостной смеси в кипятильных трубах и циркуля-

ционной трубе больше, чем в аппаратах с сосной циркуляционной трубой, ско-

рость движения и коэффициент теплопередачи тоже несколько выше. Повыше-

ние скорости движения парожидкостной смеси в кипятильных трубах кроме то-

го уменьшает возможность отложения кристаллов на внутренней поверхности этих труб, которые могут образовываться при концентрировании растворов.

49

Рисунок 2.2 – Вертикальные выпарные аппараты с естественной циркуляцией раствора

а – с сосной циркуляционной (опускной) трубой; б – с выносной опускной трубой; в – с вынесенной греющей камерой; 1 – греющая камера; 2 – паровое пространство; 3 – опускная (циркуляционная) труба; 4 – брызгоуловитель (сепаратор)

Существенного снижения отложения в трубах кристаллов солей можно достичь при использовании аппаратов с вынесенной зоной кипения (рисунок

2.2 , б и рисунок 2.3, а). В таких аппаратах вследствие увеличенного гидроста-

тического давления столба жидкости кипения в трубах греющей камеры не происходит, упаренный раствор только перегревается. При выходе перегретого раствора из этих труб в трубы кипятильные он попадает в зону пониженного гидростатического давления, где и происходит интенсивное его закипание. Та-

ким образом, предотвращается возможность отложения кристаллов на тепло-

обменной поверхности труб и, следовательно, увеличивается коэффициент теп-

лопередачи и время эксплуатации аппарата между профилактическими ремон-

тами.

Более высокие кратности циркуляции, соответствующие скоростям движе-

ния парожидкостной смеси более 2…2,5 м/с, достигаются в выпарных аппара-

тах с принудительной циркуляцией (рисунок 2.3). Это обеспечивается установ-

Всем трубчатым аппаратам свойственен существенный недостаток: в них за-

труднительно, а часто практически невозможно выпаривать агрессивные рас-

1 – форсунка; 2 – погружная горелка; 3 – корпус выпарного аппарата