Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
курсова / ªãàᮢ  / Davydyuk2013_2_formatA4.doc
Скачиваний:
141
Добавлен:
23.02.2016
Размер:
2.48 Mб
Скачать

Лекція 12 Випарювання

1. Загальна характеристика випарювання.

2. Однокорпусні випарні установки.

3. Багатокорпусні випарні установки.

4. Конструкції випарних апаратів.

1. Загальна характеристика випарювання

Випарюванням називається процес концентрування рідких розчинів практично нелетких речовин шляхом часткового видалення розчинника під час кипіння рідини. У процесі випарювання розчинник видаляється з усього об’єму розчину, водночас за температур нижчих за температуру кипіння випаровування рідини відбувається лише з поверхні розчину.

Випарювання застосовують для підвищення концентрації розведених розчинів або вилучення з них розчиненої речовини шляхом кристалізації.

У біотехнологічних виробництвах, зокрема харчовій і фармацевтичній промисловості, випарювання використовують для концентрування розчинів, цукрових і вітамінних сиропів, плодових і овочевих соків, молока, вершків тощо. У цих виробництвах випарюють, як правило, водні розчини.

Тепло для випарювання можна підводити будь-якими теплоносіями, що застосовуються при нагріванні. Проте у переважній більшості випадків як нагріваючий агент використовують водяну пару, яку називають гріючою або первинною.

Як первинна пара виступає або пара, отримана з парогенератора, або відпрацьована пара, або пара проміжного відбору парових турбин.

Пара, що утворюється під час випарювання киплячого розчину, називається вторинною.

Тепло, необхідне для випарювання розчину, зазвичай підводиться через стінку, що відділяє теплоносій від розчину.

Процеси випарювання здійснюють під вакуумом, за підвищеного або за атмосферного тиску. Вибір тиску пов’язаний з властивостями випаровуваного розчину та можливістю використання тепла вторинної пари.

Випарювання під вакуумом має ряд переваг порівняно з випарюванням за атмосферного тиску, незважаючи на те, що теплота випаровування розчину дещо зростає з пониженням тиску і відповідно дещо зростає витрата пари на випарювання 1 кг розчинника (води). Випарювання під вакуумом дозволяє проводити процес за нижчих температур, що важливо у випадку концентрування розчинів речовин, схильних до розкладання за підвищених температур. Крім цього, за розрідження збільшується корисна різниця температур між нагріваючим агентом і розчином, що дозволяє зменшити поверхню нагрівання апарата (за інших рівних умов). У випадку однакової корисної різниці температур при випарюванні під вакуумом можна використовувати нагріваючий агент з нижчими значеннями робочої температури та тиску. Використання вакууму дозволяє застосовувати як нагріваючий агент, крім первинної пари, вторинну пару самої випарювальної установки, що знижує витрату первинної пари. Водночас за використання вакууму вартість випарювальної установки зростає, оскільки необхідні додаткові витрати на пристрої для створення вакууму (конденсатори, ловушки, вакуум-насоси), а також збільшуються експлуатаційні витрати.

Випарювання за підвищеного тиску дає можливість використовувати вторинну пару як для випарювання, так і для інших потреб, не пов’язаних з процесом випарювання, наприклад як нагріваючий агент у водонагрівачах, для опалювання теплиць тощо.

Вторинну пару, що відбирається на сторону, називають екстра-парою. Відбір екстра-пари під час випарювання за підвищеного тиску дозволяє краще використовувати тепло, ніж при випарюванні під вакуумом. Але випарювання за підвищеного тиску підвищує температуру кипіння розчину, тому даний спосіб застосовується лише для випарювання термічно стійких речовин. Крім цього, для випарювання під тиском необхідні нагріваючі агенти з вищою температурою.

Під час випарювання за атмосферного тиску вторинна пара зазвичай не використовується і викидається в атмосферу. Такий спосіб випарювання – найпростіший, але найменш економічний.

Випрювання за атмосферного тиску, а іноді і під вакуумом, проводять у одиночних випарних апаратах – однокорпусних випарних установках. Проте найпоширенішими є багатокорпусні випарні установки, що складаються з кількох випарних апаратів, або корпусів, у яких вторинна пара кожного попереднього корпусу спрямовується як гріюча у наступний корпус. При цьому тиск у послідовно з’єднаних (по ходу випаровуваного розчину) корпусах знижується так, щоб забезпечити різницю температур між вторинною парою з попереднього корпусу та розчином, що кипить у даному корпусі, тобто створити необхідну рушійну силу процесу випарювання. У цих установках первинною парою нагрівається лише перший корпус. Отже у багатокорпусних випарних установках досягається значна економія первинної пари порівняно з однокорпусними установками тієї ж продуктивності.

Економія первинної пари може бути досягнута також у однокорпусних випарних установках з тепловим насосом. У таких установках вторинна пара на виході з апарату стискуєтся за допомогою теплового насоса (наприклад, термокомпресора) до тиску, що відповідає температурі первинної пари, після чого вона знову повертається в апарат для випарювання розчину.

На виробництвах переважно застосовуються неперервно діючі випарні установки. Лише у малотонажних виробництвах, а також при випарюванні розчинів до високих кінцевих концентрацій іноді використовують випарні апарати періодичної дії. Концентрація розчину у такому апараті наближається до кінцевої лише наприкінці процесу. Тому середній коефіцієнт теплопередачі тут може бути дещо вищим порівняно з неперервно діючим апаратом, у якому концентрація розчину ближча до кінцевої протягом усього процесу випарювання.

Сучасні випарні установки мають дуже великі поверхні нагрівання (часом перевищують 2000 м2 у кожному корпусі) і споживають великі кількості тепла.

У випарному апараті виникають температурні втрати, що знижують різинцю температур між гріючою парою та випарюваним розчином. Вони складаються з температурної депресії Δ’, гідростатичної депресії Δ’’ і гідравлічної депресії Δ’’’.

Температурна депресія Δ’ дорівнює різниці між температурою кипіння розчину та температурою кипіння чистого розчинника за однакового тиску. Температура кипіння розчину завжди вища за температуру кипіння чистого розчинника.

Значення Δ’ залежить від природи розчиненої речовини та розчинника, концентрації розчину та тиску. Значення Δ’, отримані експериментальним шляхом, наводяться у довідниковій літературі. Зазвичай ці дані стосуються атмосферного тиску. Величину Δ’ за будь-якого тиску можна отримати, користуючись рівнянням І.А. Тищенка

.

Дане рівняння можна використовувати лише для розведених розчинів.

Гідростатична депресія зумовлена тим, що деяка частина висоти кип’ятильних труб випарного апарата заповнена рідиною, над якою знаходиться паро-рідинна емульсія; вміст пари в ній різко зростає по напрямку до верхнього краю труб. Внаслідок гідростатичного тиску стовпа рідини у трубах температура кипіння шарів рідини, що розташовуються нижче, буде вищою за температуру кипіння шарів, що розташовані вище. Гідростатична депресія має суттєве значення при роботі апаратів під вакуумом.

Значення гідростатичної депресії не може бути точно розраховане через те, що рідина в трубах знаходиться у русі, причому Δ’’ залежить від інтенсивності циркуляції та змінної густини паро-рідинної емульсії, яка заповнює більшу частину висоти кип’ятильних труб.

Для вертикальних апаратів з циркуляцією випарюваного розчину Δ’’ може бути прийнята в межах 1–3 °С.

Гідравлічна депресія зумовлена гідравлічними опорами (тертя та місцевими), які має подолати вторинна пара при русі переважно через сепараційні пристрої та паропроводи. Спричинене цим зменшення тиску вторинної пари призводить до деякого зниження його температури насичення.

Підвищення температури кипіння розчину, зумовлене гідравлічною депресією, зазвичає варіює в межах 0.5–1.5 °С. У середньому величина Δ’’’ для одиничного апарату може бути прийнята рівною 1 °С. При розрахунку багатокорпусних установок гідравлічну депресію враховують, приймаючи до уваги зниження тиску вторинної пари лише у паропроводах між корпусами.

Температура кипіння розчину з урахуванням температурних втрат, зумовлених температурною та гідростатичною депресією, складає

,

де Т’ – температура вторинної пари.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.