1.2.7. Процессы выпаривания

Выпаривание – процесс концентрирования растворенных нелетучих веществ путем удаления жидкого летучего растворителя в виде паров. Сущность выпаривания заключается в переводе растворителя в парообразное состояние и отводе полученного пара от оставшегося сконцентрированного раствора. Превращение жидкости с ее свободной поверхности в пар называется испарением.

Образующийся при выпаривании пар, называемый вторичным паром, является водяным паром, который может быть использован как горячий теплоноситель в других аппаратах. Такая последовательная передача вторичного пара из одного аппарата в другой значительно увеличивает коэффициент полезного действия системы аппаратов. Такую последовательность аппаратов можно использовать при выпаривании сточных вод с высоким содержанием соли, которую невозможно выделить реагентным путем. Например, выпаривание применяется для обессоливания морских вод и получения пресной воды, а также для извлечения солей натрия или калия, хлоридов.

На выпаривание растворов расходуется огромное количество теплоты, поэтому от рациональной организации процессов выпаривания в значительной степени зависит рентабельность производства. Количество теплоты, необходимое для выпаривания:

Q = m r, (1.27)

где m – масса выпаренного растворителя, кг;

r – скрытая теплота парообразования, Дж/кг.

Затраты теплоты на выпаривание зависят от давления и температуры, при которых осуществляется процесс, так как r = f (p). При этом они тем выше, чем ниже давление. Поэтому в промышленности широко используется выпаривание под вакуумом.

Аппарат, в котором осуществляется выпаривание, приведен на рис. 1.5. За счет подвода теплоты от горячего теплоносителя в нем поддерживается кипение раствора. Особенностью выпарного аппарата является развитое паровое пространство 2 над свободной поверхностью кипящей жидкости. В качестве горячего теплоносителя обычно используется водяной пар, подводимый в межтрубное пространство 4 нагревательной камеры 8. Образовавшийся конденсат отводится из нагревательной камеры через патрубок 5, а неконденсируемые газы – через патрубок 9. Очищаемый раствор в аппарат подается через патрубок 10, а выводится через патрубок 7. Образовавшийся при выпаривании растворителя пар называется вторичным в отличие от греющего пара. В паровом пространстве вторичный пар должен отделиться от капель раствора и выйти из аппарата. Это обеспечивает сепаратор 1 – устройство, расположенное в верхней части аппарата. Для увеличения интенсивности выпаривания следует увеличить скорость движения жидкости по трубам. Поэтому устанавливают нагревательные трубы малого диаметра 6, а в центре циркуляционную трубу большого диаметра 3. Процесс, осуществляемый в описанном аппарате, называется простой выпаркой.

Рис. 1.5. Выпарной аппарат с естественной циркуляцией растворов [1]

1 – сепаратор; 2 – паровое пространство над жидкостью; 3 – циркуляционная труба большого диаметра; 4 – межтрубное пространство; 5 – патрубок нагревательной камеры;

6 – нагревательные трубы малого диаметра; 7 – патрубок для вывода раствора;

8 – нагревательная камера; 9 – патрубок для вывода некондицируемых газов;

10 – патрубок для подачи растворов в аппарат