6.3.3 Температура кипения раствора и температурные потери

Обычно в однокорпусных выпарных установках известны давления первичного и вторичного паров, а следовательно, определены и их температуры. Разность между температурами греющего и вторичного паров называют общей разностью температур выпарного аппарата:

. (6.10)

Общая разность температур связана с полезной разностью соотношением:

. (6.11)

Обозначив , получим

. (6.12)

Величины Δ^/, Δ^//, Δ^/// называют температурными депрессиями (температурными потерями).

Величину Δ^/ называют концентрационной температурной депрессией и определяют как повышение температуры кипения раствора t_к по сравнению с температурой кипения чистого растворителя t_в.п. при данном давлении.

(6.13)

Таким образом, температура образующегося при кипении растворов вторичного пара (т.е. пара над раствором, который затем в виде греющего идет в следующий корпус) ниже, чем температура кипения раствора, и поэтому часть общей разности температур всей установки теряется бесполезно.

Температурную потерю Δ^// называют гидростатической температурной депрессией, она характеризует повышение температуры кипения раствора с увеличением давления гидростатического столба жидкости. Гидростатическая депрессия проявляется лишь в аппаратах с кипением раствора в кипятильных трубах нагревательной камеры. В этом случае за температуру кипения раствора принимают температуру кипения в средней части кипятильных труб.

, (6.14)

где t_ср – температура кипения растворителя при давлении Р_ср в средней части кипятильных труб, К;

t_в.п. – температура вторичного пара при давлении в аппарате Р_а, К.

Давление в средней части кипятильных труб определяют из выражения

, (6.15)

где Н – высота кипятильных труб, м;

ρ_пж – плотность парожидкостной смеси в аппарате, кг/м³.

Величину Δ^/// называют гидродинамической депрессией, которая характеризует потерю общей разности температур за счет гидравлических потерь в трубопроводе, и определяют как разность между температурой вторичного пара t_в.п. у поверхности раствора и температурой пара на выходе из аппарата (на входе в конденсатор). На практике Δ^/// составляет от 1 до 1,5 °С.

Температурный график выпарной установки изображен на рисунке 6.9.

Рисунок 6.9 – Распределение температуры по высоте аппарата

6.3.4 Выпаривание в многокорпусных установках

В случае многократного выпаривания вторичный пар используется в качестве греющего в последующем аппарате. В зависимости от взаимного направления пара и раствора установки бывают: прямоточные, противоточные и комбинированные.

6.3.4.1 Прямоток

Принципиальная схема прямоточной трехкорпусной выпарной установки изображена на рисунке 6.10.

Достоинства прямотока: упаренный раствор от корпуса к корпусу перемещается самотеком вследствие разного давления.

Во втором и третьем корпусах выпаривание происходит за счет перегрева поступающего раствора (самоиспарение). Поскольку давление в последующем корпусе меньше, следовательно, температура кипения раствора в нем ниже, и в процессе охлаждения происходит дополнительное испарение растворителя.

Недостатком является то, что происходит понижение температуры кипения и повышение концентрации, это, в свою очередь, способствует увеличению вязкости раствора и снижению теплоотдачи при кипении, а следовательно, и снижению коэффициента теплопередачи. В результате увеличивается общая поверхность теплопередачи.

6.3.4.2 Противоток