Однокорпусные выпарные установки
Рассмотрим принципиальную схему одиночного непрерывно действующего выпарного аппарата с внутренней центральной циркуляционной трубой.
Аппарат состоит из греющей камеры и сепаратора. Они могут быть в одном аппарате или камера может быть вынесена. Камера обогревается обычно водяным паром. Поднимаясь по трубам 3, выпариваемый раствор нагревается и кипит с образованием вторичного пара. Отделение пара от жидкости происходит в сепараторе 2.
Удаляется пар из верхней части сепаратора. Часть жидкости опускается по циркуляционной трубе под нижнюю трубную решетку греющей камеры. Вследствие разности плотностей раствора в трубе и парожидкостной эмульсии в трубах 3 жидкость циркулирует по замкнутому контуру. Упаренный раствор удаляется через штуцер в днище аппарата.
Материальный баланс
На выпаривание поступает Gн, кг/сек, исходного раствора концентрацией bн, % масс, и удаляется Gк, кг/сек, упаренного раствора концентрацией bк, % масс. Если в аппарате выпаривается W, кг/сек, растворителя, то общий материальный баланс:
.
Материальный баланс по абсолютно сухому веществу:
.
В уравнениях 5 неизвестных, следовательно, должны быть заданы 3. Обычно задают расход начального пара Gн, концентрацию bн и требуемую концентрацию упаренного раствора bк.
Тогда производительность:
- по упаренному
раствору:
;
- по выпариваемой
воде:
.
Тепловой баланс
Введем обозначения:
D – расход греющего пара;
I, Ir, iн, iк – энтальпии вторичного и греющего пара, исходного и упаренного растворов соответственно;
Iпк
– энтальпия парового конденсата:
,
где С – удельная теплоемкость; θ –
температура конденсата.
Приход |
Расход |
c
греющим паром
с
исходным раствором
|
с упаренным
раствором
с
вторичным паром
с
паровым конденсатом
теплота
концентрированная
потери
тепла в окр. среду
|
;
;
;
;
;
(а),
.
Для исходного раствора при постоянной температуре, равной температуре кипения:
,
- удельная
теплоемкость при температуре воды tк.
.
Подставим в (а)
значки
:
.
Из этого уравнения определяем тепловую нагрузку Q выпарного аппарата, т.е. количество тепла, подводимого теплоносителем в единицу времени:
,
- расход тепла на
нагрев исходного раствора до tкип;
- Q
на испарение влаги.
Отсюда определяют D.
Qконц – теплота концентрирования, равная разности интегральных теплот растворения исходного и концентрированного растворов, взятой с обратным знаком. Может быть как положительной, так и отрицательной, соответственно - в приход и расход.
Qп
– теплота потерь,
.
Иногда Qконц и Qп пренебрегают.
Тогда если tн=tкип (исходный раствор предварительно нагрет до tкип):
,
т.е. расход греющего пара равен количеству выпаренной воды.
Поверхность нагрева выпарного аппарата
Определяется из уравнения:
,
Q – тепловая нагрузка аппарата;
К – коэффициент теплоотдачи;
-
полезная разность температур – разность
между температурой конденсации греющего
пара и температуры кипения выпариваемого
раствора.
В аппаратах при нормальном перемешивании ∆tпол=const.
В аппаратах с естественной циркуляцией концентрация массы обращающегося раствора близка к конечной, поэтому расчетную величину температуры кипения принимают по конечной концентрации растворов.