|
Однокорпусные выпарные установки
Схемы устройства
Состоит из теплообменного устройства – греющей камеры 1 и сепаратора 2; 3 – кипятильная труба; 4 – циркуляционная труба. В сепараторе происходит отделение пара от жидкости. Освобожденный от брызг и капель вторичный пар удаляется в верхнюю часть сепаратора. Вследствие разности плотностей раствора и парожидкостной эмульсии в трубах 3 жидкость циркулирует по замкнутому контуру.
Материальный баланс. На выпаривание поступает GН кг/сек исходного раствора с концентрацией bН вес.% и удаляется GК кг/сек выпаренного раствора с концентрацией bК вес.%. Если в аппарате выпаривается W кг/сек растворителя, то общий материальный баланс:
или материальный баланс по абсолютно сухому веществу, находящемуся в растворе:
из данных уравнений можно определить производительность аппарат по упаренному раствору: по выпариваемой воде:
Тепловой баланс. Введем обозначения: D – расход греющего пара; I, IГ, iН, iК – энтальпии вторичного и греющего пара, исходного и упаренного растворов;
Приход тепла: с исходным раствором – GНiН; с реющим паром – DIГ Расход тепла: с упаренным раствором – GКiК; с вторичным паром – WI; с паровым конденсатом –
Рассматривая исходный раствор как смесь упаренного раствора и испаренной влаги получим:
где
Отсюда
подставляя полученные выражения в уравнение (1) получим:
отсюда определяем тепловую нагрузку, расход греющего пара:
Поверхность нагрева непрерывно действующего выпарного аппарата определяется на основе уравнения теплопередачи: где Q – тепловая нагрузка аппарата; К – коэффициент теплопередачи; Δt – движущая сила процесса.
где Т – температура греющего пара; tК –температура кипения выпариваемого раствора.
Температурные потери и температура кипения раствора. В выпарном аппарате возникают температурные потери, которые складываются из температурной депрессии Температурная депрессия
где Т, r – температура кипения чистого растворителя и его теплота испарения (кДж/кг) при данном давлении.
Предположим, что в кипятильных трубах находится жидкость. Вследствие гидростатического давления столба жидкости в трубах температура кипения нижерасположенных слоев будет больше, чем слоев вышерасположенных. Данный эффект носит название гидростатическая депрессия.
где tВ – температура воды при рабочем давлении
Гидравлическая депрессия обусловлена гидравлическими сопротивлениями, которые преодолевает вторичный пар при движении через сепаратор и паропровод.
Температура кипения раствора с учетом температурных потерь:
где
Многокорпусная выпарная установка
В однокорпусных установках для выпаривания 1кг воды требуется более 1кг греющего пара. Это экономически не выгодно.
Схема прямоточной выпарной установки
1 – 3 корпуса установки; 4 – подогреватель исходного раствора; 5 – барометрический конденсатор; 6 – ловушка; 7 – вакуум насос (ловушка для воздуха и неконденсирующихся газов)
Установка может быть прямоточная и противоточная.
Выбор числа корпусов.
1– стоимость пара; 2 – амортизационные расходы; 3–суммарная стоимость выпаривания 1кг воды. Выпарные аппараты
Различают с неорганизованной или свободной, направленной естественной и принудительной циркуляцией раствора. В зависимости от организации процесса различают периодически и непрерывно действующие. Выпарной аппарат с вынесенной зоной кипения. Выпарной аппарат с выносной нагревательной камерой. Здесь скорость циркуляции может достигнуть 1,5 м/сек, что позволяет выпаривать кристаллизующиеся растворы. Не опасаясь быстрого загрязнения поверхности теплообмена. Аппарат выносными циркуляционными трубами. Выпарной аппарат с внутренней нагревательной камерой и центральной циркуляционной трубой. Выпарные аппараты с тепловым насосом. Применяется для чувствительных к высоким температурам растворов, где выпаривание в многокорпусной установки невозможно. С помощью теплового насоса, представляющего собой трансформатор тепла, повышают экономичность работы однокорпусного аппарата, сжимая вторичный пар на выходе из аппарата до давления свежего (1,8 – 2 м/с).
Основы массопередачи В химической технологии широко распространены и имеют важное значение процессы массопередачи, характеризуемые переходом одного или нескольких веществ из одной фазы в другую. Виды процессов массопередачи. 1. Абсорбция – поглощение газа жидкостью, т.е. процесс разделения, характеризуемый переходом вещества из газовой фазы в жидкую. Обратный процесс выделения газа из жидкости называется десорбцией. 2. Экстракция (в системе жидкость – жидкость) – извлечение вещества, растворенного в жидкости, другой жидкостью, практически не смешивающейся или частично смешивающегося с первой. При этом извлекаемый компонент исходного раствора переходит из одной жидкой фазы в другую. 3. Ректификация – разделение гомогенных жидких смесей путем многократного взаимного обмена компонентами между жидкой и паровой фазами, движущимися обычно противотоком друг к другу. 4. Адсорбция – поглощение компонента газа, пара или раствора твердым пористым поглотителем, т.е. процесс разделения, характеризуемый переходом вещества из газовой (паровой) или жидкой фазы в твердую. Обратный процесс – десорбция проводится после адсорбции и часто используется для регенерации поглощенного вещества из поглотителя. 5.Сушка – удаление влаги из твердых материалов главным образом путем ее испарения. В этом процессе влага переходит из твердой фазы в газовую или паровую. 6. Кристаллизация – выделение твердой фазы в виде кристаллов из растворов или расплавов. Кристаллизация характеризуется переходом вещества из жидкой фазы в твердую вследствие изменения его растворимости. 7. Растворение и экстракция (в системе твердое тело – жидкость). Растворение характеризуется переходом твердой фазы в жидкую и представляет собой процесс, обратный кристаллизации.
Правило фаз. Знание равновесия в процессах массопередачи позволяет установить пределы, до которых могут протекать эти процессы. В основе равновесия лежит известное правило фаз. Ф + С = К +
где Ф – число фаз; С – число степеней свободы, т.е. число независимых переменных, значения которых можно произвольно изменять без нарушения числа или вида фаз в системе; К – число компонентов системы.
Направление массопередачи. Распределяемое вещество всегда переходит из фазы, где его содержание выше равномерного, в фазу, в которой концентрация этого вещества ниже равновесной. Направление переноса распределяемого вещества, т.е. направление массопередачи, можно определить с помощью линии равновесия и рабочей линии.
Пусть массопередача происходит между фазами ФХ и ФУ, где Если рабочая линия располагается ниже линии равновесия, то для любой точки (например А) Если же рабочая линия расположена выше линии равновесия, то для произвольно выбранной точки А, При этом распределяемый компонент будет переходить из фазы ФУ → ФХ
Равновесие при абсорбции
В случае растворения в жидкости бинарной газовой смеси (распределяемый компонент А, носитель В) взаимодействуют две фазы (Ф-2). Для данной системы газ – жидкость переменными являются температура, давления и концентрация в обеих фазах. Следовательно, в состоянии равновесия при постоянных температуре и общем давлении зависимость между парциальным давлением газа А (или его концентрацией) и составом жидкой фазы однозначна. Эта зависимость выражается законом Генри: парциальное давление рА растворенного газа пропорционально его мольной доле хА в растворе:
где
Е – коэффициент пропорциональности или константа Генри.
Если
Подставляя данное выражение в (1) получим:
где m – коэффициент распределения.
![]() ![]() Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право... ![]() Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)... ![]() ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры... ![]() Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|