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 G_Н кг/сек исходного раствора с концентрацией b_Н вес.% и удаляется G_К кг/сек выпаренного раствора с концентрацией b_К 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, I_Г, i_Н, i_К – энтальпии вторичного и греющего пара, исходного и упаренного растворов; – энтальпия парового конденсата; – удельная теплоемкость; θ –температура конденсата.

Приход тепла: с исходным раствором – G_Нi_Н; с реющим паром – DI_Г

Расход тепла: с упаренным раствором – G_Кi_К; с вторичным паром – WI; с паровым конденсатом – ; теплота концентрирования Q_конц; потери тепла в окружающую среду – Q_П

(1)

Рассматривая исходный раствор как смесь упаренного раствора и испаренной влаги получим:

где – удельная теплоемкость воды (растворителя) при температуре t_К , кДж/(кг·град).

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;

t_К –температура кипения выпариваемого раствора.

Температурные потери и температура кипения раствора. В выпарном аппарате возникают температурные потери, которые складываются из температурной депрессии ; гидростатической депрессии ; гидравлической депрессии

Температурная депрессия равна разности между температурой кипения раствора и температурой кипения чистого растворителя при одинаковом давлении. Уравнение Тищенко И.А.:

где – температурная депрессия при атмосферном давлении;

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 t_В – температура воды при рабочем давлении и – температура вторичного пара.

Гидравлическая депрессия обусловлена гидравлическими сопротивлениями, которые преодолевает вторичный пар при движении через сепаратор и паропровод.

– колеблется 0,5 – 1,5 ⁰С. Обычно принимают 1 ⁰С.

Температура кипения раствора с учетом температурных потерь:

где – температура вторичного пара.

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 Ф_Х и Ф_У, где и – рабочие концентрации.

Если рабочая линия располагается ниже линии равновесия, то для любой точки (например А) < и > , где и – равновесные концентрации распределяемое вещество будет переходить в этом случае Ф_Х → Ф_У.

Если же рабочая линия расположена выше линии равновесия, то для произвольно выбранной точки А, > и <

При этом распределяемый компонент будет переходить из фазы Ф_У → Ф_Х

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 р_А растворенного газа пропорционально его мольной доле х_А в растворе:

(1)

где – парциальное давление поглощаемого газа, находящегося в равновесии с раствором, имеющим концентрацию х_А;

– концентрация газа в растворе, равновесном с газовой фазой, в которой парциальное давление поглощаемого компонента равно ;

Е – коэффициент пропорциональности или константа Генри.

Если – мольная доля извлекаемого компонента А в газовой смеси и Р –общее давление в системе, то парциальное давление , по закону Дальтона, можно выразить так:

Подставляя данное выражение в (1) получим:

где m – коэффициент распределения.

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: