Процессы и аппараты химических производств. Выпаривание

Выпаривание
- процесс концентрирования растворов твердых нелетучих веществ путем удаления части жидкого летучего растворителя при кипении в виде пара.
Сущность выпаривания заключается в переводе растворителя в парообразное состояние и отводе полученного пара от оставшегося сконцентрированного раствора.
Выпаривание обычно проводят при кипении, когда давление пара над раствором равно давлению в рабочем объёме аппарата.

Способы выпаривания:
простое (однократное) выпаривание;
многократное выпаривание;
выпаривание с применением теплового насоса.
Выпаривание можно проводить при атмосферном, избыточном давлении или вакууме.
Аппараты для проведения процессов выпаривания:
- с естественной циркуляцией раствора;
с принудительной циркуляцией раствора;
пленочные аппараты.

Простое выпаривание
Осуществляется на установках небольшой производительности, когда экономия тепла не имеет большого значения.
Проводится непрерывно или периодически.
Применение вакуума при выпаривании позволяет снизить температуру кипения раствора, благодаря чему можно:
использовать пар низкого давления, являющегося отходом других производств;
выпаривать растворы веществ, склонных к разложению при повышенных температурах;
увеличение разности температур греющего пара и кипящего раствора позволяет уменьшить площадь поверхности теплообмена.

Материальный баланс
Тепловой баланс

Температурная депрессия (Δд) – разность между температурами кипения раствора и растворителя [оС].
Зависит от природы растворителя и растворенного вещества, концентрации раствора и давления в системе.
Теплоёмкость раствора (ср) – это отношение количества теплоты, сообщенной системе к соответственному изменению температуры [кДж/кг∙град].
Зависит от природы растворителя и растворенного вещества, температуры и концентрации.

Теплота растворения – это алгебраическая сумма теплоты, необходимой на разрушение кристаллической решетки и теплоты химического взаимодействия.
Зависит от природы растворителя и растворенного вещества и концентрации раствора.
Интегральная теплота растворения - это количество тепла, поглощающегося или выделяющегося при растворении 1 кг твердого вещества в таком количестве растворителя, что дальнейшее его прибавление практически не сопровождается тепловым эффектом.
Теплота изменения концентрации раствора:

Полезная разность температур
- это разность между температурой греющего пара и температурой кипения раствора у середины греющих труб выпарной установки.
Определяется как общая разность температур за вычетом температурных потерь.
Общая разность температур в выпарной установке - это разность между большей и меньшей температурой паров, то есть между температурой греющего пара и температурой вторичного пара на входе в конденсатор.

Температурные потери

Температурные потери
Δг – потери общей разности температур за счет гидростатического эффекта
Δд – потери общей разности температур за счет температурной депрессии
Δп – потери общей разности температур за счет гидравлических потерь

Многократное выпаривание

Материальный баланс многократного выпаривания

Тепловой баланс многократного выпаривания
- Общая разность температур
- Полезная разность температур

Распределение суммарной полезной разности температур
1. способ, обеспечивающий равные поверхности нагрева по корпусам
F1 = F2 = F3 =…= Fm
2. способ, обеспечивающий минимальную суммарную поверхность нагрева всех корпусов
Fобщ = F1+F2+…+Fm=min