Однокорпусное (однократное) выпаривание

Процесс однократного выпаривания проводят в одном аппарате
в непрерывном режиме (рис. 3.1). Схема массовых и тепловых потоков приведена на рис. 3.6.

, Hгк

к, Hк, xк

, Hвп

, xн, Hн

, Hг

Рис. 3.6. Схема массовых и тепловых потоков ВА

Материальный баланс по общему количеству продуктов

. (89)

Здесь - расход исходного и упаренного растворов, ; - выход вторичного пара, .

Материальный баланс по нелетучему продукту

, (90)

где x_н,, x_к - концентрация растворенного продукта в исходном и упаренном растворе на 1 кг продукта.

В этих уравнениях искомые величины:

(91)

По двум исходным уравнениям три величины найти невозможно, поэтому одной из величин, например, задаемся.

Расход теплоты на проведение процесса определяют из уравнения теплового баланса

. (92)

Здесь - расход греющего пара, ; - удельная энтальпия, ; - потери теплоты в окружающую среду, . Индексы н – начальное, к – конечное, вп – вторичный пар, п – потери, г - греющий пар, гк – конденсат греющего пара.

Вводя упрощающие допущения в уравнение (92), приведем его к виду более удобному для пользования. Запишем тепловой баланс смешения, рассматривая исходный раствор как смесь упаренного раствора и испаренной влаги при постоянной температуре кипения, сделав допущение о постоянстве с_н в интервале температур Т_н и Т_к

, (93)

где с_в – удельная теплоемкость воды при температуре Т_к; – теплота концентрирования раствора в интервале изменения концентрации от х_н до х_к. Теплота концентрирования равна теплоте разбавления с обратным знаком

Тогда получим

. (94)

Здесь – количество теплоты, выделяющееся в выпарном аппарате при конденсации пара; - теплота на нагревание исходного сырья от до ; - теплота на испарение растворителя при . При небольшой степени концентрирования и хорошей изоляции выражение мало и им можно пренебречь. Если предположить, что T_н = T_к, т.е. раствор поступает в аппарат при температуре кипения, то

,

отсюда

, (95)

где r_п - теплота парообразования растворителя; r_к - теплота конденсации греющего пара.

Если в качестве греющего пара используют насыщенный водяной пар, а упаривают водный раствор, то . Это означает, что на испарение 1 кг растворителя затрачивается 1 кг греющего пара. Реально, ,
т.е. пара необходимо больше в 1,05-1,15 раз.

Лекция 6

Уравнение (94) используется для определения тепловой нагрузки. Потребная площадь теплопередачи определяется по основной расчетной формуле

.

Здесь искомая величина , а K - коэффициент теплопередачи определяется по известным формулам. Возникает проблема расчета полезной разности температур .