Выпаривание под вакуумом

ВЫПАРНЫЕ УСТАНОВКИ

При кипении растворов нелетучих веществ (например, растворов солей, щелочей, органических веществ с очень низким давлением паров при температуре кипения и т.п.) в пары переходит практически только растворитель.

По мере испарения растворителя и удаления растворителяв виде паров концентрация раствора повышается.

Процесс концентрирования растворов, заключающийся в частичном удалении растворителя путем его испарения при кипении, называется выпариванием.

1. Испарение при температурах ниже температуры кипения данного раствора происходит с егоповерхности раствора.

2. Испарение при кипении растворитель испаряется во всем объеме кипящего растворителя (из объема раствора).

Обычно из раствора удаляют лишь часть растворителя, так как в применяемых для выпаривания аппаратах вещество должно оставаться в текучем состоянии.

В ряде случаев при выпаривании растворов твердых веществ достигается насыщение раствора.

При дальнейшем удалении растворителя из такого раствора происходит кристаллизация, т.е. выделение из него твердого вещества.

Процесс выпаривания широко применяется для:

- повышения концентрации разбавленных растворов,

- выделения из них растворенных веществ путем кристаллизации,

- а иногда – для выделения растворителя (например, при получении питьевой или технической воды в выпарных опреснительных установках).

Для осуществления процесса выпаривания необходимо теплоту от теплоносителя передать кипящему раствору, что возможно лишь при наличии разности температур между ними (полезной разности температур).

При анализе и расчете процесса выпаривания эту разность температур между теплоносителем и кипящим раствором принято называть полезной разностью температур.

В качестве теплоносителя в выпарных аппаратах чаще всего используют насыщенный водяной пар, который называют греющим или первичным, хотя, конечно, для этой цели могут быть применены и другие виды нагрева, и другие теплоносители.

(Есть еще вторичный или соковый пар).

Таким образом, выпаривание является типичным процессом переноса теплоты от более нагретого теплоносителя - греющего пара – к кипящему раствору. Основные отличия процесса выпаривания, вследствие которых выпаривание в ряду тепловых процессов выделяют в самостоятельный раздел, заключаются в особенностях его аппаратурного оформления и методе расчета выпарных установок.

Выпаривание проводят:

1- при атмосферном давлении,

2- под вакуумом или

3- под давлением, большим атмосферного.

Образующийся при выпаривании растворов пар называется вторичным, или соковым.

Выпаривание под вакуумом

Преимущества выпаривания под вакуумом по сравнению с атмосферной выпаркой:

1+ снижается температура кипения раствора, что дает возможность использовать этот способ для выпаривания растворов термически нестойких веществ;

2+ повышается полезная разность температур, что ведет к снижению требуемой поверхности теплопередачи выпарного аппарата;

3+ несколько снижаются потери теплоты в окружающую среду (так как снижается температура стенки аппарата);

4+ появляется возможность использования теплоносителя низкого потенциала.

Недостатки выпаривания под вакуумом

1- удорожание установки (так как требуется дополнительное оборудование – конденсатор, вакуум–насос и др.)

2- больший расход греющего пара на 1 кг выпариваемой жидкости (вследствие снижения давления над раствором происходит увеличение теплоты испарения растворителя).

Выпаривание под повышенным давлением (выше атмосферного)

При выпаривании под повышенным давлением (выше атмосферного) вторичный пар может быть использован в качестве греющего агента для различных технологических нужд.

Однокорпусные установки

Если в выпарной установке имеется один выпарной аппарат (рис.1.1), то ее называют однокорпусной установкой.

Рис. 1.1. Схема однокорпусной выпарной установки:

1 – сепаратор; 2 – греющая камера; 3 – циркуляционная труба; 4 – барометрический конденсатор; 5 – барометрическая труба; 6 – вакуум-насос

Многокорпусные установки

Если же в установке имеются два и более последовательно соединенных корпусов, то ее называют многокорпусной установкой.

В этом случае вторичный пар одного корпуса используют для нагревания в других выпарных аппаратах той же установки, что приводит к существенной экономии свежего греющего пара. Вторичный пар, отбираемый из выпарной установки для других нужд, называют экстра-паром. В многокорпусной выпарной установке свежий пар подают только в первый корпус. Из первого корпуса образовавшийся вторичный пар поступает во второй корпус этой же установки в качестве греющего, в свою очередь вторичный пар второго корпуса поступает в третий корпус в качестве греющего и т.д.

Непрерывное (циркуляционное) выпаривание.

При больших производительностях (от нескольких кубических метров выпариваемого раствора в час и выше), что характерно для промышленности, выпаривание проводят по непрерывному принципу. В аппаратах непрерывного действия обычно создают условия для интенсивной циркуляции раствора, т.е. в таких аппаратах гидродинамическая структура потоков близка к модели идеального смешения. Поэтому концентрация раствора в таких аппаратах ближе к конечной, что приводит к ухудшению условий теплопередачи (так, с повышением концентрации раствора увеличивается его вязкость и, следовательно, снижается коэффициент теплоотдачи от стенки к раствору).

Периодическое выпаривание

Периодическое выпаривание проводят при малых производительностях и необходимости упаривания раствора до существенно высоких концентраций.

Свойства растворов