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.