Движущая сила и температурные депрессии.

Эти понятия наглядно представляются на рис.4.4, где показано распределение температур по высоте выпарного аппарата.

а) Общая (или полная) разность температур – разность между температурой конденсации греющего пара и температурой вторичного пара.

(4.1)

б) Полезная разность температур (движущая сила процесса) – разность между температурой конденсации греющего пара и температурой кипения раствора в средних слоях аппарата.

(4.2)

Рис.4.6. Распределение температур теплоносителей по
высоте выпарного аппарата.

1-греющий пар,2-конденсат,3-исходный раствор,4-вторичный пар,
5-упаренный раствор.

в) Гидростатическая температурная депрессия – разность между температурами кипения раствора в среднем слое аппарата и на свободной поверхности раствора.

(4.3)

Надёжныхформул для определения гидростатической температурной депрессии не существует. Поэтому для прямоточной 3-х корпусной выпарной установки рекомендуется принимать .

г) Физико-химическая температурная депрессия – разность между температурой кипения раствора и температурой вторичного пара над раствором.

(4.4)

Для растворов, кипящих под атмосферным давлением, по таблицам, в зависимости от концентрации определяется температура кипения , тогда

(4.5)

Для аппаратов, работающих под любым давлением, температурная депрессия определяется по формуле Тищенко

(4.6)

где - поправочный коэффициент.

В литературе приводится табличная зависимость .

Для последнего корпуса, работающего под вакуумом, температурную депрессию можно определить по правилу Бабо, представляющему подобие изотерм растворов:

(4.7)

Правило Бабо гласит: отношение упругости пара над раствором к упругости пара над чистым растворителем есть величина постоянная при одной и той же температуре кипения раствора и растворителя.

д) Гидравлическая температурная депрессия – разность между температурами вторичного пара на выходе из аппарата и на входе в другой аппарат.

(4.8)

Обычно принимается . Обусловлена потерями вторичного пара из одного корпуса в другой.

Теплота растворения.

При растворении твёрдых нелетучих веществ проявляется тепловой эффект . Правило Бабо точно, когда .

Когда , необходимо учитывать поправку проф. Стабникова (приводится в таблицах в зависимости от P_A и «С»).

При >0 поправка прибавляется, при <0 – вычитается из температурной депрессии, рассчитанной по правилу Бабо.

Многократное выпаривание

Рассмотрим многократное выпаривание на прямоточной установке, содержащей «n» корпусов. Все полученные уравнения будут справедливы и для однократного выпаривания, когда n=1.

Схема установки представлена на рис.4.5.

Рис.4.7. Схема прямоточной выпарной установки, состоящей из «n» корпусов.

1-греющий пар, 2-конденсат, 3-исходный раствор, 4-вторичный пар,5-вторичный пар в барометрический конденсатор, 6-упаренный раствор.

расходы раствора, греющего и вторичного пара, кг/с;

энтальпии греющего и вторичного пара, кДж/кг;

– теплоёмкость раствора и конденсата, ;

температура раствора и конденсата, ;

концентрация раствора, % масс.

Материальный баланс

а) Для всей установки по всему продукту:

или

(4.9)

где - общий расход вторичного пара.

б) Для всей установки по растворённому веществу:

;

(4.10)

Откуда общий выход вторичного пара

(4.11)

Концентрация раствора для n-ого и любого корпуса:

(4.12)

в) Распределение вторичного пара по корпусам.

В прямотоке раствор поступает в следующий корпус с более высокой температурой и вносит дополнительное количество тепла. За счёт этого происходит самоиспарение раствора и вторичного пара образуется больше. Для 3-х корпусной установки хорошо подтверждается отношение, полученное на основе опытных данных:

(4.13)

Выпаривание с отбором экстра-пара в настоящее время практически не применяется.

Тепловой баланс

Тепловой баланс необходим для расчёта:

а) Расхода греющего пара на первый корпус ;

б) Уточнения распределения вторичного пара по корпусам ();

в) Определения тепловых нагрузок каждого корпуса ().

При составлении теплового баланса вводятся следующие допущения:

а) Пренебрегаем потерями в окружающую среду, .

б) Пренебрегаем теплотой концентрирования раствора, .

в) Полагаем, что отсутствует охлаждение раствора при переходе из одного корпуса в другой ().

г) Отсутствует переохлаждение конденсата водяного пара ().

д) Выражение заменяется на приближённое значение

(4.14)

;

где

Это связано с трудностями определения теплоёмкости раствора . Теплоёмкость разбавленного раствора (до 10% масс.) определяется по приближённой формуле

(4.15)

Баланс тепла:

Й корпус

Й корпус

N-й корпус

Из последнего уравнения получаем количество вторичного пара для n-ого корпуса:

, делим и умножаем на

Обозначим:

- коэффициент испарения, показывает количество вторичного пара, образующееся за счёт теплоты 1 кг греющего пара; обычно =0.92-0.99.

- коэффициент самоиспарения, показывает количество вторичного пара, образующееся за счёт теплоты 1 кг поступающего раствора; обычно =сотые доли.

Тогда:

(4.16)

Уравнение (4.15) для 3-х корпусной прямоточной выпарной установки (без экстра-пара) принимает вид:

(4.17)

Складываем:

(4.18)

 

Откуда расход греющего пара на первый корпус

(4.19)

где

Тепловые нагрузки на каждый корпус:

(4.20)

где