Движущая сила процесса выпаривания. Температурные потери в процессе выпаривания. Расчет полезной разности температур.

Движущая сила процесса выпаривания – разность температур между температурой кипения раствора в аппарате и температурой греющего пара.Температурные потери и температура кипения растворов. В выпарном аппарате возникают температурные потери, снижающие разность температур между греющим паром и выпариваемым раствором. Они складываются из температурной депрессии ∆', гидростатической депрессии ∆'' и гидравлической депрессии ∆'''. Температурная депрессия ∆' равна разности между температурой кипения раствора и температурой кипения чистого растворителя при одинаковом давлении.

Движущая сила выпаривание - разность т-р греющего пара и кипящего раствора, наз. полезной. Она всегда меньше разности между температурами первичного и вторичного паров, т. к. раствор кипит при более высокой температуре, чем чистый растворитель. Указанное различие в температурах, наз. физ. -хим. (концентрационной, температурной) депрессией, определяется хим. природой раствора и часто достигает больших значений, возрастая с увеличением концентрации и внеш. давления. Напр., в случае выпаривание воды при 760 мм рт. ст. 50%-ный водный раствор NaOH кипит при 142,2°С (= 42,2°С), 75%-ный раствор NaOH-при 192°С (= = 92,0). Т-ра кипения раствора повышается также из-за более высокого давления в растворе, чем в паровом пространстве. Одна из главных причин повышения давления - гидростатич. давление раствора, или т. наз. гидростатич. депрессия, которая в среднем составляет = 1 -3 °С. Тепловой баланс выпарного аппарата включает в себя приход теплоты с греющим паром и поступающим раствором и ее расход со вторичным паром, уходящим раствором, конденсатом, на компенсацию тепловых потерь в окружающее пространство, на дегидратацию: Величина G\C\(t - t₀) определяет расход теплоты на подогрев Е поступающего раствора до температуры кипения  t, а величина W(hвт - с_в/₀) — расход теплоты на испарение воды.

14   Выпарной аппарат с естественной (принудительной) циркуляцией. Устройство, принцип действия.

Выпарные аппараты с естественной циркуляцией.

Рис. 3.2. Схема естественной циркуляции

Естественная циркуляция возникает в замкнутой системе, со­стоящей из необогреваемой опускной (циркуляционной) трубы 1 и обогреваемой (подъемной) кипятильной трубы 2. Естествен­ная циркуляция раствора происходит вследствие того, что в ки­пятильной трубе жидкость нагревается до бо­лее высокой температуры, чем в циркуляцион­ной. Поэтому плотность раствора, находяще­гося в циркуляционной трубе, больше, чем в кипятильной, и происходит упорядоченное движение (циркуляция) кипящей жидкости по пути: кипятильная труба – паровое простран­ство – опускная труба – кипятильная труба и т. д. При циркуляции повышается коэффициент теплоотдачи со стороны кипящей жидкости. Для естественной цир­куляции требуются два условия: а) достаточная высота уровня жидкости в опускной трубе, для того, чтобы уравновесить столб паро­жидкостной смеси в кипя­тильных трубах и сооб­щить этой смеси необхо­димую скорость; б) до­статочная интенсивность парообразования в кипя­тильных трубах, чтобы парожидкостная эмуль­сия в них имела возможно меньшую плотность.

Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией. Аппараты с принудительной циркуляцией применяются для повышения интенсивности циркуляции и коэффициента тепло­передачи (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Выпарной аппарат с прину­дительной циркуляцией для пеня­щихся растворов:

1 – трубчатка; 2 –сепаратор; 3 –отража­тельный зонт; 4 –циркуляционный насос;

5 – циркуляционная труба;

I – вторичный пар; II – отвод раствора;

III – подвод пара; IV –отвод конденсата;

V – подвод раствора

Циркуляция жидкости осуществляется про­пеллерным или центробежным насосом. Свежий раствор по­дается в нижнюю часть кипятильника, а упаренный раствор отводится из нижней части сепаратора. Уровень жидкости под­держивается несколько ниже верхнего обреза кипятильных тру­бок. Поскольку вся циркуляционная система почти полностью заполнена жидкостью, работа насоса затрачивается не на подъем жидкости, а лишь на преодоление гидравлических сопро­тивлений. Количество перекачиваемой насосом жидкости во много раз превышает количество испаряемой воды, поэтому от­ношение массы жидкости к массе пара в парожидкостной смеси, выходящей из кипятильных трубок, очень велико.

Скорость циркуляции жидкости в кипятильных трубках при­нимается равной 1,5–3,5 м/с. Скорость циркуляции опреде­ляется производительностью циркуляционного насоса и не за­висит от уровня жидкости и парообразования в кипятильных трубках. Поэтому аппараты с принудительной циркуляцией при­годны для работы с малыми разностями температур между греющим паром и раствором (3–5 °С), а также при выпаривании рас­творов с большой вязкостью, естественная циркуляция которых затруднена.

Достоинствами аппаратов с принудительной циркуляцией являются высокие коэффициенты теплопередачи (в 3–4 раза больше, чем при естественной циркуляции), а также отсутствие загрязнений поверхности теплообмена при небольших разно­стях температур. Недостаток – необходимость расхода энергии на работу насоса. Применение принудительной циркуляции целесообразно при изготовлении аппарата из дорогостоящего материала (при этом важное значение имеет значительное сокращение поверхности теп­лообмена вследствие повышения коэффициентов теплопере­дачи), при выпаривании кристаллизующихся растворов (сокра­щаются простои во время очистки аппарата) и при выпарива­нии вязких растворов (что при естественной циркуляции тре­бует наличия разности температур).