Однокорпусные выпарные установки

Как указывалось, однокорпусная выпарная установка включает лишь один выпарной аппарат (корпус). Рассмотрим принципиальную схему одиночного непрерывно действующего выпарного аппарата с естественной циркуляцией раствора на примере аппарата с внутренней централь-

ной циркуляционной трубой (рис. 1Х-1).

Аппарат состоит из теплообменного устройства — нагревательной (греющей) ка- меры 1 и сепаратора 2. Камера и сепаратор могут быть объединены в одном аппарате (см. рис. IX-1) или камера может быть выне- сена и соединена с сепаратором трубами (см. рис. 1Х-12). Камера обогревается обычно водяным насыщенным паром, поступающим в ее межтрубное пространство. Конденсат отводят снизу камеры.

Поднимаясь по трубам 3, ‘выпариваемый раствор нагревается и кипит с образованием вторичного пара. Отделение пара от жидко- сти происходит в сепараторе 2. Освобожден- ный от брызг и капель вторичный пар уда- ляется, из верхней части сепаратора.

Часть жидкости опускается по циркуля- ционной трубе 4 под нижнюю трубную ре- шетку греющей камеры. Вследствие раз-

ности плотностей раствора в трубе 4 и паро-жидкостной эмульсии в "трубах 3 жидкость циркулирует по замкнутому контуру. Упаренный (сконцентрированный) раствор удаляется через штуцер в днище аппа- рата.

Как показано ниже, имеются также конструкции выпарных аппаратов без циркуляционной трубы.

Если выпаривание производится под вакуумом, то вторичный пар отсасывается в конденсатор паров, соединенный с вакуум-насосом (на рис. 1Х-1 не показаны).

Материальный баланс. Согласно рис. 1Х-1, на выпаривание поступает

кг/сек исходного раствора концентрацией Ь_п вес. % и удаляется б_к кг/се/с упаренного раствора концентрацией Ь_к вес. %. Если в аппарате выпаривается кг/сек растворителя (воды), то общий материальный баланс аппарата выражается уравнением

О_к = О_к + Г (IX,1)

Материальный баланс по абсолютно сухому веществу, находящемуся в растворе:

а*ь„_а_яь_к ■ _(]Х2)

360

Тепловой баланс. Введем обозначения^— расход греющего пара;/_г— его энтальпия; /— энтальпия вторичного пара; i„ = c_Ht_B — энталь­пия исходного раствора; i_K = c_Kt_K — энтальпия конечного (упаренного) раствора; i' = c'Q — энтальпия конденсата гр'еющего пара; с_в, с_к, с' — средние удельные теплоемкости исходного раствора, конечного раствора и конденсата соответственно (в пределах от 0 °С до температуры жидкости); t„, t_K, в — температуры исходного и конечного растворов и насыщения греющего пара соответственно.

Приход и расход тепла будут:

Приход тепла Расход тепла

С исходным раствором . . G_Ht_B С упаренным раствором . . G_Ki_K

С греющим паром .... DI_P С вторичным паром .... WI

С паровым конденсатом . . DT Теплота концентрирования (?_конц Потери тепла в окружаю­щую среду Q_n

Соответственно уравнение теплового баланса имеет вид:

&н1н + Df_r= G_Ki_K -j- WI + Di' -j- Qkohu + Qn (IX,5)

Рассматривая исходный раствор - как смесь упаренного раствора и подлежащей испарению воды и допуская, что теплоемкость с„ исходного раствора в пределах температур от t_B до t_K остается постоянной, запишем тепловой баланс смешения при температуре кипения раствора в аппарате:

^в^сн^к ⁼ G_Kc_Kt_K -г U^V7_K

где с" — средняя удельная теплоемкость воды (в пределах температур от 0 °С до t_K).

Отсюда

G_Kc_K=G_Bc_a-WcT (IX,6)

Подставляя значения г„, i_K, V и G_Kc_K в уравнение (IX,5), получим ^н^сн^н “Г DI_T -- G_HC_at_K— Wc"i_K-\ - W/ -f- Dc'Q -)- Qkohu “b Qn

Из этого уравнения определим количество тепла, подводимого в еди­ницу времени с теплоносителем (греющим паром), или тепловую нагрузку Q выпарного аппарата:

Q ~ D (/_г С 0) = G_HC_H (£_к — t_n) -г- W (/ — Л_к) “г Qkohu “г Qn (IX,7)

Первый член правой части уравнения (IX,7) выражает расход тепла в аппарате на нагревание исходного раствора до температуры кипения, второй член правой части — расход тепла на испарение влаги из рас­твора. Кроме того, тепло затрачивается на концентрирование раствора (если тепловой эффект концентрирования отрицателен) и на компенсацию потерь тепла в окружающую среду.

Входящая в уравнение (IX,8) теплота концентрирования С?_коНЦ выра­жает тепловой эффект концентрирования раствора. Она равна разности (Aq кдж/кг) интегральных теплот растворения 1 кг растворенного веще­

Yandex.RTB R-A-252273-3