2. Однокорпусные выпарные установки

351

ства в исходном и концентрированном растворах, взятой с обратным зна­ком и умноженной на расход растворенного вещества

^ДКОНЦ ⁼ "Уоо"

Так как при концентрировании раствора тепло может поглощаться ^ или выделяться, то (2_К0НЦ может входить не только в расходную, но и в приходную части теплового баланса. Теплота концентрирования учи­тывается в тепловом балансе выпарного аппарата, если она значительна и ею пренебречь нельзя.

Величину 0._п обычно принимают в виде доли от тепловой нагрузки (2 аппарата; обычно задаются (2_П = (0,03—0,05) (}. Эту величину потерь тепла в окружающую среду обеспечивают благодаря необходимой тол­щине тепловой изоляции аппарата.

Из уравнения (IX,7) может быть определен расход греющего пара:

_п ^а^сн (^к — ^н) ~Ь V <П_К) ~Ь Qкoнц ~Ь <3п /?у я\

/_р — С^0 <^1Х,8)

Из уравнения (IX,8) можно, пренебрегая величинами ф_конц и Q_п, определить теоретический расход пара на выпаривание I кг растворителя (воды). Если принять, что исходный раствор поступает в аппарат предва­рительно нагретым до температуры кипения, т: е. £_н = то

где /_Р — с'в — г' — теплота конденсации греющего пара; / — с'Ч_к = г — теплота испа­рения воды из кипящего раствора, которая в первом приближении может быть принята равной /•'.

Это означает, что .доасса расходуемого греющего пара равна массе выпариваемой воды, или приближенно: в однокорпусном аппарате на выпаривание 1 кг воды надо затратить 1 кг греющего пара. Практически же, с учетом потерь тепла в окружающую среду и того, что г > г', удельный расход греющего пара увеличивается и составляет 1,1—1,2 кг!кг испаряе­мой влаги.

Поверхность нагрева. Поверхность нагрева непрерывно действующего выпарного аппарата определяется на основе уравнения теплопередачи (VI 1,4):

^Д^пол

где 0— тепловая нагрузка аппарата [см. уравнение (IX,7)]; К — коэффициент тепло­передачи, рассчитываемый по общему уравнению (VII,83); А/_Пол—движущая сила про­цесса (полезная разность температур).

В данном случае в уравнении (VII,83) величина а₁— коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара к стенке, а₂ — коэффициент тепло­отдачи от стенки к кипящему раствору. Коэффициент теплопередачи сни­жается с повышением концентрации и соответственно — вязкости рас­твора, а также с понижением температуры кипения раствора.

Полезная разность температур в выпарном аппарате Д£_пол представ­ляет собой разность температуры конденсации Т °С греющего пара и температуры кипения (_к °С выпариваемого раствора:

Д^пол = Г-/_К (IX,10)

В- аппаратах с циркуляцией раствора, обеспечивающих его достаточно полное перемешивание, Д£_пол является величиной постоянной.

В выпарных аппаратах с циркуляцией концентрация всего обращающе­гося в аппарате раствора близка к конечной, поэтому расчетное значе­ние принимают по конечной концентрации раствора.

Гл. IX. Выпаривание

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 Д', гидростатической депрессии А" и гидравлической депрессии Д"\

Температурная депрессия Д' равна разности между температурой кипения раствора и температурой кипения чистого раство­рителя при одинаковом давлении.

Значение А' зависит от природы растворенного вещества и раствори­теля, концентрации раствора и давления. Значения А', полученные опыт­ным путем, приводятся в справочной и специальной литературе *. Если экспериментальные данные о величинах А' для данного раствора отсут­ствуют, то значения температурной депрессии могут быть приближенно вычислены различными способами, причем' должна быть известна либо одна температура кипения данного раствора при некотором давлении (по правилу Бабо), либо две температуры кипения раствора при двух произвольно взятых давлениях (по правилу Дюринга или уравнению Киреева) *.

Рассмотрим в качестве примера расчет Д' с помощью эмпирического правила Б а б о, согласно которому относительное понижение давления пара (pj — РгУР\ или p₂/Pi над разбавленным раствором данной концентрации есть величина постоянная, не зависящая от температуры кипения раствора, т. е.

-fe. = К = const (IX.11)

Р1

где р₁ и р₂ — давление пара соответственно растворителя и раствора,

Зиая температуру кипения 1_г раствора при некотором произвольно взятом давлении р₂, находят (по таблицам насыщенного водяного пара) давление пара чистого растворителя (воды) pj при той же температуре и рассчитывают константу К, пользуясь зависи­мостью (IX, 11). По тому же уравнению определяют для заданного давления р₂ над раство­ром (в выпарном аппарате) давление пара р₁ чистого растворителя и находят по таблицам соответствующую ему температуру 1₂, которая и будет температурой кипения раствора при заданном давлении. Так как температура чистого растворителя при этом давлении известна, то температурная депрессия составляет

K"=t₂ — t\ (IX,12)

Для концентрированных растворов к величине Д', рассчитанной по правилу Бабо, следует вводить поправки *, предложенные В. Н. Стабниковым, величина которых зависит 6т отношения p₂/pi и давления р₂. Поправка прибавляется к величине Д', полученной по правилу Бабо, если теплота растворения положительна, и вычитается, если эта теплота отрицательна.

Опытные значения температурной депрессии обычно приводятся при атмосферном давлении. Величину А' при любом давлении можно получить, пользуясь уравнением И. А. Тищенко:

Д'== 1,62-10^-2Д_атм (IX, 13)

где Д_атм — температурная депрессия . при атмосферном давлении, “С; Т, г — темпера­тура кипения чистого растворителя (в °К) и его теплота испарения (в кдж1кг) при данном давлении.

Уравнение (IX, 13) применимо только к разбавленным растворам.

Депрессия А" обусловлена тем, что некоторая часть высоты кипя­тильных труб выпарного аппарата заполнена жидкостью, над которой находится паро-жидкостная эмульсия; содержание пара в ней резко воз­растает по направлению к верхней кромке труб.

Назовем условно все содержимое кипятильных труб жидкостью. Вслед­ствие гидростатического давления столба жидкости в трубах температура

* См., например: Справочник химика. Т. V. М.—Л., «Химия», 1966. 974 с.