Выпаривание. Некоторые основные свойства растворов. Однокорпусные выпарные установки, страница 4

где  – удельная теплота конденсации греющего пара, Дж/кг.

Первый член в числителе уравнений (24.15) и (24.16) выражает расход тепла на нагрев исходного раствора до температуры кипения, второй член – расход тепла на испарение воды из раствора.

В обобщенном виде уравнение (24.16):

                          .                       (24.17)

Входящая в эти уравнения теплота концентрирования  отражает тепловой эффект концентрирования раствора. Она равна разности интегральных теплот растворения исходного и концентрированного растворов, взятой с обратным знаком (см. раздел 24.2.). Так как при концентрировании тепло может поглощаться или выделяться, то теплота концентрирования входит в уравнения тепловых балансов со знаком плюс или минус. Для многих минеральных солей величина теплоты концентрирования незначительна, и ею можно пренебречь.

Потери тепла в окружающее пространство  обычно задают в виде доли от тепловой нагрузки аппарата в размере .

В случае подачи в выпарной аппарат влажного греющего пара уравнение (24.16) принимает следующий вид:

           ,       (24.18)

где  – влажность греющего пара, масс. доли.

Из уравнения (24.17) можно определить теоретический расход греющего пара на испарение 1 кг воды. Если принять, что  =0 и = 0, а раствор поступает на выпаривание нагретым до температуры кипения, т. е. = 0, то

                             .                         (24.19)

Из выражения (24.19) следует, что в одиночном выпарном аппарате на выпаривание 1кг воды приближенно расходуется 1кг греющего пара. На практике, с учетом потерь теплоты и других составляющих, удельный расход греющего пара больше и составляет 1,1 – 1,25 кг/кг воды. При испарении других растворителей удельный расход греющего пара изменяется соответственно изменению удельной теплоты испарения конкретного растворителя.

Поверхность нагрева выпарного аппарата

Поверхность нагрева выпарного аппарата определяют из основного уравнения теплопередачи:

                                        ,                                     (24.20)

где  – тепловая нагрузка аппарата, Вт;  – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²×К);  – полезная разность температур, К.

Полезную разность температур в выпарном аппарате определяют по формуле

                                      ,                                  (24.21)

где  – температура насыщения (конденсации) греющего пара, К;  – температура кипения раствора, К, равная ;  – температурная депрессия, К;  – гидростатическая депрессия, К.

В циркуляционных выпарных аппаратах концентрация раствора практически одинакова и равна конечной концентрации, поэтому температуру кипения раствора определяют для его конечной концентрации, а величину полезной разности температур можно считать величиной постоянной.

Потери полезной разности температур

В выпарном аппарате имеют место потери полезной разности температур, которые называют депрессией. Общая величина депрессии складывается из температурной депрессии , гидростатической депрессии  и гидравлической депрессии .

Температурная депрессия  равна разности температур кипения раствора и чистого растворителя при одинаковом давлении. Величина температурной депрессии зависит от природы растворенного вещества и растворителя, концентрации раствора и давления. Экспериментальные значения величины температурной депрессии приводятся в специальной литературе. Для приближенного расчета величины температурной депрессии должна быть известна либо одна температура кипения данного раствора при некотором давлении (закон Бабо, метод Тищенко), либо две температуры кипения при двух произвольно взятых давлениях (правило Дюринга или уравнение Киреева).

В справочной литературе значения температур кипения или температурной депрессии приведены, как правило, при атмосферном давлении. Так как выпарной аппарат может работать под давлением, отличным от атмосферного, то для перерасчета величины температурной депрессии используют любой из перечисленных выше методов. Наибольшее распространение получило уравнение И. А. Тищенко, в соответствии с которым

                                ,                             (24.22)