Другие предметы \ Тепловые процессы

Выпаривание. Некоторые основные свойства растворов. Однокорпусные выпарные установки, страница 6

3) в аппарат, наполненный первоначально до некоторого уровня, непрерывно подают разбавленный раствор с таким расчетом, чтобы весовое количество раствора в аппарате оставалось постоянным в течение всего процесса выпаривания. Так как плотность раствора увеличивается по мере его концентрирования, то этот вариант характерен непрерывным понижением уровня (уменьшением объема) раствора в аппарате при постоянном весовом количестве.

В двух последних вариантах подача исходного раствора в аппарат начинается с момента закипания раствора. Следовательно, во всех трех вариантах расход тепла на нагревание раствора от начальной температуры до температуры кипения определяется из уравнения теплового баланса следующим образом:

, (24.26)

где – теплота, затрачиваемая на нагревание раствора, Дж; – количество исходного раствора, кг; – удельная теплоемкость исходного раствора, Дж/(кг×К); – начальная температура исходного раствора, °С; – первоначальная температура кипения раствора, °С; – потери тепла в окружающее пространство и нагревание самого аппарата, Дж.

Время нагревания раствора до температуры кипения определяем из уравнения

, (24.27)

где – коэффициент теплопередачи при нагревании, Вт/(м²×К); – температура теплоносителя, °С; – время нагревания, с.

Из уравнения (24.27) получаем:

. (24.28)

Температура раствора в процессе нагревания изменяется от до . Температура теплоносителя зависит от рода применяемого теплоносителя. Если выпарной аппарат обогревают теплоносителем с постоянным агрегатным состоянием (дымовые газы, воздух, высококипящие жидкости и. т. п.), то его начальная температура обычно постоянна (). Конечная температура теплоносителя по мере нагревания раствора может увеличиваться от () в начальный момент до () в конечный момент.

В этом случае

, (24.29)

где . (24.30)

Таким образом, применительно к данному случаю, уравнение (24.28) примет вид:

. (24.31)

Средняя температура теплоносителя определяется из уравнения

. (24.32)

При нагревании выпарного аппарата насыщенным водяным паром, температуру теплоносителя можно считать постоянной. Тогда

(24.33)

и . (24.34)

По уравнениям (24.31) и (24.34) можно также рассчитать необходимую поверхность нагрева выпарного аппарата, если задано время нагревания раствора от начальной температуры до температуры кипения раствора.

Расчет расхода тепла и необходимой поверхности нагрева в процессе выпаривания раствора зависит от режима работы аппарата, поэтому эти расчёты рассматриваются отдельно для каждого режима.

Выпаривание при переменном уровне раствора в аппарате

В рассматриваемом процессе температура кипения раствора, его теплоемкость и теплосодержание непрерывно изменяются и однозначно зависят от концентрации раствора. Теплосодержание вторичного пара является постоянной величиной, так как аппарат работает при постоянном давлении. Если пренебречь потерями тепла в окружающее пространство и теплотой концентрирования раствора, то количество тепла , отдаваемое теплоносителем за время , расходуется на образование вторичного пара и на изменение теплосодержания выпариваемого раствора: