ЛЕКЦИЯ 24.
Выпаривание
Выпариванием называется процесс концентрирования растворов нелетучих или малолетучих веществ путем испарения растворителя из раствора при его кипении.
Процесс выпаривания является одним из наиболее распространенных способов производства целевых продуктов в химической и смежных с ней отраслях промышленности. Выпариванию подвергают растворы твердых веществ, а также высококипящие жидкости, обладающие при температуре выпаривания весьма малым давлением насыщенного пара. Выпаривание иногда применяют для выделения растворителя в чистом виде, например, при опреснении морской воды или при дистиллировании воды.
При выпаривании обычно осуществляют частичное удаление растворителя из всего объема раствора при его температуре кипения. Этим выпаривание принципиально отличается от испарения, которое происходит с поверхности раствора при любых температурах. Во многих случаях выпаривание сопровождается кристаллизацией растворенных солей из растворов при достижении раствором пересыщенного состояния.
Наиболее распространенным теплоносителем при выпаривании является насыщенный водяной пар, который называют греющим или первичным. Пар, образующийся при кипении раствора, называют вторичным или соковым.
При выпаривании растворов с высокой температурой кипения (
°С
и более) в качестве теплоносителя применяют топочные газы с температурой
700 ¸ 1000 °С или высокотемпературные органические
теплоносители, которые не растворимы в воде.
Теплопередача в процессах выпаривания может происходить как через стенку, отделяющую теплоноситель от выпариваемого раствора, так и при непосредственном соприкосновении раствора с газообразными или жидкими теплоносителями, несмешивающимися с водными растворами.
Процесс выпаривания проводят при атмосферном давлении, под вакуумом и при повышенном давлении. Выбор давления, при котором осуществляют процесс выпаривания, определяется свойствами раствора, располагаемым теплоносителем и возможностью использования теплоты вторичного пара.
Выпаривание под вакуумом позволяет проводить процесс при более низких температурах и применяется для концентрирования растворов веществ, склонных к разложению при высоких температурах. Особенно широко выпаривание под вакуумом применяют в химико-фармацевтической и пищевой промышленностях. Применение вакуума имеет и другие преимущества – возможность использования низко потенциальных теплоносителей, больший температурный напор. Вместе с тем, при выпаривании под вакуумом увеличиваются капитальные затраты и эксплуатационные расходы на установку, так как необходимы дополнительные затраты на оборудование вакуумного хозяйства (конденсаторы, вакуум-насосы и др.), а также увеличивается расход греющего пара вследствие увеличения теплоты испарения воды при снижении давления.
Самым простым, но одновременно и наименее экономичным является выпаривание под атмосферным давлением, так как в этом случае, как правило, не используется теплота вторичного пара.
Наиболее распространенным является выпаривание под давлением выше атмосферного, когда вторичный пар используют как для обогрева других выпарных аппаратов, так и для различных технологических нужд.
Выпаривание обычно осуществляют в непрерывно действующих многокорпусных выпарных установках, состоящих из нескольких выпарных аппаратов (корпусов), в которых вторичный пар каждого предыдущего корпуса является греющим паром для последующего корпуса. В многокорпусных выпарных установках первичным паром обогревают только первый корпус, вследствие чего обеспечивается значительная экономия первичного пара.
При непрерывном выпаривании раствор в аппарате находится при концентрации равной конечной концентрации раствора, при постоянных физико-химических свойствах раствора и условиях теплопередачи.
В ряде случаев выпаривание целесообразно производить периодически. Отличительная особенность аппаратов периодического действия состоит в непрерывном изменении концентрации выпариваемого раствора. Поэтому в этом случае процесс выпаривания протекает при переменных значениях температуры кипения, рабочей разности температур, физико-химических свойств раствора, а следовательно, и при переменных значениях коэффициента теплопередачи.
Современные выпарные установки оснащаются выпарными аппаратами с поверхностью нагрева до нескольких тысяч квадратных метров, вследствие чего они являются крупными потребителями тепла, и потому требуется особая тщательность при их расчете и проектировании.
Основными физико-химическими свойствами растворов являются плотность, вязкость, удельная теплоемкость, теплопроводность, поверхностное натяжение. Параметры этих свойств представлены в справочной литературе. В большинстве справочников значения параметров приведены или при нормальных условиях или в сравнительно узком интервале, как правило, до 100 °С. В тех случаях, когда отсутствуют справочные данные при необходимой температуре, можно воспользоваться особенностью, которая состоит в том, что для большинства жидкостей зависимость плотности, теплоемкости и теплопроводности от температуры имеет линейный характер. Подробно определение параметров этих свойств в зависимости от температуры, а также для различных смесей и растворов представлены в специальной литературе.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.