Файл: Попов, Н. П. Выпарные аппараты в производстве минеральных удобрений [учебное пособие].pdf

Повышение температуры кипения раствора определяется не только температурой, но также гидростатической и гидравлической депрес­ сиями. Гидростатическая депрессия вызывается тем, что нижние слои жидкости в аппарате закипают при более высокой температуре, чем верхние (вследствие гидростатического давления верхних слоев). С повышением уровня жидкости в аппарате гидростатическая де­ прессия возрастает. В среднем она составляет 1—3 °С. Гидравличе­ ская депрессия учитывает понижение давления вторичного пара вследствие гидравлического сопротивления в паропроводах между корпусами установки. При расчетах гидравлическую депрессию принимают 1,0—1,5 °С.

Полная депрессия А равна сумме температурной А', гидростати­ ческой А" и гидравлической депрессий А '":

Д = Д '+ Л ''+ Л да (И )

Выпаривание ведут как при атмосферном, так и при пониженном или повышенном давлении. При выпаривании раствора под атмосфер­ ным давлением образующийся так называемый вторичный (соковый) пар выпускается в атмосферу. Это самый простой способ выпаривания.

При выпаривании под пониженным давлением (при разрежении) в аппарате создается вакуум. Для этого вторичный пар конденси­ руется в специальном конденсаторе, а неконденсирующиеся газы отсасываются вакуум-насосом.

Температура кипения раствора определяется по формуле:

где ^нас. в. п — температура насыщения вторичного пара.

При разрежении температура кипения растворов снижается. Поэтому вакуум-выпарку применяют для чувствительных к высокой температуре растворов, а также для высококипящих растворов, когда температура нагревающего агента не позволяет вести процесс под атмосферным давлением. Использование вакуума позволяет также увеличить разность температур между нагревающим агентом и кипящим раствором, а следовательно, уменьшить поверхность теплообмена. Однако вакуум-выпарные установки дороже из-за дополнительных затрат на конденсационные устройства и их обслу­ живание.

При выпаривании под повышенным давлением вторичный пар может быть использован как нагревающий агент в подогревателях, для отопления и т. п., а также для различных технологйческих нужд. Выпаривание под давлением связано с повышением темпера­ туры кипения раствора, поэтому применение данного способа огра­ ничено свойствами раствора и температурой нагревающего агента.

Материальный и тепловой баланс при однократном и многократном выпаривании

Установки, состоящие из одиночного аппарата, вторичный пар из которого не используется или используется вне аппарата, назы­ ваются однокорпусными выпарными установками.

8

Большим распространением пользуются многокорпусные выпар­ ные установки. Они состоят из нескольких соединенных друг с дру­ гом аппаратов (корпусов), и давление в них понижается по направле­ нию от первого корпуса к последнему. В таких установках свежим паром можно обогревать только первый корпус; образующийся в первом корпусе вторичный пар направляется на обогрев второго корпуса, в котором давление ниже, и т. д. Вторичный пар из послед­ него корпуса поступает в конденсатор (если этот корпус работает при разрежении) или используется вне установки (если последний корпус работает при повышенном давлении). Таким образом, в мно­ гокорпусных выпарных установках многократно используется одно и то же тепло (отдаваемое греющим паром в первом корпусе), что позволяет сэкономить значительное количество свежего пара.

Многократно использовать тепло можно и в однокорпусных вы­ парных установках — если компрессором или пароструйным ин­ жектором сжать вторичный пар до такого давления, чтобы его тем­ пература позволила применять его для обогрева того же аппарата, где он образовался (установки с тепловым насосом).

Материальный баланс

Обозначим начальное (до выпарки) и конечное (после выпарки) количество раствора (в кг) через С?нач и 6?кон, его начальную и конеч­ ную концентрацию (в весовых долях) через Ьна, и Ькоя и количество выпаренной воды (в кг) через W . Тогда можно написать уравнение материального баланса по всему количеству вещества:

и по растворенному веществу:

В случае выпаривания в многокорпусной установке общее коли­ чество выпаренной воды, очевидно, равно сумме количеств воды,

венно, в первом, втором и последнем' корпусах, кг/ч.

9

Концентрации растворов на выходе из каждого корпуса могут быть определены по уравнению (17), которое применительно к отдель­ ным корпусам записывается в следующем виде:

для I корпуса

Тепловой баланс

Все тепло Q, необходимое для выпаривания, расходуется на на­ гревание раствора <?нагр, на испарение воды (скрытая теплота паро­ образования) ()исп и на преодоление связей в растворе между молеку­ лами растворенного вещества и воды (теплота концентрирования или теплота дегидратации) QKOna. Кроме того, часть тепла Qn0T (3— 5%) теряется в окружающую среду.

Таким образом, тепло, затрачиваемое на выпаривание раствора, определяется уравнением:

°С;

гкач — температура, при которой разбавленный раствор посту­ пает в аппарат, °С;

г — теплота испарения воды, ккал/кг;

а— коэффициент теплоотдачи от стенки аппарата к воздуху помещения, ккал/(м2-ч-°С);

FHap — наружная поверхность аппарата, м2; tCT— температура стенки аппарата, °С;

^возд — температура воздуха в помещении, °С.

Теплота дегидратации QK0Hll при концентрировании растворов далеких от насыщения невелика, и поэтому во многих случаях ею можно пренебречь.

Расход греющего пара в выпарном аппарате:

где гг „ — теплота конденсации греющего пара, ккал/кг.