Простое выпаривание

Простое выпаривание осуществляется на установках небольшой производительности, когда затраты теплоты не имеют большого значения.

Материальный баланс простого выпаривания включает два уравнения, составленные:

по материальным потокам

по растворенному веществу

где G_н, G_к – массовый расход исходного (упариваемого) и конечного (упаренного) раствора; W – массовый расход выпариваемого растворителя; х_н, х_к – проценты (массовые доли) растворенного вещества в исходном (начальном) и конечном растворах,

Тепловой баланс простого выпаривания может быть записан на основе потоков прихода и расхода теплоты.

Обозначим: D – массовый расход греющего пара; i_пap, i_в.п, i_конд – удельные энтальпии греющего и вторичного пара, а также конденсата; t_н, t_к – начальная и конечная температуры раствора; Δq – теплота концентрирования от концентрации х_н до концентрации х_к; с_н, с_к – удельные теплоемкости исходного (начального) и конечного растворов.

В этом случае тепловой баланс будет основываться на следующих тепловых потоках:

Тогда тепловой баланс простого выпаривания будет

Заменив в выражении (7.3) в соответствии с уравнением (7.2а) G_н на G_к + W и решив его относительно расхода греющего пара, получим

Из равенства (7.4) следует, что общий расход пара определяется тремя слагаемыми, которые можно интерпретировать следующим образом: первое – расход пара на изменение теплосодержания упариваемого раствора, второе – расход пара на образование вторичного пара и третье – расход пара на компенсацию потерь теплоты в окружающую среду.

Значение первого и последнего слагаемых невелики по сравнению со вторым, поэтому при приближенных расчетах считается, что 1 кг испаряемой из раствора воды требует затрат 1,1...1,2 кг греющего пара.

Площадь поверхности теплообмена выпарного аппарата определяется в соответствии с основным уравнением теплопередачи

где Q – тепловая нагрузка аппарата; К – коэффициент теплопередачи; Δt_{п. р} – полезная разность температур.

При расчетах выпарных аппаратов учитывают следующие температурные характеристики:

· общую разность температур – разность между температурой греющего пара t_{гр. п}, поступающего в выпарной аппарат, и температурой вторичного пара t_{в. п} отбираемого из аппарата:

· полезную разность температур, которая всегда меньше общей разности температур на величину температурных потерь (депрессий);

· температурные потери (депрессии), которые складываются из температурной, гидростатической и гидравлической депрессий,

· температурную депрессию Δt_{т. д} – разность между температурами кипения раствора и чистого растворителя (7.1);

· гидростатическую депрессию Δt_{г. д} – повышение температуры кипения раствора за счет гидростатического давления столба жидкости в трубах выпарного аппарата;

· гидравлическую депрессию Δt_{г. п} – потери температуры вторичного пара, вызванные гидравлическими сопротивлениями на выходе из вы парного аппарата.