Основные характеристики процесса выпаривания

Концентрацией раствора называется масса твердого вещества, растворенного в 1 кг раствора. При выпаривании последнего его концентрация повышается от Хн до Хк, а его масса уменьшается от Gн кг до Gк кг. Так как растворенное вещество практически нелетучее, разность Gн - Gк равна количеству выпаренного растворителя, т.е.

Gн - Gк = W

или

Gн = Gк + W (14.1)

Из материального баланса по растворенному веществу в исходном и концентрированном растворах следует:

Gн*Хн =Gк*Хк, (14.2)

Тогда количество выпаренного растворителя, которое необходимо, равно:

W= Gн(1-Xн/Xк). (14.3)

Температура кипения раствора является важным параметром процесса при выпаривании и зависит от химической природы и количества растворенных твердых веществ и растворителя, а также от давления над раствором:

tкип = T +Д'+Д''+Д''' (14.4)

где tкип - температура кипения раствора, град;

Т - температура вторичного пара, град;

Д' - температурная депрессия, град;

Д'' - гидростатическая депрессия, град;

Д'''— гидравлическая депрессия, град.

Температурная депрессия равна разности между температурами кипения раствора и кипения чистого растворителя при одинаковом давлении:

Значения Д', полученные опытным путем, приводятся в справочной литературе. Опытные значения температурной депрессии обычно приводятся при атмосферном давлении. Величину Д' при любом давлении можно получить, пользуясь уравнением И.А.Тищенко:

Т, r - температура кипения чистого растворителя (К) и его теплота испарения (кДж/кг) при данном давлении.

Если экспериментальные данные о величине Д' для данного раствора отсутствуют, то значения температурной депрессии могут быть приближенно вычислены по правилу Бабо, согласно которому относительное изменение давления пара Р2/Р1 над разбавленным раствором данной концентрации есть величина постоянная, не зависящая от температуры кипения раствора , т.е.

Зная температуру кипения t2 раствора при некотором давлении Р2 находим давление пара чистого растворителя Р1 при той же температуре и рассчитываем константу К:

Для заданного давления P'2 над раствором определяем давление пара P'1 чистого растворителя:

и по таблицам - соответствующую ему температуру t'2,которая и является температурой кипения раствора при заданном давлении P'2. Так как температура чистого растворителя при указанном давлении P'2 известна - t'1, то температурная депрессия составит

Д' = t'2 — t'1 (14.8)

Гидростатическая депрессия Д' обусловлена повышением температуры кипения раствора, связанного с гидростатическим давлением столба жидкости в кипятильных трубках.

Для расчета Д'' находим давление Р в среднем поперечном сечении кипятильных труб, равное сумме давлений вторичного пара Рвт.п и гидростатического - ДРср столба жидкости на середине высоты Н трубы:

По давлению Р с помощью таблиц насыщенного пара растворителя определяем tp, Разностью температур tpсоответствующей данному давлению, и вторичного пара Т определяем величину гидростатической депрессии:

Гидравлическая депрессия обусловлена гидравлическими сопротивлениями (трения и местными сопротивлениями), которые должен преодолеть вторичный пар при его движении главным образом через сепарационные устройства, брызгоотделитель и паропроводы. Вызванное этим уменьшение давления вторичного пара приводит к некоторому снижению его температурь, насыщения. В среднем величина Д''' может быть принята равной 1°С.