49. Движущая сила процесса выпаривания. Температурные потери в процессе выпаривания. Расчет полезной разности температур.

Движущая сила процесса выпаривания – разность температур между температурой кипения раствора в аппарате и температурой греющего пара.

Температурные потери и температура кипения растворов. В выпарном аппарате возникают температурные потери, снижающие разность температур между греющим паром и выпариваемым раствором. Они складываются из температурной депрессии ∆', гидростатической депрессии ∆'' и гидравлической депрессии ∆'''.

Температурная депрессия ∆' равна разности между температурой кипения раствора и температурой кипения чистого растворителя при одинаковом давлении.

Значение ∆' зависит от природы растворенного вещества и растворителя, концентрации раствора и давления. Значения ∆', полученные опытным путем, приводятся в справочной и специальной литературе. Если экспериментальные данные о величинах ∆' для данного раствора отсутствуют, то значения температурной депрессии могут быть приближенно вычислены различными способами, причем должна быть известна либо одна температура кипения данного ра-ра при некотором давлении (по правилу Бабо), либо две темп-ры кипения ра-ра при двух произвольно взятых давлениях (по правилу Дюринга или уравнению Киреева)

Опытные значения температурной депрессии обычно приводятся при атмосферном давлении. Величину ∆' при любом давлении можно получить, пользуясь уравнением И. А. Тищенко:

где - температурная депрессия при атмосферном давлении, °С; Т, r—-температура кипения чистого растворителя (в ⁰К) и его теплота испарения (в кдж/кг) при данном давлении. Данное уравнение применимо только к разбавленным растворам.

Депрессия ∆'' обусловлена тем, что некоторая часть высоты кипятильных труб выпарного аппарата заполнена жидкостью, над котором находится паро-жидкостная эмульсия; содержание пара в ней резко возрастает по направлению к верхней кромке труб.

Назовем условно все содержимое кипятильных труб жидкостью. Вследствие гидростатического давления столба жидкости в трубах тем-ра кипения нижерасположенных слоев жидкости в них будет больше, чем тем-ра кипения вышерасположенных. Повышение тем-ры кипения ра-ра, связанное с указанным гидростатическим эффектом, наз-ся гидростатической депрессией.

Гидростатическая депрессия наиболее существенна при работе аппарата под вакуумом.

Значение гидростатической депрессии не может быть точно рассчитано ввиду того, что жидкость в трубах находится в движении, причем ∆'' зависит от интенсивности циркуляции и изменяющейся плотности пар-жидкостной эмульсии, заполняющей большую часть высоты кипятильных труб.

В первом приближении расчет ∆'' возможен на основе определения тем-ры кипения в среднем поперечном сечении кипятильной трубы. Для этого находят давление р в данном сечении, равное сумме давлений вторичного пара pвт.п. и гидростатического давления Δpср столба жидкости на середине высоты Н трубы:

где -средняя плотность жидкости, заполняющей трубку.

Допуская, что величина равна половине плотности чистого раствора (без присутствия пузырьков пара), т. е. , получают

По давлению с помощью таблиц насыщенного водяного пара находят тем-ру воды tв, соответствующую данному давлению. Разность между тем-рой tв и тем-рой вторичного пара T' определяет гидростатическую депрессию.

В связи с неточностью такого расчета, которым не учитывается движение (циркуляция) раствора, значения обычно принимают по практическим данным.

Для вертикальных аппаратов с циркуляцией выпариваемого раствора м. б. принята в пределах 1-3 °С.

Гидравлическая депрессия обусловлена гидравлическими сопротивлениями (трения и местными сопротивлениями), которые должен преодолеть вторичный пар при его движении главным образом через сепарационные устройства и паропроводы. Вызванное этим уменьшение давления вторичного пара приводит к некоторому снижению его тем-ры насыщения.

Повышение тем-ры кипения ра-ра, обусловленное гидравлической депрессией, обычно колеблется в пределах О,5-1,5 °С. В среднем величина для единичного аппарата может быть принята равной 1°С. При расчете многокорпусных установок гидравлическую депрессию учитывают, принимая во внимание снижение давления вторичного пара только в паропроводах между корпусами.

Тем-ра кипения раствора с учетом температурных потерь, обусловленных температурной и гидростатической депрессиями, составляет

Где Т’ -температура вторичного пара.

Полезная разность тем-тур в выпарном аппарате представляет собой разность тем-ры конденсации Т ⁰C греющего пара и тем-ры кипения ⁰С выпариваемого раствора:

В аппаратах с циркуляцией раствора, обеспечивающих его достаточно полное перемешивание, является величиной постоянной.

В выпарных аппаратах с циркуляцией концентрация всего обращающегося в аппарате раствора близка к конечной, поэтому расчетное значение принимают по конечной концентрации раствора.