3.7 Выпаривание

Выпаривание –процесс концентрирования растворов твердых веществ за счет нагрева и испарения растворителя.

Процесс состоит из 2 процессов –кипение и испарение.

Кипение –переход жидкости в парообразное состояние, когда упругость паров жидкости равна упругости паров окружающего пространства.

Испарение осуществляется, когда упругость паров жидкости отличается от давления окружающего пространства.

Выпарной аппарат обычно состоит из :

• Кипятильника-предназначен для нагрева раствора, представляет собой трубный пучок.

• Сепаратор –пространство в котором образующийся пар отделяется от выпарного раствора.

Материальный баланс:

, –массовый расход начального и упаренного раствора.

W –количество выпаренной воды.

–процентное содержание растворенного вещества в исходном и конечном растворе.

Тепловой баланс:

Способы выпаривания:

1. По давлению:

• Под атмосферным давлением

• Под разряжением. Вакуум выпариватели позволяют снизить температуру кипения раствора, что может быть использовано при выпаривании веществ чувствительных к высоким температурам.

2. По количеству корпусов выпарной установки:

• Однокорпусная

• Многокорпусная

3. По конструкции:

• Аппарат совмещен с греющей камерой

• Аппарат с внешней греющей камерой.

Схемы многокорпусных выпарных установок:

1. Прямоточная, когда упариваемый раствор и греющий пар подаются от первого корпуса к последнему.

2. Противоточная, когда упариваемый раствор и греющий пар подаются в обратном направлении (раствор от последнего к первому, а пар от 1 к последнему)

3. Параллельное питание корпусов, когда раствор подается на все корпуса одновременно, а пар подается от 1 к последнему.

3.8 Массообменные процессы и аппараты

Массообменные процессы

Характеризуется переходом 1го или нескольких веществ из 1й фазы в другую.

1. Кристаллизация-выделение твердой фазы в виде кристаллов из перенасыщенных растворов или расплавов.

2. Сушка-удаление влаги из материалов.

3. Перегонка и ректификация-разделение гомогенных жидких систем, основанный на различной летучести компонентов.

4. Абсорбция-избирательное поглощение газа (пара) жидкостью(переход газа в жидкую фазу)

5. Адсорбция-избирательное поглощение пара, газа или раствора твердым пористым поглотителем.

6. Экстракция-это процесс извлечения вещества растворенного в жидкости, при помощи другой жидкости не смешивающейся с первой.

8. Ионный обмен (разновидность адсорбции) –это процесс разделения основанный на способности некоторых твердых веществ обменивать свои подвижные ионы на ионы электролитов.

9.Экстрагирование –это процесс извлечения вещества из твердого материала при помощи жидкости.

10. Растворение –процесс перехода из твердого в жидкое.

Перегонка и ректификация

Сущность процесса –частичное или полное разделение однородных жидких смесей за счет различной температуры кипения компонентов.

Перегонка –это процесс однократного частичного испарения жидкой смеси с последующей конденсацией образовавшихся паров.

Перегонка представляет собой предварительное разделение смеси, состоящей из 2 взаимно растворимых компонентов. Она е позволяет выполнить полное разделение смеси.

Перегонка с водяным паром применяется для разделения смесей с высококипящими веществами, не разделимых в воде.

Перегонка под вакуумом, позволяет проводить разделение смеси при более низких температурах. Используется в том случае, если высокие температуры влияют на свойства вещества.

Возгонка основана на способности твердых веществ переходить в газообразное минуя жидкую фазу. Применяется для труднолетучих и не летучих компонентов.

Ректификация – это процесс разделения жидких гомогенных смесей, основанный на многократном взаимодействии жидкости и пара при их противоточном движении.

Ректификация - наиболее полное разделение смесей жидкостей, целиком или частично растворимых друг в друге.

Закон Рауля –парциальное давление каждого компонента равно давлению насыщенного пара этого компонента умноженного на его молекулярную массу.

Согласно этому закону парциальное давление компонентов находится в линейной зависимости от температуры.

Классификация двухкомпонентных смесей:

• Вещества взаимно растворимые друг в друге в любых количествах

• Жидкости частично растворимые друг в друге это смеси с положительным отклонением от закона Рауля.

• Смеси с отрицательным отклонением от закона Рауля не разделяются ректификацией

• Жидкости взаимно не растворимые такие жидкости расслаиваются.

Колонные аппараты

К колонным аппаратам относят вертикальные аппараты, длина которых значительно превышает диаметр.

Конструкции:

1. Тарельчатые. В этих аппаратах в качестве ступени концентрации используют тарелки различных видов:

• Колпачковые

• Туннельные

• Клапанные: с нижним ограничением, с верхним ограничением

• Ситчатые, решетчатые: провального и без провального типа.

2. Насадочные колонны. Виды насадок:

• Насыпные –нагружаются навалом.

• Регулярная:

  • Плоскопараллельная насадка. Представляет собой листы металла из которых собираются пакеты с Н=400-1000 мм. для турбулизации потока пластины в пакете поворачивают относительно друг друга на 45° или 90°

  • Пластины могут выполнятся с гофрированием, для турбулизации потока в пластинах выполняют окна с отогнутыми лепестками.

  • С перфорацией

  • В виде сот каждый следующий ярус смещается относительно предыдущего

При проектировании колонного аппарата на ряду с наружным и внутренним давлением, осевой сжимающей силой, необходимо учитывать динамические воздействия (ветровую нагрузку, сейсмические силы). На сейсмическую нагрузку рассчитывают если сейсмичность местности более 7 балов по шкале Рихтера.