Описание теории и технологической схемы процесса

Выпаривание - это процесс концентрирования растворов твердых нелетучих веществ путем частичного испарения растворителя при кипении жидкости. Выпаривание применяют для концентрирования растворов нелетучих веществ, выделения из растворов чистого растворителя (дистилляция) и кристаллизации растворенных веществ, т.е. нелетучих веществ в твердом виде. При выпаривании обычно осуществляется частичное удаление растворителя из всего объема раствора при его температуре кипения. Поэтому выпаривание принципиально отличается от испарения, которое, как известно, происходит с поверхности раствора при любых температурах ниже температуры кипения. В ряде случаев выпаренный раствор подвергают последующей кристаллизации в выпарных аппаратах, специально приспособленных для этих целей.

Основные принципы управления процессом выпаривания рассмотрим на примере однокорпусной выпарной установки. Показателем эффективности процесса является концентрация упаренного раствора, а целью управления – поддержания определенного значения этой концентрации.

Уравнения материального баланса выпарной установки по растворенному веществу и по всему количеству вещества имеют соответственно следующий вид:

G_c.p C_c.p = G_y.p C_y.p G_c.p = G_y.p + G_п

где G_c.p G_y.p – расход свежего и упаренного растворов; C_c.p – концентрация растворенного вещества в свежем растворе; C_y.p – концентрация растворенного вещества в упаренном растворе (показатель эффективности); G_п – расход паров растворителя.

Решая совместно эти уравнения, получим:

C_y.p = G_c.p C_c.p / G_y.p = G_c.p C_c.p / (G_с.p - G_п)

Расход G_c.p можно стабилизировать или изменять для достижения цели управления процессом выпаривания, так как этот процесс в большинстве случаев является основным на химических производствах. Так, его уменьшение приводит к снижению скорости движения раствора по аппарату, а следовательно – к увеличению концентрации C_y.p. То же можно сказать и о расходе G_y.p.

Концентрация C_c.p определяется предшествующими технологическими процессами; её изменения будут сильными возмущениями для процесса выпаривания.

Расход G_п определяется параметрами исходного раствора, а также режимными параметрами в аппарате: температурой, давлением, концентрацией раствора и интенсивностью подвода тепла.

Если предположить, что цель уравнения достигнута, т.е. концентрация C_y.p на выходе из аппарата постоянна и соответствует заданной, то между температурой и давлением в аппарате будет соблюдаться определенная зависимость. Поэтому достаточно стабилизировать только один из этих параметров. В большинстве случаев это – давление в аппарате, которое можно регулировать изменением отбора пара из аппарата.

Интенсивность подвода тепла к кипятильнику определяется параметрами теплоносителя: расходом, температурой, давлением и энтальпией.

К наиболее сильным возмущающим воздействиям относятся изменения расхода теплоносителя. Эти возмущения компенсируют установкой стабилизирующего регулятора расхода. При целенаправленном изменении расхода теплоносителя в объект могут вноситься и регулирующее воздействия. Однако при этом может возникнуть «пленочное кипение», что неэкономично. С изменением других параметров теплоносителя в объекте будут иметь место другие возмущения.

Выбираем конструкционный материал, стойкий в среде кипящего раствора NaNO₃ в интервале изменения концентраций от 10 до 27 %. В этих условияхподходитстальмарки X17 скоэффициентом теплопроводностиλст = 25,1 Вт/м˚К. Скорость коррозии ее менее 0,1 мм/год.