Выпаривание

Сущность выпаривания заключается в доведении раствора твердого нелетучего вещества до температуры кипения, в переводе части растворителя в парообразное состояние и отводе полученного пара от оставшегося сконцентрированного раствора.

Более кратко: концентрирование растворов твердых нелетучих веществ при температуре кипения растворов.

Выпаривание - тепловой процесс, осуществляемый путем подвода тепловой энергии.

Источники тепловой энергии (горячие теплоносители):

1. Газовый обогрев,

а) непосредственный (погружные горелки),

б)через стенку (рекуперативный).

2. Обогрев ВОТ (высокотемпературные органические теплоносители), например, дифенильной смесью /до 400 °С/.

3. Водяным паром, который носит название греющего или первичного.

Пар, которой образуется при выпаривании кипящего раствора, носит название "вторичный".

Если вторичный пар используется для нужд вне выпарной установки, то он называется "экстра-паром".

Выпаривание очень широко применяется в пищевой промышленности, например, производство сахара, поваренной соли, соды и др.

Научный анализ процессов выпаривания был выполнен впервые в 1915 г. проф. Иваном Александровичем Тищенко в монографии "Современные выпарные аппараты и их расчет". Разработанный им метод расчета получил название - метод Тищенко. В настоящее время существует примерно 15 методов расчета выпарных установок, которые развивают и дополняют метод Тищенко. Различают следующие схемы выпаривания (Рис.2.2.).

ВЫПАРИВАНИЕ

Однократное Многократное

Под Под Под Прямоток Противо С параллельным

Давлением атмосферным вакуумом ток питанием

давлением

С тепловым

насосом

Рис. 2.2. Схемы выпаривания

Выпаривание может проводиться в одном аппарате - однократное или однокорпусное выпаривание. В этом случае вторичный пар или не используется, или используется в тепловом насосе /турбокомпрессор, инжектор/. Применяется для установок небольшой производительности.

Для однократного выпаривания под атмосферным давлением применяют открытые аппараты, вторичный пар удаляется в атмосферу.

Для однократного выпаривания под давлением и вакуумом применяют закрытые аппараты.

Выпаривание под вакуумом имеет преимущества:

1. достигается большая разность температур между теплоносителями,

2. можно использовать пар низкого давления,

3. можно выпаривать термочувствительные растворы,

4. меньше потери в окружающую среду.

Выпаривание может проводиться в нескольких аппаратах - многократное или многокорпусное выпаривание. Вторичный пар в этом случае используется в качестве греющего в аппаратах той же установки. Поэтому многократное выпаривание позволяет сократить расход первичного пара на 1кг вторичного, как это показано в таблице 6.

Таблица 2.1.

Расход греющего пара на 1 кг вторичного пара.

Число корпусов
Расход греющего пара на 1 кг вторичного	1.2	0.57	0.4	0.3	0.27

В зависимости от направления движения раствора по отношению к движению пара различают прямоток, противоток и параллельное питание каждого корпуса. Схемы установок представлены на рис.2.3.-101.

Рис.2.3.Прямоточная схема многократного выпаривания: 1-греющий пар, 2-конденсат, 3-исходный раствор, 4-вторичный пар,

5-вторичный пар в барометрический конденсатор, 6- упаренный раствор.

Рис.2.4. Противоточная схема многократного выпаривания.

Рис.2.5. Схема выпаривания с параллельным питанием каждого корпуса.

Прямоток (рис.2.3) получил наибольшее применение в промышленности. Давление вторичного пара увеличивается от первого корпуса к последнему, т.е. имеет место:

Поэтому раствор самотёком перетекает из корпуса в корпус.

Противоток применяют для растворов, вязкость которых резко повышается с возрастанием концентрации и с понижением температуры. В этом случае раствор с высокой концентрацией (b₃) располагается в корпусе с наибольшей температурой раствора (t₁). Для преодоления разности давлений подача раствора из корпуса в корпус осуществляется насосами (рис.2.4).

Параллельное питание каждого корпуса (рис.2.5) применяется для кристаллизующихся растворов, которые трудно с кристаллами провести через все корпуса.