Конструкции выпарных аппаратов

Выпарной аппарат с Выпарной аппарат с Выпарной аппарат с

естественной циркуляцией естественной циркуляцией вынужденной

(зоны нагрева и кипения совпадают) конвекцией

Рис 4.33 Схемы выпарных аппаратов.

В пленочном выпарном аппарате исходный раствор поступает в трубы снизу и заполняет одну четверть трубы. Происходит кипение раствора, образующийся пар увлекает раствор в виде кольцевой пленки. Кольцевая пленка при кипении испаряется.

Рис 4.33а

Пленочный выпарной аппарат

(пленка восходящая)

Роторные выпарные аппараты применяются для выпаривания высоковязких пастообразных продуктов. Вращающиеся лопасти ротора распределяют раствор по стенке корпуса и раствор стекает по стенке за счет силы тяжести. Стенка аппарата обогревается паром.

Рис. 4.35. Роторный выпарной аппарат.

4.3.2. Однокорпусное (однократное) выпаривание

Процесс выпаривания непрерывный (рис. 4.29).

Материальный баланс по общему количеству продуктов:

(4.81)

Здесь расходы исходного и упаренного растворов, ; выход вторичного пара, .

Материальный баланс по нелетучему продукту:

(4.82)

где концентрация растворенного продукта в исходном и упаренном растворе, 1кг на 1кг продукта.

Искомые величины:

По двум исходным уравнениям три величины найти невозможно, поэтому одной из величин, например, задаемся.

Тепловой баланс.

(4.83)

Здесь расход греющего пара, ; энтальпия, ; потери теплоты в окружающую среду, .

Индексы н – начальное, к – конечное, вп – вторичный пар, п – потери, гк – конденсат греющего пара.

Запишем тепловой баланс смешения, рассматривая исходный раствор как смесь упаренного раствора и испаренной влаги при постоянной температуре кипения; сделав допущение о постоянстве С_н в интервале темпиратур Т_н и Т_кип:

(4.84)

где – удельная теплоемкость воды при температуре .

- теплота концентрированная раствора в интервалеизменения концентрции от х_н до х_к. теплота концентрации равна теплоте разбавления собратным знаком.

Тогда получим:

(4.85)

количество теплоты, выделяющееся в выпарном аппарате при конденсации .

нагревание исходного сырья от до .

теплота на испарение растворителя при

При небольшой степени концентрирования и хорошей изоляции выражение мало и ей можно пренебречь.

Если предположить, что , то есть раствор поступает в аппарат при температуре кипения, то

(4.84)

отсюда

(4.79)

теплота парообразования раствора;

теплота конденсации греющего пара.

Если в качестве греющего пара используют насыщенный водяной пар, а упаривают водный раствор, то . Это означает, что на испарение 1кг растворителя затрачивается 1кг греющего пара. Реально, то есть пара необходимо больше на .

Основная расчетная формула:

Искомая величина , коэффициент теплопередачи определяется по известным формулам. Возникает проблема расчета полезной разности температур .

Температурные потери

Обычно известны в выпарных установках давления греющего и вторичного паров, то есть их температуры. Разность между температурами греющего и вторичного паров называют общей разностью температур выпарных аппаратов:

(4.87)

Общая разность температур связана с полезной разностью температур соотношением:

(4.88)

Здесь концентрационная температурная депрессия,

гидростатическая температурная депрессия.

определяют как разницу температур кипения раствора и чистого растворителя при :

Таким образом, температура образующегося при кипении раствора вторичных паров ниже, чем температура кипения самого раствора, то есть часть температур теряется бесполезно.

характеризует повышение температуры кипения раствора с увеличением гидростатического давления. Обычно по высоте кипятильника определяют среднее давление, и для этого давления определяют среднюю температуру кипения раствора .