Непрерывное (циркуляционное) выпаривание.

Какой из процессов происходит при выпаривании: кипение или испарение раствора?

Выпаривание представляет собой термический процесс кипения раствора свыделением паров растворителей в практически чистом вид (если не считаться суносом жидкости); при этом растворимое нелетучее вещество (твердое тело, например соль, или вязкая жидкость, например вазелин) остается вконцентрированном виде в аппарате. Получаемые при выпаривании парыудаляются в атмосферу или в конденсирующее устройство.

Превращаться в паррастворительможетпри кипении жидкости или приповерхностном испарении её. В выпарных аппаратах применяется болееинтенсивный из этих способов превращениярастворителя в пар, а именнокипение. Впервыевыпаривание получило промышленное применение впроизводстве сахара, а в дальнейшем – в химическойпромышленности. Приконцентрировании растворов вода иногда удаляетсядо 90 % от первоначальногоколичества.

Процесс концентрирования растворов, заключающийся в частичном удалении растворителя путем его испарения при кипении, называется выпариванием.

Охарактеризуйте методы проведения процесса выпаривания под вакуумом, при атмосферном давлении и под повышенным давлением. Раскройте особенности однокорпусного и многокорпусного выпаривания, периодического и непрерывного выпаривания.

Подавлениювнутриаппарата различают выпарные аппараты, работающиепри избыточном и атмосферном давлениях и вакууме.

Вакуум в выпарных аппаратах применяется в следующих случаях: а) когдараствор под влиянием высокой температуры разлагается, изменяет цвет, запах (например, сахар, молоко); б) когдараствор при атмосферном давлении имеетвысокую температуру кипения, т.е. обладает большой физико-химическойтемпературной депрессией, и требует высоких параметров греющего пара(например, раствор аммиачной селитры, едкогокали и т. п.); в) когда греющийтеплоноситель имеет низкую температуру и, следовательно, нужно снижатьтемпературу кипения раствора; г) для увеличения располагаемого температурногоперепада в многокорпусной установке.

В техслучаях, когдаполучаемый в результате выпаривания растворавторичный пар может быть использован как теплоноситель в другихтеплообменных устройствах и поэтому нет надобности удорожать выпарнуюустановку подключением вакуум-насоса и конденсатора, может оказаться болеерациональным выпаривание под давлением.

Выпаривание под вакуумом

       Преимуществавыпаривания под вакуумомпо сравнению с атмосферной выпаркой:

1+ снижается температура кипения раствора, что дает возможность использовать этот способ для выпаривания растворов термически нестойких веществ;

2+ повышается полезная разность температур, что ведет к снижению требуемой поверхности теплопередачи выпарного аппарата;

3+ несколько снижаются потери теплоты в окружающую среду (так как снижается температура стенки аппарата);

4+ появляется возможность использования теплоносителя низкого теплового потенциала.

Недостатки выпаривания под вакуумом

1- удорожание установки (так как требуется дополнительное оборудование – конденсатор, вакуум–насос и др.)

2- больший расход греющего пара на 1 кг выпариваемой жидкости (вследствие снижения давления над раствором происходит увеличение теплоты испарения растворителя).

Выпаривание под повышенным давлением (выше атмосферного)

При выпаривании под повышенным давлением (выше атмосферного) вторичный пар может быть использован в качестве греющего агента для различных технологических нужд.

Выпаривание при атмосферном давлении малоприменимо – очень большие затраты времени, колебания атмосферных факторов (температура, влажность), загрязнение окружающей среды.Типовая аппаратура – чаша с паровой рубашкой

Выпаривание под вакуумом имеет определенные преимущества перед выпариванием при атмосферном давлении. В аппарате создается вакуум путем конденсации вторичного пара в конденсаторе и отсасывания из него неконденсирующихся газов с помощью вакуум-насоса.

Выпаривание под вакуумом позволяет снизить температуру кипения пищевого раствора, что важно в случае концентрирования растворов веществ, склонных к разложению при повышенных температурах. Применение вакуума позволяет увеличить движущую силу теплопередачи, а следовательно, уменьшить площадь поверхности выпарных аппаратов. В случае одинаковой полезной разности температур при выпаривании под вакуумом можно использовать греющий теплоноситель более низких рабочих параметров (температура и давление). Применение вакуума дает возможность использовать в качестве греющего теплоносителя, кроме первичного пара, вторичный пар самой выпарной установки, что снижает расход первичного греющего пара.

При выпаривании под атмосферным давлением образующийся вторичный пар сбрасывается в атмосферу. Такой способ выпаривания является наиболее простым, но наименее экономичным.

При выпаривании под повышенным давлением вторичный пар может быть использован как нагревающий агент в подогревателях и т. п. При выпаривании под давлением выше атмосферного также можно использовать вторичный пар, как для выпаривания, так и для других нужд.

Однокорпусные установки

Если в выпарной установке имеется один выпарной аппарат (рис.1.1), то ее называют однокорпусной установкой.

Рис. 1.1. Схема однокорпусной выпарной установки (с центральной циркуляционной трубой) (тип ВВ):

1 – сепаратор (сепарационное или паровое пространство, наверху есть брызгоотделитель – отбойник) 1,5-2,0м высота сеп.; 2 – греющая камера; 3 – циркуляционная (опускная) труба Д>194мм (между 3 и кожухом расположен пучок кипятильных (подъемных) труб Д=32мм); 4 – барометрический конденсатор; 5 – барометрическая труба; 6 – вакуум-насос.

400кв.м. Аппарат типа ВВ. Применяется для выпаривания маловязких растворов µ = 6*10^-3 - 8*10^-3 Па*с и при скорости движения раствора меньше или равно 2м/с.

Для больщих скор прим апп с внеш цирк трубой

Многокорпусные установки

Если же в установке имеются два и более последовательно соединенных корпусов, то ее называют многокорпусной установкой.

Непрерывное (циркуляционное) выпаривание.

При больших производительностях (от нескольких кубических метров выпариваемого раствора в час и выше), что характерно для промышленности, выпаривание проводят по непрерывному принципу. В аппаратах непрерывного действия обычно создают условия для интенсивной циркуляции раствора, т.е. в таких аппаратах гидродинамическая структура потоков близка к модели идеального смешения. Поэтому концентрация раствора в таких аппаратах ближе к конечной, что приводит к ухудшению условий теплопередачи (так, с повышением концентрации раствора увеличивается его вязкость и, следовательно, снижается коэффициент теплоотдачи от стенки к раствору).

Периодическое выпаривание

Периодическое выпаривание проводят при малых производительностях и необходимости упаривания раствора до существенно высоких концентраций.

В периодически действующих установках жидкость подается в аппарат,выпаривается до необходимой более высокой концентрации, затем упаренныйраствор удаляется из аппарата. Опорожненный аппарат вновь наполняетсянеконцентрированным раствором. Периодическое выпаривание применяется принебольшой производительности установки или когда сгущенная жидкость неподдается откачке насосом либо в тех случаях, когда требуется выпарить весьрастворитель.

В аппаратах непрерывного действия неконцентрированный (слабый) растворнепрерывно подается в аппарат, а упаренный (крепкий) раствор непрерывноотводится из него.

По сравнению с аппаратами, периодически действующими аппаратынепрерывного действия более экономичны в тепловом отношении, так как в нихотсутствуют потери, связанные с расходом тепла на периодический разогреваппарата.

В большинстве случаев аппараты непрерывного действия компонуются втак

называемые многокорпусные выпарные установки, в которых упариваемый

раствор последовательно проходит через ряд отдельных аппаратов. В каждом

последующем аппарате устанавливается большая концентрация раствора, чем впредыдущем.