Материальный баланс и тепловые расчеты выпарных установок

Пусть из исходного раствора А (расход А) испаряется часть растворителя (С). Оставшаяся часть (В) – это концентрат (продукт). Тогда расход исходного раствора можно выразить

А = В + С                                (4.1.)

Количество выпаренной воды, соответственно выразится

С = А– В ,                               (4.2.)

где С – расход вторичного пара, кг/с; В - расход упаренного раствора, кг/с; А – расход исходного раствора, кг/с.

Введем понятие коэффициента концентрирования . Под коэффициентом концентрирования понимают степень концентрирования исходного раствора.

                                         (4.3.)

Коэффициент концентрирования можно также определить, как отношение концентраций упаренного и исходного растворов (масс. % сухого вещества). При испарении растворителя (рис.1) из исходного раствора концентрация сухих веществ в начале процесса растет медленно с постоянной скоростью, а затем скорость роста концентрации резко возрастает, стремясь к предельному значению. После этого удаление растворителя становится не возможным.

Рис.4.1. Кривые роста конечной концентрации раствора в процессе выпаривания при различных значениях начальной концентрации.

Чем ниже начальная концентрация , тем круче поднимается кривая концентрации. Эта зависимость имеет большое значение для управления процессом выпаривания. Особенно значимым она становится при высоких коэффициентах концентрирования, когда принимается решение об организации многостадийного процесса выпаривания.

Если известны концентрации или коэффициент концентрирования, количество концентрата и образовавшегося пара можно рассчитать:

                                                              (4.4.)

                                                                 (4.5.)

 Температурный режим работы МВУ

При постоянных параметрах греющего пара и вакууме в последнем корпусе удельный расход греющего пара (на тонну выпаренной воды) уменьшается с добавлением числа ступеней выпаривания. Это связано с температурными потерями в установке. Чем больше ступеней выпаривания в МВУ, тем выше потери. Если обозначить в i - ом корпусе выпарного аппарата температуру греющего пара через t, а температуру кипения раствора t΄, то полезный температурный напор в нем составит

Δti = t - t΄                         (4.6)

Общая разность температур во всей установке соответствует разности между температурой греющего пара первого корпуса t₁ и температурой вторичного пара в последнем корпусе t_N

Δtобщ = t ₁ - t_{N                                  (}4.7)

Сумму всех полезных температурных напоров по корпусам выпарной установки можно получить из уравнения

∑ Δti = Δt₁ + Δt₂ + …+ Δt_N (4.8)

Общая разность температур Δtобщ всегда больше суммы всех полезных температурных напоров, т.е.

Δtобщ > ∑ Δti                 (4.9)

Это неравенство - следствие температурных потерь в каждом корпусе выпарной установки.

Зная температурные потери по корпусам выпарных аппаратов и общую разность температур в выпарной установке, можно определить полезный температурный напор

∑ Δti = (t ₁ - t_N) - ∑Θi - ∑Δi - ∑ δti,      (4.10)

где Θi, Δi , δti - физико-химическая, гидростатическая и гидродинамическая депрессии в в i- ом выпарном аппарате, соответственно.