2.2.3. Поверхня нагрівання

Поверхня нагрівання беззупинно діючого випарного апарата визначається на підставі рівняння теплопередачі

, (16)

де Q - теплове навантаження апарата;

k - коефіцієнт теплопередачі;

t_пол - рушійна сила процесу (корисна різниця температур).

У даному випадку величина ₁ ( що входить у рівняння для визначення k) - коефіцієнт тепловіддачі від пари, що конденсується, до стінки, ₂ - коефіцієнт тепловіддачі від стінки до киплячого розчину. Коефіцієнт теплопередачі знижується з підвищенням концентрації і відповідно в'язкості розчину, а також зі зниженням температури кипіння розчину.

Корисна різниця температур у випарному апараті t_пол являє собою різницю температури конденсації ТС гріючої пари і температури кипіння t_кС розчину, що випарюється

, (17)

В апаратах з циркуляцією розчину, що забезпечують його досить повне перемішування, t_пол є величиною постійної.

У випарних апаратах із природною циркуляцією концентрація маси розчину, що обертається в апараті, близька до кінцевого, тому розрахункову величину tк приймають по кінцевій концентрації розчину.

2.2.4. Температурні втрати і температура кипіння розчинів

У випарному апараті виникають температурні втрати, загальна величина яких складається з температурної депресії ', гідростатичної депресії '' і гідравлічної депресії '''.

Температурна депресія ' дорівнює різниці між температурою кипіння розчину і температурою кипіння чистого компонента розчинника при однаковому тиску.

Величина ' залежить від природи розчиненої речовини і розчинника, концентрації розчину і тиску. Значення ', отримані дослідним шляхом приводяться в літературі.

Якщо експериментальні дані про величини ' для даного розчину відсутні, то значення температурної депресії можуть бути приблизно обчислені різними способами (приведеними в літературі), причому повинна бути відома або t_кип даного розчину при деякому тиску (за правилом Бабо), або дві температури кипіння розчину при двох довільно узятих тисках (за правилом Дюринга чи рівнянню Кіреєва). Розглядати не будемо.

Дослідні дані температурної депресії звичайно приводяться при атмосферному тиску. Величину ' при будь-якому тиску можна одержати, користуючись рівнянням И. А. Тищенко:

, (18)

де '_атм - температурна депресія при атмосферному тиску, С;

T, r - температура кипіння чистого розчинника (К) і його теплота випару (кДж/кг) при даному тиску.

Рівняння (18) застосовано тільки до розведених розчинів.

Гідростатична депресія '' обумовлена тим, що деяка частина висоти кип'ятильних труб випарного апарата заповнена рідиною, над якою знаходиться парорідинна емульсія; вміст пари в ній різко зростає в напрямку до верхнього краю труб.

Припустимо весь вміст кип'ятильних труб рідиною. У наслідок гідростатичного тиску стовпа рідини в трубах температура кипіння нижче розташованих шарів рідини в них буде більше, ніж температура кипіння вище розташованих. Підвищення температури кипіння розчину, зв'язані з зазначеним гідростатичним ефектом, називають гідростатичною депресією.

Гідростатична депресія найбільш істотна при роботі апарата під вакуумом.

Величина гідростатичної депресії не може бути точно розрахована через те, що рідина в трубах знаходиться в русі, причому '' залежить від інтенсивності циркуляції і щільності, яка змінюється, парорідинної емульсії, що заповнює велику частину висоти кип'ятильних труб.

У першому наближенні розрахунок '' можливий на основі температура кипіння в середньому поперечному перерізі кип'ятильної труби.

Для цього знаходять тиск Р в даному перерізі, рівний сумі тисків вторинної пари Р_вт.п. і гідростатичного тиску P_ср стовпа рідини на середині висоти Н труби

, (19)

де  - середня густина рідини, що заповнює трубку.

Допускаючи, що величина  дорівнює половині густини чистого розчину (без присутності бульбашок пари), тобто =_ж/2, одержуємо

. (20)

По тиску Р за допомогою таблиць насиченої водяної пари знаходять температуру рідини t_в відповідну даному тиску. Різниця між температурою рідини t_в і температурою вторинної пари Т' визначає величину гідростатичної депресії

. (21)

Для вертикальних апаратів з циркуляцією розчину, що випарюється, величину '' приймають у межах 1..3С.

Гідравлічна депресія обумовлена гідравлічними опорами (тертя і місцевих опорів) і т. інше, що повинна перебороти вторинна пара при її русі головним чином через сепараційні пристрої і паропроводи. Викликане цим зменшення тиску вторинної пари приводить до деякого зниження його температури насичення.

Підвищення температури кипіння розчину, обумовлене гідравлічною депресією, звичайно коливається в межах 0.5..1.5С. У середньому величина ''' для одиничного апарата може бути прийнята рівної 1С.

При розрахунку багатокорпусних випарних установок гідравлічну депресію враховують, приймаючи в увагу зниження тиску вторинної пари тільки в пароводах між корпусами.

Температура кипіння розчину з урахуванням температурних втрат, обумовлених температурною депресією ' і гідростатичною депресією '', складає

, (22)

де Т' - температура вторинної пари.