ВЫПАРИВАНИЕ РАСТВОРОВ( 2 слайд)

Выпаривание — это процесс концентрирования растворов твердых нелетучих веществ путем частичного испарения раство­рителя при кипении жидкости, т. е. когда давление пара над рас­твором равно давлению в рабочем объеме аппарата.

Выпаривание применяют для концентрирования растворов не­летучих веществ, выделения из раствора чистого растворителя (дистилляция) и кристаллизации растворенных веществ, т. е. вы­деления нелетучих веществ в твердом виде.

Выпаривание для концентрирования растворов используют в производстве минеральных удобрений, сахара, белкововитаминных концентратов, кормовых дрожжей, т. е. органических полу­продуктов. Выпаривание применяют также при концентрирова­нии водных растворов щелочей солей (NaCl, NH4NO3, Na₂S0₄), для регенерации различных растворов с целью возврата их в технологический цикл, термического обез­вреживания промышленных стоков и т. п.

Для получения нелетучих веществ в твердом виде выпарен­ный раствор подвергают последующей кристаллизации, что значительно облегчает хранение, транспортировку и переработку.

В технологических процессах химической промышленности наиболее часто выпаривают водные растворы различных нелету­чих веществ.

СПОСОБЫ ВЫПАРИВАНИЯ( 3 слайд)

Для нагревания выпариваемых растворов до кипения исполь- еуют топочные газы, электрообогрев и высокотемпературные теп­лоносители, но наибольшее применение находит водяной пар,- характеризующийся высокой удельной теплотой конденсации и высоким коэффициентом теплоотдачи. Пар, используемый для обогрева аппарата, называют первичным, а пар, образующийся при кипении раствора, — вторичным.

Нагревание выпариваемого раствора и большинстве аппара­тов осуществляется путем передачи теплоты через стенку и толь­ко при обогреве топочными газами — путем непосредственного соприкосновения с нагреваемым раствором.

Выпаривание ведут под вакуумом, при атмосферном и повы­шенном давлениях.

При выпаривании под вакуумом снижается температура ки­пения раствора, что дает возможность использовать для обо­грева аппарата пар низкого давления. Этот способ применим при выпаривании растворов, чувствительных к высокой температуре. Кроме того, имеются потери теплоты в окружающую среду и увеличивается полезная разность температур греющего пара и кипящего раствора, что позволяет сократить поверхность тепло­обмена и габариты аппарата.

При выпаривании под атмосферным давлением, образующий­ся вторичный пар обычно не используется и выбрасывается в атмосферу.

Выпаривание под повышенным давлением вызывает повы­шение температуры ки

пения раствора и дает возможность ис­пользования вторичного пара для обогрева других корпусов вы­парной установки с меньшим давлением. Кроме того, вторичный пар может быть использован для других теплотехнических целей '.(экстра-пар).

ВЫПАРНЫЕ АППАРАТЫ (4 слайд, 5 слайд)

4 Слайд

Процесс выпаривания- проводится в выпарных аппаратах. При работе с небольшими количествами растворов при атмо­сферном давлении, а часто и под вакуумом применяют одиночные выпарные аппараты, называемые однокорпусными выпарными установками. В этом случае теплота греющего пара используется однократно, а теплота вторичного пара обычно не используется.

Для экономии греющего пара применяют многокорпусные вы­парные установки, которые состоят из нескольких выпарных ап­паратов, где вторичный пар, уходящий из любого предыдущего корпуса, является греющим паром для последующего, в котором раствор кипит при более низком давлении. При этом давление в последовательно соединенных корпусах снижается так, чтобы со­хранить достаточную разность температур между кипящим рас­твором и греющим паром в каждом корпусе. Вторичный пар по­следнего корпуса поступает в конденсатор (если последний кор­пус работает под вакуумом) или передается на сторону (если процесс в последнем корпусе установки проходит под повышен­ным давлением).

5 Слайд

Экономичность выпарной установки достигается также пу­тем повышения давления вторичного пара в результате сжатия при помощи турбокомпрессора или инжектора до давления пер­вичного пара с последующим использованием его в том же вы­парном аппарате. Выпарной аппарат, работающий по такому Принципу, называется выпарным аппаратом с тепловым насо­сом (или с термокопрессией).

6 Слайд

По принципу работы выпарные аппараты разделяются на пе­риодически- и непрерывнодействующие. Периодическая выпарка применяется при малой производительности установки пли для получения высоких концентраций- При этом подаваемый в аппа­рат раствор выпаривается до необходимой концентрации, сли­вается и аппарат загружают новой порцией исходного раствора.

В установках непрерывного действия исходный раствор не­прерывно подается в аппарат, а упаренный раствор непрерывно выводится из него.

В химической промышленности в основном применяют непре­рывнодействующие выпарные установки с высокой производи­тельностью за счет сильно развитой поверхности нагрева (до 2500 м² в единичном аппарате). Они более экономичны в тепло­вом отношении, так как отсутствуют потери теплоты па перио­дический разогрев аппарата.

КЛАССИФИКАЦИЯ ВЫПАРНЫХ АППАРАТОВ ( 7 слайд)

Выпарные аппараты используются в химической пищевой и других отраслях промышленности, а также в энергетике. Кон­струкции выпарных аппаратов очень разнообразны, что значи­тельно усложняет их классификацию.

Все конструкции выпарных аппаратов подразделяются в за­висимости от расположения и вида поверхности нагрева; конфи­гурации поверхности нагрева; компоновки поверхности нагрева; рода теплоносителей; взаимного расположения рабочих сред; кратности циркуляции и режима циркуляции.

По методу выпаривания выпарные установки делятся на сле­дующие группы: 1) выпарные установки поверхностного типа, в которых раствор контактирует с поверхностью теплообмена;

2. выпарные установки контактного типа, в которых нагревание осуществляется без разделяющей поверхности теплообмена;

выпарные установки адиабатного испарения.

Выпарные аппараты поверхностного типа

(8 слайд)

Наибольшее применение в химической промышленности на­шли выпарные аппараты поверхностного типа, особенно верти­кальные трубчатые выпарные аппараты с паровым обогревом не­прерывного действия.

В зависимости от режима движения кипящей жидкости в вы­парных аппаратах их разделяют на аппараты со свободной цир­куляцией, аппараты с естественной циркуляцией, аппараты с принудительной циркуляцией, пленочные выпарные аппараты.

Выпарные аппараты со свободной циркуляцией. Для выпари­вания вязких кристаллизующихся продуктов находят еще при­менение выпарные аппараты периодического действии с паровой рубашкой

(9 слайд)

Рис. 7.1. Однокорпусиой выпарной аппарат: I— аппарат*, 2 — рубашка

Вторичный

пар

Слабо концентрированный раствор подается в аппарат, где за счет обогрева возникает свободная циркуляция. Подогрев ве­дется до температуры кипения. После выпаривания до необхо­димой концентрации выпаренный раствор спускается из аппа­рата и аппарат вновь наполняется неконцентрированным рас­твором.

(10 слайд)

Выпарной аппарат с центральной циркуля­ционной трубой.

Аппарат с центральной циркуляционной трубой имеет греющую соосную камеру 1, состоящую из кипятильных трубок 3 и обогреваемую паром. Исходный рас­твор циркулирует по кипятильным трубкам снизу вверх и опу­скается вниз но циркуляционной трубе 2. Наличие сепаратора 4 достаточных размеров и брызгоотделителя 5 обеспечивает хоро­шее отделение вторичного пара от уносимых капелек жидкости.

Циркуляция в аппарате происходит за счет разности плотно­стей жидкости в циркуляционной трубе, где кипение не столь ин­тенсивно, и парожидкостной эмульсии в кипятильных трубках.В аппарате на каждую единицу объема жидкости в кипятильных трубках приходится значительно большая поверхность нагрева труб (пропорционально их диаметру).Благодаря устройству циркуляционной трубы усиливается естественная циркуляция, увеличивается коэффициент теплоот­дачи и уменьшается осаждение накипи и твердых частичек на внутренних поверхностях кипятильных труб. Этот выпарной ап­парат компактен, удобен в обслуживании, но вызывает затруд­нения замена греющей камеры.

Выпарной аппарат с вынесенной зоной кипения.

Выпарной аппарат с естественной циркуляцией и соосной греющей камерой (рис. 7.3) состоит из греющей камеры 1, сепа­ратора 3 с отбойником и брызгоотделителем 2 и циркуляционной трубы 5.

Различают два исполнения этих аппаратов: 1) с кипением раствора в трубках; 2) с вынесенной зоной кипения.

В первом исполнении выпариваемый раствор, поднимаясь по трубкам греющей камеры, вскипает за счет теплоты греющего па­ра, поступающего в межтрубное пространство. Вторичный пар, проходя сепаратор и брызгоотделитель, освобождается от капель раствора и выходит из верхней части аппарата. Раствор опу­скается по циркуляционной трубе вниз и поступает в нижнюю часть трубок для дальнейшего выпаривания.

В аппаратах второго исполнения кипение раствора происхо­дит не "в греющих трубах, а в трубе вскипания , установлен­ной внутри сепаратора над греющей камерой. Кипение в трубах предотвращается за счет гидростатического давления столба жидкости в трубе вскипания. Высота трубы вскипания условно принята равной 2 м.

• Циркуляция раствора в аппарате происходит по контуру: се­паратор— циркуляционная труба — греющая камера — сепара­тор. Уровень раствора должен поддерживаться по верхней кром­ке трубы вскипания. Снижение уровня раствора приводит к по­тере полезного напора и уменьшению скорости циркуляции, а значительное повышение этого уровня может вызвать повышен­ный унос раствора. В сепараторе предусмотрено устройство для осаждения и выведения образующихся кристаллов солей. По­этому выпарные аппараты во втором исполнении применяются для выпаривания растворов, образующих на греющих поверхно­стях осадок, удаляемый при промывке.