Теплонспользующие установки промышленных предприятий

Физико-химические основы процесса выпаривания

Сущность процесса выпаривания заключается в

Переводе растворителя в пар при кипении и его удалении. При этом имеет место изменение концентрации растворенного вещества или его выделение.

Сели известна начальная концентрация вещества в растворе и задана конечная, легко определить количество выпаренного растворителя [39]:

(8.1)

Где 5о — начальное количество раствора; Ьо, Ьк — начальная и конечная концентрации растворенного некрнсталллзующегося вещества.

При выпаривании водных растворов с выделением кристал­лизующихся веществ количество выпаренной воды

3, ге:ь N — число молекул кристаллизационной воды; Мс — моляр­ная масса соли; Ь0, Ьк — начальная и конечная концентрации выделяемой соли.

Количество выделившейся соли найдем из соотношения

(8.3)

При выпаривании насыщенных бинарных солевых растворов с выделением твердой среды имеют место следующие зависимости:

(8.4)

(8.5)

(Ь„ — концентрация насыщения соли при температуре кипения;

— соотношение между твердой и жидкой фазами, выводимыми из аппарата).

Наличие в растворителе растворенного вещества изменяет физико-химические свойства раствора, и прежде всего по­вышает его температуру кипения. Разница между температура­ми кипения раствора и растворителя называется температурной депрессией. Она зависит от физико-химических свойств раствора и давления. Обычно в справочных материалах температурная депрессия приводится при нормальном давлении. Для давлений,

6 4-3„3 161
отличных от нормального, температурную депрессию вычисляют по уравнению [100]

9, = 0.0162&" (273 + <в п)', (8.6)

Гп.

Где Л).п — температура кипения воды приданном давлении; гв. п — теплота парообразования воды при данном давлении; 0" — температурная депрессия при нормальном давлении.

Вертикальный столб движущегося рабочего тела (раствора) над зоной подвода тепла (трубный пучок) обусловливает раз­личие температур кипения в зоне протекания процесса кипения и в трубном пучке. Это явление называется гидростатической депрессией.

Для нахождения гидростатической депрессии в трубном пучке определяют полное давление в середине некипящей части раствора как сумму давлений в сепараторе и гидростатического столба жидкости до середины трубного пучка:

Л = Рс + (8-7)

Здесь/г — расстояние от зоны кипения до середины трубного пучка; рр — плотность раствора; Рс — давление в сепараторе.

По таблицам водяного пара для давлений Pi и Рс определяют температуру кипения воды. Разность между ними и есть гидро­статическая депрессия &г. Тогда температура кипения раствора в зоне кипения

^кип = ta. п “Ь ^г» (8-8)

Где tB. n —температура кипения растворителя (воды) при давле­нии в сепараторе. При отсутствии кипения в греющих трубках (аппараты с вынесенной зоной кнпения) гидростатическую деп­рессию получим из уравнения

Fr 2/fe('r. П - 'чип)

103aipcnppd + 2 kl

В котором tv. п /кип—температуры греющего пара и кипения раствора; d, I — внутренний диаметр и длина трубки; k — коэф­фициент теплопередачи; — скорость течения раствора в трубке; ср — теплоемкость раствора.