Конструкции выпарных аппаратов

Все выпарные аппараты разделяются на пять групп. Классификация представлена ниже. Области применения:

1) для очень вязких растворов,

2) для любых растворов,

3) для кристаллизующихся растворов,

4) для пенящихся и нетермостойких растворов,

5) для агрессивных растворов.

Особенности расчёта коэффициента теплопередачи.

Для выпарных аппаратов очень сложно учесть термическое сопротивление слоя накипи, которое переменно во времени и увеличивается от корпуса к корпусу. Поэтому коэффициент теплопередачи рассчитывают по формуле:

где - коэффициент, учитывающий термическое сопротивление стенки и слоя загрязнений (накипи).

Принимаются: =0.7-0.8 – для некристаллизующихся растворов,

=0.4-0.5 – для кристаллизующихся растворов.

Коэффициент теплоотдачи для конденсации греющего пара определяется по формуле

где - учитывает свойства конденсата,

Н – высота труб греющей камеры.

Коэффициент теплоотдачи со стороны раствора для аппаратов типа 2а,б,г определяется для режима пузырькового кипения по формуле:

Коэффициент теплоотдачи со стороны раствора для аппаратов типа 2в и 3 определяется для вынужденного движения в турбулентном режиме по формуле:

Аппараты других типов применяются сравнительно редко (в курсовое проектирование не входят).

Рис. 108. Схемы (а и б) и фотография (в) многокорпусных выпарных установок. а - установка с прямоточным движением пара и раствора; б - установка с противоточным движением пара и раствора.

1,2 и 3.Корпуса (нумерация по ходу пара). 4.Конденсатор. 5-Насосы

Рис.109. Схема выпарной установки с термокомпрессией (с "тепловым насосом").

1.Выпарной аппарат. 2.Компрессор (турбо компрессор или пароструйный инжектор) для сжатия вторичного пара и повышения его температуры; при сжатии пар становится перегретым и для превращения в насыщенный его увлажняют после компрессора, вспрыскивая воду.

Рис.110. Выпарной аппарат с погружной горелкой.

1.Корпус. 2.Горелка. 3.Переливная труба для удаления упаренного раствора. 4.Брызгоотбойное устройство.

Рис.111. Выпарной аппарат с центральной циркуляционной трубой.

1.Корпус. 2.Кипятильные трубы. 3.Циркуляционная труба. 4.Сепаратор. 5.Брызгоотбойники. 6.Сток жидкости.

Рис.112. Выпарной аппарат с наружной циркуляционной трубой.

1. Греющая камера. 2. Сепаратор. 3.Брызгоотбойник. 4.Циркуляционная труба.

Рис. 113. Выпарной аппарат с наружной циркуляционной трубой и вынесенной зоной кипения.

1-4.См. рис. В-5. 5. Труба вскипания.

Рис.114. Выпарной аппарат с двумя наружными циркуляционными трубами ис вынесенной зоной.

Рис.116. Выпарной аппарат с вынесенной

греющей камерой.

1.Греющая камера. 2.Сепаратор.

3.Циркуляционная труба.

Рис. 115. Выпарной аппарат с наружной циркуляционной трубой и вынесенной зоной кипения по ГОСТ 11987-73.

Рис. 117. Выпарной аппарат с подвесной греющей камерой.

1.Корпус. 2.Кожух греющей камеры. 3.Кипятильные трубы. 4.Кольцевой зазор между греющей камерой и корпусом аппарата. 5.Труба для ввода пара в греющую камеру.

6 и 7.Окна для ввода пара и вывода конденсата из греющей камеры. 8.Кронштейны - опоры для греющей камеры. 9.Сепарационное пространство. 10.Брызгоотбойники. 11.Сток жидкости. 12.Фланцы на трубе для вывода конденсата, соединение и разъединение которых при сборке и разборке аппарата производятся через боковой люк в коническом днище, не показанный на рисунке. 13.Сальниковые уплотнения.

Рис. 118. Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией.

а - с вынесенной греющей камерой;

б - с наружной циркуляционной трубой.

1.Греющая камера. 2.Сепаратор. З.Брызгоотбойник. 4.Циркуляционная груба. 5.Циркуляционный насос.

Рис.119. Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией.

Рис. 120. Плёночный выпарной аппарат.

1.Греющая камера. 2. Сепаратор. З.Брызгоотбойник.

ПЕРЕГОНКА

Простая, периодического действия.

Простая перегонка – процесс однократного испарения жидкой смеси с последующим конденсированием (сжижением) её паров.

Иначе называется простой дистилляцией.

Применяется для предварительного, грубого разделения сложных жидких смесей. Широко используется в пищевой промышленности и при переработке нефти.

Перегонка – это тепловой процесс. Движущей силой является разность температур между теплоносителями, например, при обогреве водяным паром

С точки зрения массообмена перегонка – равновесный процесс. Движущая сила, как массообменного процесса, равна нулю, т.к. пар находится в равновесии с жидкостью.

Разделение смеси путём перегонки основано на том, что пар над жидкой смесью имеет большую концентрацию легколетучего (л/л) компонента и, будучи отведённым и сконденсированным, образует обогащённую смесь.

Как и выпаривание, перегонка была известна человечеству давно.

На рис.121 показаны несколько старинных установок простой дистилляции.

Рис. 121. Дистилляционные установки:

а -стеклянный прибор с песчаной или водяной баней /II век н.э./;

6, в, г - полупромышленные установки XIX века, использовавшиеся в Германии, Китае и Болгарии соответственно.

Схема современной установки представлена на рис.122.

Из куба 1, обогреваемого водяным паром, паровая смесь поступает в конденсатор 2, откуда жидкая обогащенная смесь распределяется по сборникам 3. Установка дефлегматора 4 способствует дополнительному обогащению паровой смеси л/л компонентом.

Рис.122. Схемы установок для простой перегонки (а) и перегонки с дефлегмацией (б). 1.Куб. 2. Конденсатор. 3.Сборники. 4.Дефлегматор.

Разделение жидкой смеси на фракции I-III показано на t-y,X диаграмме (изобара равновесия, рис.123).

Рис.123. Разделение жидкой смеси с содержанием л/л компонента от Xн до Хк на фракции I-III.

Рассмотрим процесс перегонки за время . Пусть мы имеем в кубе W кмоль (А+В) смеси с содержанием л/л компонента Х кмоль А/кмоль (А+В). За время из куба испарится смеси с содержанием л/л компонента y. Баланс куба по л/л компоненту:

было осталось ушло

или

- пренебрегаем как бесконечно малой величиной второго порядка.

Тогда

или

(111)

Уравнение (111) называется рабочей формулой перегонки. Она решается графическим путём. Для этого на диаграмме (рис.124а) определяются отрезки (y-x) в интервале от Хн до Хк. Затем строится график 1/(y-x)=f(x). Площадь под кривой на этом графике (рис.124б) в масштабе ''а'' соответствует интегралу (111).

Рис.124. Графическое решение рабочей формулы перегонки.

Решение формулы (111) позволяет определить конечное количество W_o жидкой смеси в кубе.

Непрерывная перегонка.

Схема установки представлена на рис.125. Исходная смесь поступает в куб 1, где образуется парожидкостная смесь. Последняя поступает в отгонную колонну 2, в которой разделяется на отгон (паровая фаза) и остаток (жидкая фаза).

Рис.125. Схема непрерывной перегонки. 1-куб, 2-отгонная колонна.