Основные понятия выпарных аппаратов

Выпаривание представляет собой термический процесс кипения раствора с выделением паров растворителей в практически чистом виде (если не считаться с уносом жидкости); при этом растворимое нелетучее вещество (твердое тело, например, соль, или вязкая жидкость, например, вазелин) остается в концентрированном виде в аппарате. Получаемые при выпаривании пары удаляются в атмосферу или в конденсирующее устройство.

Выпарные аппараты по принципу работы и конструктивному оформлению имеют много общего с испарителями, применяющимися на электрических станциях. Однако процесс выпарки водных растворов в выпарных аппаратах имеет принципиальное отличие от процесса кипения чистой воды в испарителях.

Обозначив ее через Δ1, можем написать:

где ?? – температура кипения раствора, ℃; ? – температура образующихся паров воды, ℃.

Под концентрацией раствора понимают отношение массы сухого вещества в растворе к общей массе раствора в процентах

где b – массовая концентрация раствора, %; W – количество растворителя или воды в растворе, кг; Gсух – количество растворенного или сухого вещества в растворе, кг. При выпарке вес сухого вещества в растворе остается постоянным, а количество растворителя (воды) уменьшается; следовательно, при этом концентрация раствора увеличивается. Наличие физико-химической температурной депрессии понижает полезную разность температур между первичным и вторичным паром в выпарном аппарате. Например, для рассмотренного случая кипения.

Процесс выпарки характерен не только наличием физико-химической температурной депрессии, но и значительным изменением физических констант раствора, связанных с изменением его концентрации. С повышением концентрации раствора увеличиваются его вязкость, плотность и температурная депрессия и понижаются теплоемкость и теплопроводность.

Вследствие увеличения вязкости растворов и понижения их теплопроводности и теплоемкости уменьшается и коэффициент теплоотдачи ?р от греющей стенки к кипящему раствору. По опытным данным, например, в начале выпаривания клеевого раствора с начальной концентрацией 2% коэффициент теплопередачи k=3500 Вт/(м2∙℃), а в конце выпаривания при концентрации 50% k=300 Вт/(м2∙℃).