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.