Выпарной аппарат. Устройства выпарных аппаратов

Введение

При кипении растворов нелетучих веществ в паровую фазу переходит только растворитель. При этом по мере испарения растворителя и удаления его в виде паров концентрация раствора, то есть содержание в нем растворенного летучего вещества повышается.

Выпаривание – это процесс концентрирования растворов, заключающийся в удалении растворителя путем испарения при кипении.

Большей частью из раствора удаляют лишь часть растворителя, так как в выпарных аппаратах обычных конструкций упаренный раствор должен оставаться в текучем состоянии. Полное удаление растворителя в выпарных аппаратах возможно в тех случаях, когда растворенное вещество либо является жидким (например, выпаривание растворов глицерина), либо при температуре процесса находится в расплавленном состоянии (например выпаривание растворов аммиачной селитры или едкого натрия).

В ряде случаев при выпаривании растворов твердых веществ достигается насыщение раствора; при дальнейшем удалении растворителя из такого раствора происходит кристаллизация, то есть выделение из него растворенного твердого вещества.

1. Состояние вопроса

Для обогрева выпарных аппаратов применяют нагревающие агенты. Наибольшим распространением пользуется водяной пар. В некоторых случаях, когда необходимо проводить выпаривание при высокой температуре, применяют топочные газы и высокотемпературные нагревающие агенты (перегретая вода под давлением, масло). Иногда используют электрический обогрев.

Нагревание выпариваемого раствора производится путем передачи тепла от нагревающего агента через стенку, разделяющую оба вещества, либо путем непосредственного соприкосновения веществ. Выпаривание путем непосредственного соприкосновения нагревающего агента с раствором применяются только при обогреве топочными газами.

Выпаривание ведут как при атмосферном давлении, так и при пониженном и повышенном давлениях.

При выпаривании раствора под атмосферным давлением образуется так называемый вторичный пар выпускается в атмосферу. Такой способ выпаривания является наиболее простым.

При выпаривании под пониженным давлением (при разрешении) в аппарате вакуум путем конденсации вторичного пара в специальном конденсаторе и отсасывания из него неконденсирующихся газов с помощью вакуум-насоса.

Вакуум-выпарка позволяет снизить температуру кипения раствора и применяется для выпаривания чувствительных к высокой температуре растворов ( например, растворов органических веществ), а так же высококипящих растворов, когда температура нагревающего агента не дает возможность вести процесс при атмосферном давлении. Использование вакуума позволяет также увеличить разность температур между нагревающим агентом и кипящим раствором, а следовательно, уменьшить поверхность теплообмена.

Недостатком выпаривания в вакууме является удорожание установки (дополнительные затраты на конденсационное устройство) и ее эксплуатацию (расход воды на конденсатор, затраты в энергии на вакуум-насос, обслуживание, амортизация).

При выпаривании под повышенном давлением вторичный пар может использован как нагревающий агент в подогревателях, для отопления и т.д.

Установки, состоящие из одиночного аппарата, вторичный из которого не используется или используется вне аппарата, называются однокорпусными выпарными установками.

Большим распространением пользуются многокорпусные выпарные установки, включающие несколько соединенных друг с другом аппаратов. В таких установках можно применять вторичный пар, образующийся в каждом предыдущем корпусе для обогрева последующего корпуса. При этом свежим паром обогревается только первый корпус; образующийся в первом корпусе вторичный пар  направляется на обогрев второго корпуса, в котором давление ниже, и т.д. Вторичный пар из последнего корпуса поступает в конденсатор (если этот корпус работает при повышенном давлении). Таким образом, в много корпусных выпарных установках осуществляется многократное использование одного и того же количества тепла, что позволяет сэкономить значительное количество потребляемого свежего пара.