Випарні установки.

Випаровування застосовують для збільшення концентрації розчинів нелетких речовин, виділення з розчину чистого розчинника (дистиляція), і кристалізації розчинних речовин. Для нагріву випарюючого розчину до кипіння, використовують водяну пару, рідше інші теплоносії (топкові гази, електронагрів, тощо). Нагрівання випарюваного розчину виконується шляхом передачі теплоти через стінку. Випаровування ведуть під вакуумом, при атмосферному і підвищеному тисках. В залежності від методу випаровування, випарні установки поділяють на установки поверхневого типу, в яких розчин контактує з поверхнею теплообміну, та випарні установки контактного типу, де нагрівання здійснюється без роздільної поверхні теплообміну і випарні установки адіабатного випаровування.

Розглядаючи випарні установки, як об’єкти керування, робимо висновок, що вони можуть мати такі вихідні параметри: температуру Т, концентрацію Q (або густину) упареного розчину; тиск Р якщо установка працює під вакуумом, чи підвищеним тиском, а також рівень L рідини в нижній частині установки. Вхідними параметрами будуть: витрати свіжого розчину F_p, який підлягає випаровуванню; витрати енергоносія F _т, витрати упареного розчину F_k, а також витрати вторинної пари , якщо процес випаровування здійснюється під тиском, рис. 2.3:

 

Рис. 2.3. Структурна схема випарної установки, як об’єкту керування.

 

Рівняння матеріального балансу всього процесу випарювання має вигляд:

. (2.23)

де , – масові витрати свіжого та кінцевого упареного розчину; – масові витрати випареної води.

Рівняння матеріального балансу за абсолютно сухим компонентом, який перебуває в розчині має вигляд:

. (2.24)

де , – масові концентрації цільового компонента відповідно у свіжому і кінцевому розчині; , – густина цих розчинів.

З останнього рівняння маємо:

. (2.25)

Звідки кількість випареної води становить:

. (2.26)

Рівняння теплового балансу випарної установки має вигляд

. (2.27)

де – теплота теплоносія; – температура свіжого розчину; , – питомі теплоємності свіжого та кінцевого розчину; – температура кубової рідини установки;. – питома ентальпія вторинної пари на виході із апарату; – теплові втрати у навколишнє середовище.

Витрати складають теплового навантаження апарату, ними часто нехтують при моделюванні, тоді:

. (2.28)

Кількість теплоти, яка передається нагрівальною поверхнею випарної установці визначається рівнянням:

. (2.29)

де , – питомі ентальпії сухої насиченої пари та конденсату при температурі конденсації; – показник складу пари; – питома теплота конденсації граючої пари.