Введення
теплообмінного називається процес перенесення теплоти, що відбувається між тілами, що мають різну температуру. В результаті передачі теплоти відбуваються: нагрівання - охолодження, пароутворення - конденсація, плавлення - кристалізація. Теплообмін має важливе значення для проведення процесів випарювання, сушіння, перегонки і ін
Рушійною силою процесу теплообміну є різниця температур.
Речовини і тіла, що беруть участь в процесі теплообміну, називаються теплоносіями. Теплоносії з більш високою температурою, що віддають теплоту в процесі теплообміну, називаються гарячими теплоносієм. Речовини з більш низькою температурою, сприймаючі теплоту в процесі теплообміну, називаються холодними теплоносіями.
Існує два основних способи проведення теплових процесів: шляхом безпосереднього зіткнення теплоносіїв та передачею тепла через стінку, що розділяє теплоносії.
При передачі тепла безпосереднім зіткненням теплоносіїв зазвичай змішуються один з одним, що не завжди допустимо, тому спосіб застосовується рідко, хоча він простіше в апаратурному оформленні.
При передачі тепла через стінку теплоносії не змішуються, і кожен з них рухається по окремому каналу; поверхню стінки, що розділяє теплоносії, використовується для передачі тепла і називається поверхнею теплообміну і є основним розрахунковим конструктивним параметром теплообмінних апаратів (Теплообмінників).
Випарювання - Процес концентрування розчинів твердих нелетких речовин або мало летких речовин шляхом часткового випаровування розчинника при кипінні рідини.
В ряді випадків при випаровуванні розчинів твердих речовин досягається насичення розчину; при подальшому видаленні розчинника з такого розчину відбувається кристалізація, тобто виділення з нього розчиненого твердої речовини. Застосовується для концентрування розчинів нелетких речовин.
Отримання висококонцентрованих розчинів, практично сухих і кристалічних продуктів полегшує і здешевлює їх перевезення і зберігання.
В промисловості в більшості випадків випарюються водні розчини різних речовин.
Тепло для випарювання можна підводити будь-якими теплоносіями, застосовуваними при нагріванні. Для нагрівання випарює розчину до кипіння використовують топкові гази, електрообігрів, але найбільше застосування знаходить водяна пара (Характеризується високим коефіцієнтом тепловіддачі).
Випарювання ведуть як під атмосферним, так і під зниженим або підвищеним тиском.
Використовують у виробництві мінеральних добрив, цукру, кормових дріжджів. Також застосовують при концентруванні водних розчинів лугів (їдкий калій і їдкий натр), солей.
1. Технічна частина
1.1 Порівняльна характеристика апаратів для даного процесу
Теплообмінники - Пристрої, в яких здійснюється теплообмін між гріючої і нагрівається середовищами.
В теплообмінних апаратах можуть відбуватися різні теплові реакції: нагрівання, охолодження, випаровування, конденсація, кипіння, затвердіння і складні комбіновані процеси. Теплообмінні апарати застосовуються практично у всіх галузях промисловості і, в залежності від призначення, називаються підігрівачами, випарниками, конденсаторами, регенераторами, парообразователь, кип'ятильниками, випарними апаратами і т.д.
В залежності від призначення виробничих процесів в якості теплоносіїв можуть застосовуватися самі різні газоподібні, рідкі та тверді середовища.
Установки, що складаються з одиночного апарату вторинний пар, з якого не використовується (при випаровуванні під атмосферним тиском або при розрядці) або використовується поза апарату, називаються однокорпусні випарними установками.
Великим розповсюдженням користуються багатокорпусні випарні установки, що включають кілька з'єднаних один з одним апаратів (корпусів), що працюють під тиском, що знижується по напрямку від першого корпусу до останнього. У таких установках можна застосовувати вторинний пара, що утворюється в кожному попередньому корпусі, для обігріву подальшого корпусу. При цьому свіжим паром обігрівається тільки перший корпус. Утворений в першому корпусі вторинний пар направляється на обігрів другого корпусу, в якому тиск нижче і т.д., вторинний пар з останнього корпусу надходить в конденсатор або використовується поза установки.
Таким чином, в багатокорпусних випарних установках здійснюється багаторазове використання одного і того ж кількості тепла (тепла, що віддається гріючою парою в першому корпусі), це дозволяє заощадити значну кількість споживаного свіжої пари.
Пристрій випарних апаратів.
Найбільше поширення набули випарні апарати з паровим обігрівом, мають поверхня теплообміну, виконану з труб. Випарні апарати з паровим обігрівом складаються з двох основних частин:
а) кип'ятильник (гріюча камера), в якому розташована поверхню теплообміну і відбувається випаровування розчину;
б) сепаратор - простір, в якому вторинний пар відділяється від розчину.
Необхідність в сепараторі складає основний конструктивна відмінність випарних апаратів від теплообмінників. В залежності від характеру руху киплячій рідини в Випарніапарати розрізняють:
1. Випарні апарати з вільною циркуляцією;
2. Випарні апарати з примусовою циркуляцією;
3. Випарні апарати із природною циркуляцією;
4. Плівкові випарні апарати.
Випарніапарати зі вільною циркуляцією.
В цих апаратах нерухомий або повільно рухається розчин знаходиться зовні труб. До даної групи відносяться апарати, виконані у вигляді чаш або котлів, поверхня теплообміну утворена стінками апарата.
Малюнок 1. Випарний апарат з горизонтальними трубами
Випарні апарати з горизонтальними трубами (пар пропускається по трубах, рідина - зовні труб) можуть бути виготовлені зі значними поверхнями теплообміну - До 800 м 2 і більш. Для компенсації подовження труб і розбирання апарату з метою очищення кріплення труб в трубних гратах роблять на сальниках або застосовують U-образні труби.
Основним недоліком є ​​труднощі очищення міжтрубному простору, внаслідок чого вони не придатні для випаровування кристалізується розчинів. Крім того, такі апарати мають невисокий коефіцієнт теплопередачі, громіздкі і вимагають значної кількості металу для виготовлення. В даний час вони застосовуються рідко, витісняючись більш досконалими конструкціями.
Випарні апарати із природною циркуляцією.
1 - Циркуляційна труба; 2 - кіпятільниетруби.
Малюнок 2. Схема природної циркуляції.
Природна циркуляція виникає в замкнутій системі, що складається з необогреваемой циркуляційної (опускний) труби 1 і обігріваються підйомних труб 2. Якщо рідина в підйомних трубах нагріта до кипіння, то в результаті випаровування частини рідини в цій трубі утворюється парожідкостная суміш, щільність якої менше щільності самої рідини. Таким чином, вага стовпа рідини в циркуляційної трубі більше, ніж в підйомних трубах, внаслідок чого відбувається впорядковане рух (циркуляція) киплячій рідини по шляху: підйомні труби в†’ парове простір в†’ опускні труби в†’ підйомні труби і т. д.
Для природної циркуляції потрібно дві умови:
1. Достатня висота рівня рідини в опускне трубі, щоб врівноважити стовп парожідкостной суміші в кіпятільних трубах і повідомити цієї суміші необхідну швидкість;
2. Достатня інтенсивність пароутворення в кіпятільних трубах, щоб парожідкостная суміш мала, можливо, малу щільність.
При невеликому рівні рідини в опускне трубі парожідкостная суміш не може піднятися до верху кіпятільних труб; при цьому не відбувається циркуляції, і робота апарату супроводжується різким зниженням продуктивності і швидким покриванням труб накипом.
Випарний апарат з центральної циркуляційної трубою є однією з найбільш старих...
