Некоторые свойства растворов при выпаривании

1. Растворимость.

Растворимость вещества обычно представляется в виде таблицы, которая переводится на график ''равновесная концентрация – температура''.

Кривая представляет насыщенный раствор (равновесие системы ''раствор – кристаллы''). На графике, который представлен на рис.102, пунктиром проводится граница метастабильной области и можно показать различные технологические процессы.

Рис.102. Комплекс процессов для однократного выпаривания периодического действия.

а) область ненасыщенных растворов, б) метастабильная область (существование пересыщенных растворов), в) лабильная область (спонтанная кристаллизация);

1-выщелачивание, 2-нагревание,3-выпаривание, 4-охлаждение раствора в кристаллизаторе, 5-спонтанная (во всём аппарате) кристаллизация, 6-рост кристаллов.

Комплекс процессов для 3-х корпусной прямоточной выпарной установки представлен на рис.103.

Рис.103. Комплекс процессов для 3-х корпусной прямоточной выпарной установки.

I, II, III – номера корпусов.

После кристаллизатора суспензия направляется на центрифугирование, далее кристаллы поступают на сушку, затем следует упаковка готового продукта.

Современная тенденция совершенствования производства сводится к замене громоздкой системы:

подогреватель – выпарной аппарат – кристаллизатор – центрифуга – сушилка, - на один аппарат распылительной сушки.

В настоящее время на распылительной сушилке обрабатываются: дрожжи, бычья кровь, молоко, кофе, осуществляется производство пищевой соли, томатное и глюкозное (сахарное) производства.

2. Движущая сила и температурные депрессии.

Эти понятия наглядно представляются на рис.104, где показано распределение температур по высоте выпарного аппарата.

а) Общая (или полная) разность температур – разность между температурой конденсации греющего пара и температурой вторичного пара.

(94)

б) Полезная разность температур (движущая сила процесса) – разность между температурой конденсации греющего пара и температурой кипения раствора в средних слоях аппарата.

(95)

Рис.104. Распределение температур теплоносителей по высоте выпарного аппарата.

1-греющий пар,

2-конденсат,

3-исходный раствор,

4-вторичный пар, 5-упаренный раствор.

в) Гидростатическая температурная депрессия – разность между температурами кипения раствора в среднем слое аппарата и на свободной поверхности раствора.

(96)

По мнению П.Д. Лебедева (Теплообменные, сушильные и холодильные установки.-М.:Энергия,1972.-320 с., с.133) надёжных формул для определения (96) не существует. Поэтому для прямоточной 3-х корпусной выпарной установки рекомендуется принимать .

г) Физико-химическая температурная депрессия – разность между температурой кипения раствора и температурой вторичного пара над раствором.

(97)

Для растворов, кипящих под атмосферным давлением, по таблицам, в зависимости от концентрации определяется температура кипения , тогда

(98)

Для аппаратов, работающих под любым давлением, температурная депрессия определяется по формуле Тищенко

(99)

где - поправочный коэффициент.

В литературе приводится табличная зависимость .

Для последнего корпуса, работающего под вакуумом, температурную депрессию можно определить по правилу Бабо, представляющему подобие изотерм растворов:

(100)

Правило Бабо гласит: отношение упругости пара над раствором к упругости пара над чистым растворителем есть величина постоянная при одной и той же температуре кипения раствора и растворителя.

д) Гидравлическая температурная депрессия – разность между температурами вторичного пара на выходе из аппарата и на входе в другой аппарат.

(101)

Обычно принимается . Обусловлена потерями вторичного пара из одного корпуса в другой.