Тепловой баланс

Тепловой баланс выпарного аппарата составляем на основании схемы его устройства (рис. 10.1):

Приход тепла:		Расход тепла:
с исходным раствором,	;	с упаренным раствором,	;
с греющим паром,	.	с вторичным паром,	;
		с конденсатом,	;
		теплота концентрирования,	;
		потери тепла,	.

Приравниваем приход и расход тепла:

, (10.10)

где – производительность по исходному и упаренному раствору соответственно, кг/с;– удельная теплоемкость исходного и упаренного раствора соответственно, Дж/(кгК);– температура исходного раствора и температура кипения раствора, соответственно,С;– расход греющего пара и конденсата греющего пара, кг/с;– энтальпия греющего пара, Дж/кг;– энтальпия конденсата греющего пара, Дж/кг;– расход вторичного пара, кг/с;– энтальпия вторичного пара, Дж/кг;– температура насыщения греющего пара,С;– теплота концентрирования раствора;– потери теплоты в окружающее пространство, Вт.

Исходный раствор можно представить как смесь упаренного раствора и воды. Тогда тепловой баланс смешения при постоянной температуре кипения раствора имеет вид:

=+, (10.11)

где – удельная теплоемкость воды при температуре кипения, Дж/(кгК).

Из уравнения 10.11

=–. (10.12)

Подставив значение в уравнение (10.10), получим

+=–+++. (10.13)

После элементарных преобразований тепловая нагрузка выпарного аппарата определяется из уравнения

(10.14)

Расход греющего пара определяют из уравнения 10.14

, (10.15)

или

, (10.16)

где – удельная теплота конденсации греющего пара, Дж/кг.

Первый член в числителе уравнений (10.15) и (10.16) выражает расход тепла на нагрев исходного раствора до температуры кипения, второй член – расход тепла на испарение воды из раствора.

В обобщенном виде уравнение (10.16):

. (10.17)

Входящая в эти уравнения теплота концентрирования отражает тепловой эффект концентрирования раствора. Она равна разности интегральных теплот растворения исходного и концентрированного растворов, взятой с обратным знаком (см. раздел 10.2.). Так как при концентрировании тепло может поглощаться или выделяться, то теплота концентрирования входит в уравнения тепловых балансов со знаком плюс или минус. Для многих минеральных солей величина теплоты концентрирования незначительна, и ею можно пренебречь.

Потери тепла в окружающее пространствообычно задают в виде доли от тепловой нагрузки аппарата в размере.

В случае подачи в выпарной аппарат влажного греющего пара уравнение (10.16) принимает следующий вид:

, (10.18)

где – влажность греющего пара, масс. доли.

Из уравнения (10.17) можно определить теоретический расход греющего пара на испарение 1 кг воды. Если принять, что =0 и= 0, а раствор поступает на выпаривание нагретым до температуры кипения, т. е.= 0, то

. (10.19)

Из выражения (10.19) следует, что в одиночном выпарном аппарате на выпаривание 1кг воды приближенно расходуется 1кг греющего пара. На практике, с учетом потерь теплоты и других составляющих, удельный расход греющего пара больше и составляет 1,1 – 1,25 кг/кг воды. При испарении других растворителей удельный расход греющего пара изменяется соответственно изменению удельной теплоты испарения конкретного растворителя.