11.5. Выпаривание. Температура кипения растворов (ткр). Температурная депрессия (тд). Технические методы выпаривания (тмв).
Выпаривание (В)- процесс концентрирования жидких р-ров тв.нелетучих вещ-в, заключ-щийся в удалении растворителя при кипении. В. применяется для увеличения конц-и разбав-ных р-ров вещ-ва путем кристаллизации. Концентрированные р-ры и тв.вещ-ва, получаемые в рез-те В., легче и дешевле перераб-ть, хранить и транспортировать. Тепло для В. м. подводить любыми теплоносителями, но чаще используют насыщ. водяной пар, который наз-ют греющим (первичным). Пар, образующийся при В. кипящего р-ра, наз-ся вторичным (соковым).
Т
КР
зависит от внеш.Р и конц-и вещ-ва. Чем
Р, тем
ТКР. При той же самой Т, упругость паров
(парц.Р) чистого растворителя всегда
упругости пара над р-ром. При одинаковом
Р, Ткип чист. раств-ля всегда
Ткип р-ра. ТД-
это разность между ТКР и Ткип чист.
раств-ля при одинаковом Р. Величина ТД
зависит от ТКР, конц-и р-ра и внеш.Р.
Величину ТД находят по эмпирическим
табл. данным. Зная ТД м. определить ТКР.
ТД- обусловлена снижением упругости
пара над р-ром по сравнению с чист.раств-лем
(tкипtчист.р-ля)
tконд
втор.пара на входе в последующий аппарат
всегда ниже tкип
того р-ра, из которого этот пар образовался
в предыдущем аппарате. В рез-те
темп.депрессии часть общей разности
темп-р всей установки теряется бесполезно
ТМВ. Вып. ведут под вакуумом, при повышенном и атмосферном давлениях. При В. под повыш.Р возможно использование втор.пара в качестве греющего агента для целей не связанных с выпаркой (на сторону). Однако при Р над р-ром его Ткип значительно , поэтому применение такого способа ограничено термостойкостью вещ-в и Т нагревающего агента. В. под вакуумом имеет преим-ва: 1) Ткип р-ра; 2) разности темпер-р между нагревающим агентом и кип.р-ром, что приводит к пов-ти теплообмена; 3) из-за пониж.Т процесса меньше потерь тепла в окр.среду. Недостатки: необходимость доп.затрат на вакуум-насосы, конденсаторы и др.
Способы В.: 1) однократное (простое) В. (1 аппарат)- втор.пар не испол-ся; 2) многократное В. (неск.аппаратов)- втор.пар испол-ся для обогрева последующего выпарн.аппарата; 3) В. с применением тепл.насоса- втор.пар сжимается до Р, позволяющего применить пар для обогрева того же аппарата, в котором он образовался.
Аппарат для однократ В. состоит из теплообменного устр-ва- нагревательной (греющей) камеры 1 и сепаратора 2. Камера обычно обогревается вод. насыщ.паром, поступающим в ее межтрубное простр-во. Конденсат отводят снизу камеры. Поднимаясь по трубам 3, выпариваемый р-р нагрев-ся и кипит с образ-ем втор.пара. Отделение пара от жидкости происходит в сепараторе 2. Освобожденный от брызг и капель втор.пар удаляется. из верхней части сепаратора. Часть жидкости опускается по циркуляционной трубе 4 под нижнюю трубную решетку греющей камеры. Вследствие разности плотностей р-ра в трубе 4 и парожидкостной эмульсии в трубах 3 жидкость циркулирует по замкнутому контуру. Упаренный (сконцентрированный) раствор удаляется через штуцер в днище аппарата. Циркуляция р-ра в аппарате необходима, ее устраивают специально или она естесственная. Если скорость движ-я р-ра низка, то аппарат зарастает отложениями солей (инкрустация). При естесств.циркуляции, движ-е р-ра идет за счет разности плотностей. В цирк.трубе Т несколько ниже, т.к. объем р-ра в ней на ед-цу пов-ти больше, а и Т ниже, чем в кипят.трубах
11.6. Подсчитать теоретически возможный выход газа при сбраживании осадка из первичных отстойников и активного ила, если анализом определен состав компонентов
Компоненты |
Концентрация, % в пересчете на беззольное вещество |
|
осадка из первичных отстойников |
Активного ила |
|
Жироподобные вещества |
35,6 |
32,3 |
Азот общий |
4,9 |
7,9 |
Углеводы: легкогидролизируемая фракция трудногидролизируемая фракция |
10,2 6,6 |
1,5 5,0 |
Сравнить полученные результаты, если предел сбраживания по данным химического анализа осадка из первичных отстойников определен равным 58 %, а для ила – 46 %. В первом метантенке сбраживается только осадок из первичных отстойников, а во втором – смесь осадка и ила в отношении по беззольному веществу 0,5 : 1. Распад беззольного вещества, подсчитанный по выходу газа, в первом метантенке составляет 44 %, а во втором – 36 %.
Решение
Газы брожения продуцируют жиро-, углеводо- и белковоподобные соединения. При распаде остальных органических компонентов осадков продукты распада переходят в иловую воду. Теоретически возможный выход газа можно подсчитать, если известно содержание в осадках жиро-, углеводо- и белковоподобных веществ:
а = 0,92ж + 0,62у + 0,34б
ж, б и у даны в граммах на 1 г массы загружаемого осадка.
Подсчет белковоподобных веществ
Предполагают, что вних общий азот составляет 16 % по массе. В других группах содержание азота мало. Для подсчета количества белковоподобных веществ нужно умножить концентрацию азота на 6,25 . (100 : 16 = 6,25).
Величина б для осадка составляет 4,9 . 6,25 = 30,6
Подсчет углеводоподобных веществ
В реакциях брожения участвуют обе фракции углеводов:
В осадке у = 16,8 %, в иле – 6,5%.
Подсчет теоретически возможного выхода газа
ж, б и у следует выразить в граммах на 1 г беззольного вещества осадков.
Для осадка из первичных отстойников
а = 0,92 . 0,356 + 0,62 . 0,168 + 0,34 . 0,306 = 0,536 г/г,
для активного ила
а = 0,92 . 0,323 + 0,62 . 0,065 + 0,34 . 0,494 = 0,505 г/г,
Ответ: теоретически возможный выход газа при сбраживании осадка из первичных отстойников – 0,536 г/г, а для активного ила – 0,505 г/г
Оценка данных анализа
1. Химический состав осадка из первичных отстойников заметно отличается от состава активного ила меньшим содержанием белковоподобных веществ и большм - углеводоподобных веществ. Это закономерно, так как в первичных отстойниках в значительной мере улавливаются растительные остатки, бумага, раздробленное тряпье и т. д. (углеводоподобные), а в активном иле присутствует огромное количество микроорганизмов (повышенное содержание белковоподобных веществ).
2. В беззольном веществе осадка содержание газообразующих компонентов (т. е. сумма
ж + б + у составляет 83 %, а ила – 88,2 %. Следовательно, в первом случае на лигнино-гумусовый комплекс веществ, не образующих газа при брожении, приходится 17 %, а во втором – 11,8.
Сравнить полученные результаты – это значит определить глубину или степень сбраживания осадков в двух метантенках аналогично тому, как оценивается, например, степень очистки сточной воды, т. е. в процентах по отношению к начальному (или максимально возможному) количеству.
Степень обработки осадка в первом метантенке:
(44 : 58) . 100 = 78 % от теоретически возможной.
Предел сбраживания смеси во втором метантенке (определяется как среднеарифметическое):
асм = (58 . 0,5 + 46 . 1)/(0,5 + 1) = 48 %.
Степень обработки смеси (или глубина сбраживания) равна также
(36 : 48) 100 = 75 %.
Ответ:
Оба метантенка обеспечивают одинаковую степень обработки осадков, хотя количество газов, образующихся в двух сооружениях, может оказаться заметно различным.