1. Введение.

Процесс концентрирования растворов, заключающийся в частичном удалении растворителя путем его испарения при кипении, называется выпариванием.

Обычно из раствора удаляют лишь часть растворителя, так как из применяемых для выпаривания аппаратов вещество должно оставаться в текучем состоянии. В ряде случаев при выпаривании растворов твердых веществ достигается насыщение раствора. При увеличение концентрации начинается процесс кристаллизации.

Процесс выпаривания широко применяется для повышения концентрации разбавленных растворов, выделения из них растворенных веществ путем кристаллизации, а иногда - для вы­деления растворителя (например, при получении питьевой или технической воды в выпарных опреснительных установках).

Для осуществления процесса выпаривания необходимо теп­лоту от теплоносителя передать кипящему раствору, что возможно лишь при наличии разности температур между ними. При анализе и расчете процесса выпаривания эту разность температур между теплоносителем и кипящим раствором при­нято называть полезной разностью температур.

В качестве теплоносителя в выпарных аппаратах чаще всего используют насыщенный водяной пар, который называют греющим.

Таким образом, выпаривание является типичным процессом переноса теплоты от более нагретого теплоносителя – греющего пара к кипящему раствору.

В отличие от обычных теплообменников выпарные аппара­ты состоят из двух основных узлов: греющей ка­меры или кипятильника и, сепаратора, предназначенного для улавливания капель рас­твора из пара, образующегося при кипении раствора.

Выпаривание проводят при атмосферном давлении, под вакуумом или под давлением, большим атмосферного. Образующийся при выпаривании растворов пар называют вторичным.

Выпаривание под вакуумом имеет ряд преимуществ по сравнению с атмосферной выпаркой: снижается температура кипения раствора, что дает возможность использовать этот способ для выпаривания растворов термически нестойких веществ; повышается полезная разность температур, что ведет к снижению требуемой поверхности теплоотдачи выпарного аппарата; несколько снижаются потери теплоты в окружающую среду( так как снижается температура стенки аппарата); появляется возможность использования теплоносителя низкого потенциала.

При выпаривании под повышенным давлением (выше ат­мосферного) вторичный пар может быть использован в качест­ве греющего агента для различных технологических нужд.

В случае если в выпарной установке имеется один выпар­ной аппарат, то такую установку называют однокорпусной. Если же в установке имеется два или более последовательно соединенных корпусов, то такую установку называют многокорпусной. В этом случае вторичный пар од­ного корпуса используют для нагревания в других выпарных аппаратах той же установки, что приводит к существенной экономии свежего греющего пара.

Существует три способа выпаривания:

1. простое (периодическое, непрерывное);

2. многократное (непрерывное);

3. с применением теплового насоса (однократное, многократное).

При больших производительностях (от нескольких кубических метров выпариваемого раствора в час и выше), что ха­рактерно для промышленности, выпаривание проводят по не­ прерывному принципу. В аппаратах непрерывного действия обычно создают условия для интенсивной циркуляции раствора, т.е. в таких аппаратах гидродинамическая структура потоков близка к модели идеального смешения. Поэтому концентра­ция раствора в таких аппаратах ближе к конечной, что приводит к ухудшению условий теплопередачи (так, с повышением концентрации pаствopa увеличивается его вязкость и, cледова­тeльно., снижается коэффициент теплоотдачи от стенки к рас­твору).

Периодическое выпаривание проводят при малых производительностях и необходимости упаривания раствора до суще­ственно высоких концентраций.