Промышленные способы охлаждения

Охлаждение до обычных температур достигается путем использования широко доступных охлаждающих агентов — воды и воздуха. По сравнению с воздухом вода отличается большой теплоемкостью, более высокими коэффициентами теплоотдачи и позволяет охлаждать до более низких температур.

Применяют речную, озерную, прудовую или артезианскую воду. Часто применяют оборотную воду — отработанную охлаждающую воду теплообменных устройств. Охлаждают ее путем частичного испарения в открытых бассейнах — градирнях, после чего повторно направляют на использование в качестве хладагента.

Температуры охлаждения зависят от начальной температуры воды, а следовательно, и от времени года.

Охлаждение до низких температур часто достигается путем введения льда или холодной воды непосредственно в охлаждаемую жидкость. Кроме того, применяют холодильные агенты, представляющие собой пары низкокипящих жидкостей, сжиженные газы или холодильные рассолы.

Выпаривание.

Выпаривание – процесс концентрирования растворов твердых нелетучих веществ путем удаления летучего растворителя в виде паров. Выпаривание обычно проводится при кипении. Обычно из раствора удаляется только часть растворителя, так как вещество должно оставаться в текучем состоянии.

Существует три метода выпаривания:

- поверхностное выпаривание, которое осуществляется путем нагревания раствора на теплообменной поверхности за счет подвода тепла к раствору через стенку от греющего пара;

- адиабатическое выпаривание, которое происходит путем мгновенного испарения раствора в камере, где давление ниже, чем давление насыщенного пара;

- выпаривание путем контактного испарения, при котором нагревание раствора осуществляется при прямом контакте между движущимся раствором и горячим теплоносителем (газом или жидкостью).

В химической технологии, в основном применяется, первый метод выпаривания. Далее о первом методе.

В качестве теплоносителя в выпарных аппаратах применяется насыщенный водяной пар (греющий или первичный). Выпаривание – типичный теплообменный процесс – перенос теплоты за счет конденсации насыщенного водяного пара и кипения раствора.

В отличии от обычных теплообменников выпарные аппараты состоят из двух основных узлов (рис.4.29):

- греющей камеры или кипятильника,

- сепаратора.

Сепаратор предназначен для улавливания капель раствора из пара, который образуется при кипении. Этот пар называется вторичным или соловым.

рис.4.29 однокамерная выпарная установка.

1-сепаратор, 2-греющая камера,

3-циркуляционная труба, 4-конденсатор, 5-барометрическая труба.

В зависимости от давления вторичного пара различают выпаривание при . Выпаривание при - снижается температура кипения раствора, при -вторичный пар используется в технологических целях. Температура кипения раствора всегда выше температуры кипения чистого растворителя. Например, для насыщенного раствора NaCl (26%) , для воды .

Вторичный пар, отбираемый из выпарной установки для других нужд, называется экстра паром.

Классификация и конструкция выпарных установок.

Выпарная установка, состоящая из одного выпарного аппарата, называется однокорпусной (рис.4.29).

Выпарная установка, состоящая из 2 или более выпарных аппаратов, называется многокорпусной. В многокорпусной выпарной установке свежий пар подают только в первый корпус. Из первого корпуса, образовавшийся вторичный пар поступает во второй корпус этой же установки в качестве греющего, в свою очередь вторичный пар второго корпуса поступает в третий корпус в качестве греющего и.т.д.

Периодическое выпаривание проводят при малых производительностях и до высоких концентраций раствора. Выпарные установки, в основном, работают в непрерывном режиме.

Многокорпусные выпарные установки могут быть прямоточными, противоточными и комбинированными.

вода

вторичный пар к вакуумному

насосу

греющий

пар п-пар

исходный к к к

раствор

рис.4.30 многокорпусная выпарная установка

прямоточного типа.

Прямоточные выпарные установки распространены наиболее широко.

конденсатор

вторичный пар вторичный пар

свежий

пар

к к к

насос насос насос

рис.4.31 противоточная многокорпусная выпарная установка.

Поскольку давление в каждом последующем корпусе меньше, чем в предыдущем, для перемещения раствора нужны насосы.

Конструкции выпарных аппаратов:

Выпарной аппарат с Выпарной аппарат с Выпарной аппарат с

естественной циркуляцией естественной циркуляцией вынужденной конвекцией

(зоны нагрева и кипения совпадают)

рис 4.33

Рис 4.33а

Пленочный выпарной аппарат

(пленка восходящая)

Роторные выпарные аппараты применяются для выпаривания высоковязких пастообразных продуктов. Вращающиеся лопасти ротора распределяют раствор по стенке корпуса за счет силы тяжести. Стенка аппарата обогревается паром.