ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ВЫПАРИВАНИЯ В

ОДНОКОРПУСНОЙ ВЫПАРНОЙ УСТАНОВКЕ

 

Выпаривание – процесс повышения концентрации растворов нелетучих веществ в жидких летучих растворителях.

Сущность процесса выпаривания заключается в переводе растворителя в парообразное состояние и отводе полученного пара от оставшегося сконцентрированного раствора.

Выпариванию подвергают растворы твердых веществ (солей, щелочей и др.), а также высококипящие жидкости, обладающие при температуре выпаривания весьма малым давлением пара. Процесс выпаривания достаточно широко используется в химической промышленности и в производстве химических волокон.

Материальный баланс.

Общий материальный баланс простого выпаривания выражается уравнением

G_Н = G_К + W (9.1)

Уравнение баланса по абсолютно сухому веществу, находящемуся в растворе, выражается уравнением:

, (9.2)

где G_Н – количество поступившего в аппарат раствора, кг; G_К – количество упаренного раствора, кг; W – количество выпаренной воды; Х_Н , Х_К – начальная и конечная концентрация раствора, % мас.

Совместным решением уравнений (9.1) и (9.2) можно определить количество упаренного раствора

G_K =G_H (9.3)

и количество выпаренной влаги

W = G_H –G_K = G_H (9.4)

Конечная концентрация по заданному количеству выпаренной воды вычисляется по уравнению

X_K(расч.) = G_H (9.5)

Тепловой баланс.

При выпаривании раствора в однокорпусной выпарной установке тепло Q, подводимое с теплоносителем, расходуется:

а) на нагревание исходного раствора от начальной температуры до температуры кипения – Q₁;

б) на выпаривание раствора – Q₂;

в) на компенсацию потерь тепла в окружающую среду – Q₃.

Q = Q₁ + Q₂ + Q₃ (9.6)

Количество тепла, затрачиваемое на подогрев раствора, рассчитывается по уравнению:

Q₁ = G_H ^.C_H· (9.7)

где С_Н – теплоемкость исходного раствора, кДж/(кг× °С); – температура кипения раствора в начале процесса выпаривания, °С; t_Н – начальная температура раствора, °С.

Количество тепла, затрачиваемое на выпаривание раствора, рассчитывается по уравнению:

Q₂ =W_(конд.)·(i -C_B· ) + G_H ·C_H ·( ) (9.8)

где i – удельная энтальпия вторичного пара при давлении 1 атм, равная 2679 кДж/кг; С_В – теплоемкость воды при температуре , кДж/(кг× °С) (см. Приложение 1); – температура кипения раствора в конце процесса выпаривания.

Увеличение температуры кипения раствора от t'_К до t''_К связано с увеличением его концентрации в процессе выпаривания. Изменяются и другие физико–химические свойства растворов, например, плотность, вязкость и теплопроводность упариваемого раствора.

 

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

 

Установка для простого выпаривания (рис.9.1) состоит из бака–испарителя 1, в который заливается выпариваемый раствор, теплообменника 2, в котором происходит конденсация вторичного пара и охлаждение его до определенной температуры, и мерника 3 для сбора выпаренной воды. Подвод тепла для подогрева и выпаривания раствора осуществляется электронагревателем.

Исходный раствор соды (Na₂CО₃) в количестве G_H = 6 литров с начальной концентрацией Х_Н от 2% до 6% (по указанию преподавателя) заливается через специальное отверстие с помощью воронки в бак–испаритель. Затем включается электронагрев и раствор нагревается до температуры кипения.

 

 

Рис. 9.1. Схема лабораторной установки:

1 – бак-испаритель; 2 – теплообменник; 3 – мерник; 4, 8 – вентили; 5 – водометное стекло; 6, 7 – термометры

 

Образующийся вторичный пар поступает в теплообменник, где происходит его конденсация. Необходимый расход охлаждающей воды поступает из водопроводной сети и регулируется вентилем 4. Объем исходного и упаренного раствора в баке замеряют с помощью водомерного стекла 5. Температуры образующегося пара и кипящего раствора замеряют по термометрам 6 и 7 соответственно. Отбор пробы выпаренного раствора проводят через вентиль 8.

 

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

 

Ознакомиться с описанием и устройством лабораторной выпарной установки.

Составить таблицы отчетных и расчетных величин. Во время опыта все полученные опытные данные заносятся в таблицу.

Приготовить исходный раствор соды. Количество исходного раствора и его концентрация задаются преподавателем. Залить приготовленный раствор в бак–испаритель.

По термометру 7 определить температуру исходного раствора.

Одновременно включить электронагрев выпарного аппарата и секундомер.

Открыть вентиль 4 и пустить воду в теплообменник.

Записать показания амперметра и вольтметра.

Появление первых капель конденсата в мернике свидетельствует о том, что закончился период нагревания раствора до температуры его кипения t'_К и начался процесс выпаривания. По секундомеру необходимо замерить время нагрева раствора до кипения.

После получения заданного преподавателем количества конденсата выключить электронагрев и секундомер, по которому следует замерить время, которое потребовалось на выпаривание заданного количества раствора.

Отключить поступление охлаждающей воды в теплообменник.

По водомерному стеклу определить объем упаренного раствора в литрах.

Взять пробу упаренного раствора и ареометром определить плотность упаренного раствора. По плотности (см. Приложение 3) определить концентрацию раствора.

 

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

 

Количество упаренного раствора рассчитать по уравнению (9.3).

Количество выпаренной влаги рассчитать по уравнению (9.4).

1. Конечную концентрацию упаренного раствора вычислить по уравнению (9.5). Сравнить расчетную и измеренную концентрацию раствора и вычислить процент ошибки по формуле:

(9.9)

Расход тепла на подогрев раствора рассчитать по уравнению (9.7). Теплоемкость исходного раствора С_Н находят по формуле:

С_Н =С_ВОДЫ ·( )+С_СОДЫ · (9.10)

где С_ВОДЫ – теплоемкость воды (см. Приложение 1)

С_СОДЫ – теплоемкость соды = 1, 035 кДж/(кг× °С).

Расход тепла на выпаривание рассчитать по уравнению (9.8).

Общие затраты тепла Q рассчитать без учета потерь тепла в окружающую среду.

Требуемую мощность электронагрева N_ТР найти по формуле:

(9.11)

где t – суммарное время нагрева и выпаривание раствора.

Определить удельный расход энергии в испытываемом выпарном аппарате:

(9.12)

Фактическую мощность электронагревателя N_Ф рассчитать по показаниям вольтметра и амперметра.

Определить КПД испытываемой установки:

(9.13)

Занести полученные величины в табл.9.1 и 9.2.

 

Отчет о выполненной работе должен содержать:

1. Краткое содержание и цель работы.

2. Схему установки и ее описание.

3. Последовательный расчет искомых величин.

4. Таблицы с опытными и расчетными данными.

5. Выводы о работе.

 

Таблица 9.1.

Таблица опытных данных

 

№	Наименование и размерность измеряемых величин	Условные обозначения	Значения
	Количество исходного раствора, кг	GH
	Количество упаренного раствора, кг	GК
	Начальная концентрация раствора, %масс.	ХН
	Конечная концентрация раствора, %масс.	ХК
	Количество конденсата, кг	W(конд)
	Суммарное время нагрева и выпаривания, с	τ
	Температура исходного раствора, оС	tН
	Температура кипения раствора в начале процесса выпаривания, оС
	Температура кипения раствора в конце процесса выпаривания, оС

 

Таблица 9.2.

Таблица расчетных величин

 

№	Наименование и размерность измеряемых величин	Условные обозначения	Значения
	Количество упаренного раствора, кг	GК
	Количество выпаренной влаги, кг	W
	Конечная концентрация раствора, %масс.	ХК
	Ошибка в % между измеренной и расчетной концентрациями	ε
	Количество тепла на нагрев раствора до температуры кипения, кДж	Q1
	Количество тепла, затраченное на выпаривание раствора, кДж	Q2
	Общие затраты тепла на нагрев и выпаривание, кДж	Q
	Требуемая мощность нагревателя, кВт	NTP
	Фактическая мощность электронагревателя, кВт	NФ
	КПД установки	η

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Определение процесса выпаривания.

2. Назначение процессов выпаривания.

3. Теплоносители выпарных аппаратов.

4. Первичный пар, вторичный пар, что это?

5. Выражение концентрации через мольные доли.

6. Закон Рауля.

7. Температурная депрессия.

8. Гидростатическая депрессия.

9. Гидравлическая депрессия.

10. Выбор давления в процессе выпаривания.

11. Преимущества и недостатки простой однократной выпарки.

12. Что необходимо знать, чтобы определить количество выпаренной влаги?

13. На основе чего определяют расход греющего пара?

14. Исходное уравнение для определения поверхности теплообмена.

15. Основная причина использования многокорпусной выпарки.

16. Положительные и отрицательные стороны многократной прямоточной выпарки.

17. Положительные и отрицательные стороны многократной противоточной выпарки.

18. Выпарка с тепловым насосом.

19. Чему равна общая полезная разность температур выпарной установки?

20. Перечислить основные типовые конструкции выпарных аппаратов.

21. Цель работы.

22. Схема экспериментальной установки.

23. Порядок проведения работы.

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Касаткин А.Г. " Основные процессы и аппараты химической технологии" - М. " Химия". 1971. - с. 166–402.

2. Гельперин Н.И. " Основные процессы и аппараты химической технологии" - М. " Химия". 1981, ч. 11, - с. 185–421.

 

 

Приложение 1

Физические свойства воды

 

t, oC	ρ , кг/м3	СВОД, кДж/(кг× °С)	ν ·106, м2/с	λ ·102, Вт/(м× °С)	Pr	β ·104, К-1
	999, 6	4, 21	1, 79	55, 1	13, 7	-0, 63
	999, 7	4, 19	1, 31	57, 5	9, 52	+0, 70
	998, 2	4, 18	1, 01	59, 9	7, 02	2, 12
	995, 7	4, 17	0, 81	61, 8	5, 42	3, 21
	992, 2	4, 17	0, 66	63, 4	4, 31	3, 87
	988, 1	4, 17	0, 56	64, 8	3, 54	4, 49
	983, 2	4, 18	0, 48	65, 9	2, 98	5, 31
	977, 8	4, 19	0, 42	66, 8	2, 55	5, 70
	971, 8	4, 19	0, 37	67, 5	2, 21	6, 32
	965, 3	4, 19	0, 33	68, 0	1, 95	6, 95
	958, 4	4, 22	0, 29	68, 3	1, 75
	951, 0	4, 23	0, 27	68, 5	1, 60

 

Приложение 2

Концентрация (в %масс) водного раствора Na₂CO₃

под атмосферным давлением при различных температурах

 

Растворенное вещество	Температура кипения, оС
Na2CO3	9, 42	17, 22	23, 72	29, 18	33, 86

 

Приложение 3

Плотность водных растворов при 20^оС

в зависимости от содержания Na₂CO₃

 

Плотность, кг/м3	Содержание соды	Плотность, кг/м3	Содержание соды
в 100 г	в 1 л	в 100 г	в 1 л
		10, 09			86, 53
		20, 38			98, 20
		30, 88			110, 30
		40, 59			122, 50
		52, 51			134, 90
		63, 64			147, 60
		74, 98			160, 50

 

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №10

Предыдущая123456789101112Следующая

Поделиться:

Популярное:

1. Автоматизация процесса расследования преступлений
2. Актуальность проведения контроля за технологическими процессами и качеством продукции
3. Банки как центры управления финансово-кредитными процессами в условиях рынка.
4. Безопасность технологического процесса
5. БИЛЕТ 51. ИСТОРИКО-ЛИТЕРАТУРНЫЙ ПРОЦЕСС И ЕГО СОСТАВЛЯЮЩИЕ. ГЛОБАЛЬНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ ИСТОРИКО-ЛИТЕРАТУРНОГО ПРОЦЕССА.
6. Блок 9. Изучение формы распределения
7. Богословие и критическое изучение Библии
8. Вопрос 11. Социально-психологическая среда. Психология больших и малых групп. Управление групповыми процессами.
9. Вопрос 2. Изучение и прогнозирование покупательского спроса.
10. Вопрос 234. Участники арбитражного процесса.
11. Вопрос 248. Судебные извещения лиц, участвующих в деле, и иных участников арбитражного процесса. Последствия неявки в судебное заседание участников арбитражного процесса.
12. Вопрос 426. Участники процесса в Конституционном Суде РФ, их права и обязанности. Порядок исследования вопросов в судебных заседаниях Конституционного Суда РФ.