Потери полезной разности температур

В выпарном аппарате имеют место потери полезной разности температур, которые называют депрессией. Общая величина депрессии складывается из температурной депрессии , гидростатической депрессии и гидравлической депрессии .

Температурная депрессия равна разности температур кипения раствора и чистого растворителя при одинаковом давлении. Величина температурной депрессии зависит от природы растворенного вещества и растворителя, концентрации раствора и давления. Экспериментальные значения величины температурной депрессии приводятся в специальной литературе. Для приближенного расчета величины температурной депрессии должна быть известна либо одна температура кипения данного раствора при некотором давлении (закон Бабо, метод Тищенко), либо две температуры кипения при двух произвольно взятых давлениях (правило Дюринга или уравнение Киреева).

В справочной литературе значения температур кипения или температурной депрессии приведены, как правило, при атмосферном давлении. Так как выпарной аппарат может работать под давлением, отличным от атмосферного, то для перерасчета величины температурной депрессии используют любой из перечисленных выше методов. Наибольшее распространение получило уравнение И. А. Тищенко, в соответствии с которым

, (10.22)

где – температурная депрессия при атмосферном давлении, К; , – температура кипения чистого растворителя (К) и его теплота испарения (кДж/кг) при данном давлении.

Формула И.А. Тищенко применима только для водных растворов с малой температурной депрессией (до 15 К).

Гидростатическая депрессия . Современные трубчатые выпарные аппараты имеют высоту до 25 м, при уровне раствора 10 – 15 м. Следовательно, гидростатическое давление столба раствора существенно изменяется от минимального значения на поверхности до максимального в нижней части аппарата. Поскольку увеличение гидростатического давления приводит к увеличению температуры кипения, то в нижней части аппарата температура кипения раствора будет максимальной, а на поверхности раствора – минимальной.

Повышение температуры кипения раствора, вызванное увеличением гидростатического давления, называется гидростатической депрессией.

Точный расчет величины гидростатической депрессии весьма сложен, так как раствор в аппарате представляет собой не однородную жидкость, а паро- растворную эмульсию переменного состава, движущуюся по трубкам греющей камеры со скоростью 1 – 2 м/с.

Для приближенных расчетов гидростатическую депрессию рассчитывают для среднего уровня труб греющей камеры. Давление на среднем уровне ( )

, (10.23)

где – давление вторичного пара, Па; – приращение давления для среднего уровня труб.

Предполагая, что плотность паро-растворной эмульсии равна половине плотности раствора, давление в среднем слое

, (10.24)

где – плотность раствора, кг/м³; – высота труб греющей камеры, м.

По известным давлениям и с помощью таблиц свойств воды и водяного пара определяют температуры кипения воды в среднем слое и на поверхности раствора . Разность этих температур и есть величина гидростатической депрессии:

. (10.25)

Следует отметить, что расчеты по уравнению (10.24) дают значительную погрешность, особенно при расчете выпарных аппаратов, работающих под вакуумом, поэтому для приближенных расчетов допустимо принимать величину гидростатической депрессии, равную 1¸2 °С.

Гидравлическая депрессия . Гидравлической депрессией называют увеличение температуры кипения раствора или снижения температуры вторичного пара при его движении через сепарационные устройства выпарных аппаратов или по трубопроводам выпарных установок, когда возникают потери давления на трение и местные сопротивления. В связи с тем, что давление пара функционально связано с температурой, при уменьшении давления пара уменьшается и его температура. Температура кипения раствора в аппарате при этом увеличивается на 0.5 – 1,5 °С. а температура пара на выходе из аппарата уменьшается на ту же величину. Обычно эти изменения температуры невелики, и величину гидравлической депрессии принимают равной 1°С. При расчете многокорпусных выпарных установок гидравлическую депрессию учитывают только при определении температуры пара после его прохождения по трубопроводам между корпусами.