Факторы, определяющие влажность вторичного пара и качество дистиллята

Капельный унос зависит от напряжения зеркала испарения и парового объема, концентрации и состава испаряемой воды, режима парообразования и конструкции испарителя.

Под напряжением зеркала испарения и парового объема понимают количество вторичного пара, полученного в час с 1 м² поверхности кипящего рассола или с 1 м³ парового пространства испарителя (м³/м²ч или м³/(м³ч)). Напряжение зеркала испарения в вакуумных испарителях составляет ≈ 7000 м³/м²ч, при избыточном давлении вторичного пара - 2500 м³/м²ч.

Процессы в корпусе испарителя условно делят на 3:

· в водяном объеме,

· на границе раздела фаз,

· в паровом объеме.

5.2.1 Процессы в водяном объеме. В испарителе с погружными греющими батареями парообразование происходит в форме кипения. От вида кипения зависят количество и спектр капель влаги в паровом пространстве испарителя, экономичность и устойчивость работы всей ОУ. Размер паровых пузырьков, образующихся на поверхности нагрева в момент отрыва, в основном определяется взаимодействием силы тяжести и силы поверхностного натяжения, а также смачиваемостью жидкости. После того, как паровой пузырек оторвался, на него действует подъемная сила и сила сопротивления жидкости подъему пузырька. Для его подъема нужно, чтобы

,

откуда скорость всплытия:

, м/с

ρ_ж и ρ_п – плотности жидкости и пара

V, F, d – объем, площадь поперечного сечения и Ø пузырька (м)

ζ – коэффициент сопротивления движению пузырька.

Точное решение этой зависимости – только для пузырька в форме шара.

Чем больше размер парового пузырька к моменту выхода его из водяного объема, чем больше пузырьков образуется и чем больше их скорость, тем больше влаги будет содержать вторичный пар.

При кипении жидкости интенсивность теплоотдачи тем выше, чем больше число действующих центров парообразования и выше частота отрыва пузырьков. То и другое является функцией температурного напора _∆t = t_{поверх гр. батарей} – t_{рассола}. Т.е. тепловой поток q и коэффициент теплоотдачи α = f(_∆t) (рис.14).

1 – конвективная область; 2 - область неустойчивого кипения; 3 – развитого кипения;4 – переходная область; 5 – устойчивого пленочного кипения; 6 – с преобладающим влиянием лучистого переноса тепла

Рисунок 14 - Зависимость теплового потока q и характера кипения от

Рабочий участок для судовых испарителей ВАС.

Таким образом, Процессы в корпусе испарителя в водяном объеме испарителя является процесс парообразования, а параметрами, определяющими качество дистиллята – скорость всплытия V_всп и размеры паровых пузырьков.

5.2.2 Процессы на поверхности раздела фаз. Они зависят прежде всего от физико-химических свойств жидкости. Молекулы поверхностного слоя жидкости испытывают различное силовое воздействие со стороны жидкости и со стороны пара (рис.15). Равнодействующая сил межмолекулярного притяжения для поверхностных молекул направлена вниз.

Рисунок 15 - Схема образования поверхностного слоя раздела фаз

Поверхностный слой раздела фаз часто называют абсорбционным. В нем концентрируются поверхностно-активные вещества (главным образом, органика), а вытесняемые из поверхностного слоя и втягиваемые внутрь раствора поверхностно-инактивные вещества содержат минеральные соли.

Паровые пузырьки, достигнув поверхности раздела фаз на зеркале испарения, либо прорывают ее, либо деформируют, образуя слой пены. Пузырек пара, задержавшийся у поверхности раздела фаз, отличается от пузырька в толще воды наличием 2-х абсорбционных слоев (рис.16). Жидкость между ними находится как в капилляре. Химически чистые жидкости не вспениваются, т.к. у них отсутствуют прочные абсорбционные слои.

Рисунок 16 - Абсорбционные слои поверхности раздела фаз

Рассол испарителя относится к сильно вспениваемым жидкостям. Состав пены может быть отличным от состава рассола. Солесодержание влаги вторичного пара поэтому также может отличаться от солесодержания рассола. Процесс пенообразования оказывает также влияние на качество дистиллята, т.к. понижается паровой объем испарителя, который выполняет роль первичного сепаратора. Усиливают пенообразование в судовых испарителях органические примеси воды (планктон, масло, мазут и т.п.), коллоидные и взвешенные частицы (ил, накипь, песок и т.п.).

Поэтому ОУ целесообразно включать в работу после выхода судна в открытое море.

Таким образом, основной процесс на поверхности раздела фаз является пенообразование, а определяющими качество дистиллята параметрами – высота слоя пены и ее физико-химический состав.

5.2.3 Процессы в паровом объеме. Их можно свести к 2-м: уносу капельной влаги со вторичным паром и выпадению капель из потока (естественная паросепарация).

Взаимодействие между каплями и восходящим потоком вторичного пара определяется скоростью вторичного пара и размером капель.

Образовавшиеся капли движутся со значительной скоростью за счет запаса кинетической энергии, полученной в момент их образования. Капли диаметром ≥ 1,0 мм выпадают в рассол независимо от скорости вторичного пара. Высота подъема капель транспортируемой влаги зависит от скорости вторичного пара. Особенно сильно эта зависимость проявляется, когда скорость пара V_пара становится соизмеримой со скоростью витания капли V_вит.

Скоростью витания называют скорость движения капли, при которой силы трения уравновешивают вес капли.

Скорость вторичного пара в испарителях принимают равной0,5÷4,0 м/с.

Если V_вит>V_пара, то капля выпадает обратно в рассол; если V_пара>V_вит–

капля уносится потоком пара из парового пространства.

При высоте парового пространства h_{п п}=700 мм до парозаборного патрубка достигает ~ 0,5% всех капель.

Таким образом, паровое пространство выполняет функцию первичного сепаратора влаги из пара. Основным процессом в паровом объеме является гидродинамическое взаимодействие между каплями влаги и потоком пара. Определяющими параметрами – скорость вторичного пара, размеры капель, плотность среды и h_пп.