ВЫПАРИВАНИЕ. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ
ВЫПАРИВАНИЕ. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ

Выпариванием (выпаркой) обычно называют термический способ концентрирования растворов нелетучих веществ (в химической технологии - чаще солей) с помощью испарения части жидкого растворителя и непрерывного отвода образующегося пара (вторичного пара). Для процесса парообразования требуется непрерывный подвод внешней энергии, обычно в виде греющего водяного пара.

Конструктивно выпарной аппарат (ВА) чаще всего представляет собой вертикально расположенный кожухотрубчатый теплообменник (рис. 4.1), в трубках которого кипит выпариваемый раствор, а в межтрубном пространстве конденсируется более горячий водяной греющий пар. Выделяющаяся при конденсации греющего пара теплота фазового перехода передается поперек стенок трубок кипящему раствору.

Барометрический конденсатор непрерывно создает и поддерживает внутри выпарной установки разрежение вследствие конденсации в нем вторичного пара (ларов растворителя), поступающего из сепаратора ВА. При пониженном давлении температура кипения раствора уменьшается, полезная разность температур греющего пара и кипящего в трубках раствора увеличивается, вследствие чего возрастают количество передаваемой к раствору теплоты и производительность аппарата по концентрируемому раствору.

Значение температуры кипения раствора определяется не только давлением паров растворителя в сепараторе ВА, но также зависит от высоты столба кипящего в трубках раствора. Высота столба кипящего раствора определяет величину гидростатического давления внутри жидкости и через это давление - температуру ее кипения. Кроме того, при расчетах учитывается, что температура кипения раствора всегда выше температуры кипения чистого растворителя (температурная депрессия или эбулиоскопический эффект) и эта разность зависит от вида и концентрации растворенного в растворителе вещества.

Давления паров растворителя (при выпаривании водных растворов это водяные пары) в сепараторе ВА и в барометрическом конденсаторе должны быть различными, так как только меньшее давление в конденсаторе обеспечивает необходимое направление вторичных паров из ВА в зону их конденсации в барометрическом 
конденсаторе. При насыщенном состоянии паров их температура соответствует значению давления, уменьшаясь по мере снижения давления.

Расчет необходимой поверхности греющей камеры ВА производится по общему уравнению теплопередачи (4.26), в котором полезная разность температур между температурами конденсации греющего пара и раствора содержит температуру кипения раствора конечной концентрации на среднем уровне по высоте кипятильных труб.

С целью экономии потребляемой выпарной установкой внешней энергии процесс выпаривания производится не в одном аппарате, а в нескольких ВА меньшего размера, соединенных последовательно (рис. 4.2). При этом первый ВА по-прежнему обогревается внешним греющим паром, а во второй, третий и т.д. аппараты поступают вторичные пары из предыдущего ВА. Чтобы передача теплоты была возможной, температура кипящего раствора в каждом из корпусов должна быть непременно ниже температуры конденсации вторичного пара, поступающего из предыдущего корпуса (ВА).

Для создания пересыщенной концентрации непрерывно кристаллизующегося из раствора твердого растворенного вещества используются два основных способа. При сильной зависимости растворимости вещества от температуры целесообразно понижать температуру раствора. Если же растворимость с ростом температуры увеличивается незначительно, то оказывается выгоднее повысить температуру до температуры кипения кристаллизуемого раствора; при этом интенсивное удаление паров растворителя из раствора компенсирует некоторое повышение растворимости кристаллизуемого вещества.