Выпаривание.

Выпаривание — процесс концентрации растворов путем удаления летучего растворителя.

В отличие от испарения, температура которого ниже температуры кипения раствора, выпаривание производят при температуре кипения, т.е. при условиях, когда давление над раствором равно давлению в рабочем объеме аппарата.

Для нагревания раствора до температуры кипения можно применять любой теплоноситель, но, как правило, используют водяной пар, который называют греющим или первичным паром. Вторичным (соковым) паром называется пар, образующийся из выпариваемых растворов.

Изменение свойств растворов при сгущении.

По мере сгущения раствора его физические свойства изменяются. Это необходимо учитывать при расчете и эксплуатации выпарной аппаратуры. Рассмотрим изменение свойств раствора при увеличении концентрации сухих веществ (СВ).

В процессе выпаривания концентрация СВ увеличивается от СВ_н до СВ_к в начале быстро, а затем медленнее, асимптотически приближаясь к теоретическому пределу СВ=1, когда весь растворитель превращен в пар. При повышении концентрации СВ изменяется температура кипения, теплопроводность, теплоемкость, вязкость и пр.

При данном давлении температура кипения раствора t_р выше температуры, находящегося над раствором насышенного пара t_вп на величину физико-химической депрессии Δ _ф. В следствие повышения концентрации в процессе, температура кипения повышается, уменьшается теплопроводность, теплоемкость раствора и увеличивается его вязкость. Падает температуропроводность, что в целом ухудшает условия теплопередачи и коэффициент теплоотдачи по мере сгущения уменьшается.

Если к моменту времени раствор доведен до концентрации пересыщения, то начинается выпадение и рост массового содержания кристаллов в растворе. Концентрация пересыщения является границей двух областей: 1 -области ненасыщенных растворов и 2 - области пересыщенных, кристаллизующихся растворов.

В области кристаллизирующихся растворов кривая содержания сухих веществ расслаивается: верхняя кривая относится ко всей массе, включающей кристаллы; нижняя даст концентрацию сухих веществ СВ_м в маточном (межкристалльном) растворе. Так же распадается на две кривые общая кривая вязкости: верхняя показывает эффективную вязкость всей суспензии, нижняя — вязкость маточного раствора.

Процесс выпаривания можно проводить под атмосферным и избыточным давлением или под вакуумом.

При выпаривании под атмосферным давлением вторичный пар отводят в атмосферу. Этот способ является наиболее простым, но не экономичным в тепловом отношении.

При выпаривании под избыточным давлением вторичный пар имеет высокую температуру и его часто используют для нагревания различных теплообменных аппаратов. В этом случае эффективность выпарной установки повышается, но приводит к увеличению затрат на проведение процесса. К тому же многие продукты не выдерживают высоких температур, поэтому применение данного способа ограничено.

При выпаривании под вакуумом температура кипения раствора снижается, что позволяет использовать для нагревания раствора пар низкого давления. Применение вакуум-выпарных аппаратов позволяет также уменьшить поверхность теплообмена и габариты аппарата, т.к. уменьшаются потери тепла и увеличивается полезная разность температур.

Методы выпаривания.

Выпаривание может осуществляться в одном аппарате (однокорпусная выпарная остановка), либо в ряде последовательно соединенных аппаратах (многокорпусная установка).

В однокорпусных выпарных установках тепло греющего пара используется однократно, а вторичный пар обычно не используется.

В многокорпусных установках вторичный пар предыдущего корпуса используется в качестве греющего пара для последующего корпуса, в котором раствор кипит при более низком давлении.

В многокорпусных установках вторичный пар предыдущего корпуса используется в качестве греющего пара для последующего корпуса, в котором раствор кипит при более низком давлении.

Различают также выпарные аппараты периодического и непрерывного действия.