Способ выпаривания водных растворов

Способ выпаривания водных растворов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

кая, ентно-те;,;

Hwj

ОПИСАНИЙ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

«»778734

Ф г

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, сеид-ву— (22) ЗаЯвлено 2 1277 (2! ) 2560648/23-26 (51) М

3 с присоединением заявки №

В 01 0 1/00

8 01 0 1/12

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 15.1180. Бюллетень ¹ 42

Дата опубликованию описания 15.1180 (5Ç) УА< 66. 048. .541(088.8) (72) Авторы изобретения

О. Г. Ершов и С. В. Рудаков

Ивановский энергетический институт им. В. И. Ленина (71) Заявитель (54) СПОСОБ ВЫПАРИВАНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ

Изобретение относится к химической, целлюлозно-бумажной, пищевой и другим отраслям проьышленности, где имеет место упариванне растворов, и может быть использовано для организации процесса выпаривания растворов как в отдельных аппаратах, так и на многокорпусных выпарных станциях.

Известен способ выделения растворителя иэ раствора, заключающийся в том, что в нагреваеьый раствор вводят струю атмосферного воздуха, образукщую пузырьки. Эти пузырьки служат искусственными центрами парообразования. Образование пузырьков при- 15 водит к увеличению скорости потока и его турбулизации, а также к снижению плотности раствора и увеличению полезного температурного перепада. Способ позволяет увеличить теплопереда- 26 чу и производительность (1) .

Введение в раствор рабочего тела воздуха, требует определенных затрат.

Возникает необходимость в удалении воздуха из вторичного пара для использования последнего. При упаривании под вакуумом требуются затраты энергии на удаление воздуха иэ конденсатора выпарного аппарата или выпарной станции. 30

Известен способ выпаривания водных растворов в аппаратах с трубчатой поверхностью нагрева, включающий нагревание раствора н одновременное введение в него рабочего тела в виде пузырьков газа, которые выделяются из раствора путем электролиза последнего. Для чего под нижней трубкой решеткой греющей камеры помещают два электрода, причем плотность тока составляет 0,4-0,6 А/см ° При.отсутствии движения жидкости размеры пузырьков равны 0,0133-0,0215 см, а при движении жидкости размеры пузырьков значительно уменьшаются. В известном способе размеры образующихся пузырьков можно изменять, регулируя силу тока, а пузырьки газа равномерно распределять по трубкам греющей камеры.

Незначительное содержание газа во вторичном паре позволяет использовать его для других технологических нужд (2 .

Однако известный способ обеспечивается эа счет значительного расхода электроэнергии. Теплообмен интенсифицируется лишь эа счет испарения жидкости, окружающей пузырьки, внутрь их. Образованные пузырьки в основном будут двигаться в центре кипятильных

778734 труб, не оказывая влияния на толщину пограничного слоя, а следовательно на теплоотдачч.

Цель изобретения — повышение экономичности выпаривания эа счет снижения расхода электроэнергии и интенсификации процесса кипения.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе выпаривания водных растворов в аппаратах с трубчатой поверхностью нагрева, который включает нагревание раствора и одновременное введение в него рабочего тела в виде пузырьков газа, выделяемого иэ раствора путем электролиза; электролиз ведут при наложении на поверхность нагрева электрического потенциала (-0,,8) - (-2,2) В и при плотности тока 0,01 — 0,05 A/ñì .

Наложение потенциала на поверхность нагрева приводит к образованию на ней пузырьков газообразного водорода, которые, всплывая, увлекают за собой раствор, снижают его плотность, увеличивая скорость циркуляции и теплоотдачу. Уменьшение плотности раствора достигается по всей высоте греющей камеры, чтоувеличивает эжекцию раствора. Поляризация поверхности нагрева в отличие от других способов и образование газа на ней приводит к уменьшению толщины пограничного слоя у теплопередающей поверхности, снижению поверхностного натяжения пограничного слоя, а„следовательно, к интенсификации теплоотдачи. К тому же газовые пузырьки, образующиеся на поверхности нагрева, служат дополнительными центрами парообразования, облегчая зарождение, рост и отрыв паровых пузырьков. В процессе отрыва и движения газовых пузырьков в них также происходит испарение растворителя. Для осуществления способа требуется плотность тока поляризации от 0 01 до 0 05 A/см, т. е." на порядок меньше, чем в известном.

Сйижение энергозатрат обусловлейо наложением потенциала на поверхность нагрева, что приводит к появлению факторов, интенсифицирующих теп-" лоотдачу — снижению поверхностного натяжения раствора и толщины йогранич ного слоя, а также облегчение условий вскипания и кипения раствора

На фиг. 1 изображен выпарной аппарат для осуществления предлагаемого способар на фиг. 2 - график зависимости количества выделяемого газа от теплового потока для воды и водного раствора хлористого калия.

Выпарной аппарат для осуществле ния предлагаемого способа содержит сепаратор 1-, греющую камеру 2, трубу вскипания 3, циркуляционную трубу 4, конденсатор 5. Для наложения потен==Т5Ила йрйменено"йо2ейциостатйческое устройство 6, подключенное рабочим электродом 7 к трубам 8 греющей камеры 2 и вспомогательным электродом 9 к трубе вскипания 3, изолированной от греющей камеры. Для контроля величины потенциала используют электрод

10 и регистрирующий прибор 11.

При осуществлении способа в выпарном аппарате в результате наложения потенциала, величина которого находится в указанных пределах, на поверхности греющей камеры 2 выпарного аппарата происходит образование газа, что приводит к уменьшению плотности раствора в трубах 8 и органиэации циркуляции раствора из греющей камеры в циркуляционную трубу 4 через трубу вскипания 3 и сепа1» ратор 1. В сепараторе 1 происходит отделение жидкости (упариваемого ра.. створа) от паровой фазы. Паровая фаза поступает в конденсатор 5, где происходит ее конденсация и оттяжка

Щ неконденсирующихся газов. При упаривании растворов в многокорпусной установке паровая фаза поступает на обогрев следующего корпуса, в котором имеется устройство для удаления неконденсирующихся газов. Напряжение, необходимое" для поляризации поверхности нагрева, подается на рабочий

7 -и вспомогательный 9 электроды с потенциостатического устройства 6. Электрод 10 размещен в одной из труб греющей камеры со стороны упариваемого раствора. Напряжение между ним и рабочим электродом дает величину потенциала рабочей поверхности и регистрируется прибором 11.

Обоснованием эффективности проведения процесса при электрическом потенциале (-0,8) -(-2,2) В являются экспериментальные данные, представленные на графике (фиг. 2), где по

40 оси абцисс отложен тепловой поток, проходящий через поверхность нагрева, а по оси ординат-количество газа (водорода), выделяющегося с

1 см поверхности нагрева в 1 мм

2. за 1 ч работы в заданном режиме.

Эксперимент проведен с чистым растворителем — дистиллированной водой и 20Ъ раствором хлористого калия при атмосферном давлении. Поверхность нагрева установки была выполнена иэ нержавеющей стали марки Х18Н10Т. Для наложения потенциала применен потенциостат П-5827М.

Величина потенциала поверхности изменялась ступенями от естественного до величины, при которой не наблюдалось влияние теплового потока на выделение газа.

Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы.

Щ Как в чистом растворителе, так и в растворе в области потенциалов от естественного до У=(-0,8) В зависимости количества выделяемого газа от теплового потока для воды и водного

g5 раствора хлористого калия одинаковые

778734 (. ф . 2). в пределах точности эксперимента " максимальное коли см. фиг. 2). личество газа за

csex рмической диссоциации, обусНачиная с потенциала равного

Р лавливая наименьший ь и расход внешней (-0,8)В, на механизм выделения газа электроэнергии. с помощью термической диссоциации Осуществление предлагаемого спонакладывается механизм электролити- соба связано только

-5 ко с затратами элек-. ческой диссоциации молекул раствори- троэнергии на поляр поляризацию поверх. ости теля 3а счет внешнего электрическо- нагрева. Образование газа осущестго поля. В этом случае количество ио- вляется из самого растворителя, . котооб нов резко увеличивается, одновременно рый при упаривании необходимо легчаются условия отрыва электройов . Потребное количе т ходимо удалять. !

О личество газа в предс поверхности нагрева. Все это приво- пагаемом способе ме е меньше, чем в известдит к увеличению количества образую- ных, поскольку выделение газа в растт щего газа — водорода — на поверхнос""-" * " вор "идет со всей поверхности нагр— и нагрева, что резко снижает плот- ва. Следовательно, и удаление газа

- * =" еность раствора, его вязкость и по- в конденсаторе потребует значитель верхностное натяжение. !5 но меньше энергии, чем в известПри дальнейшем смещении потен- ных способах. циала поверхности в отрицательную" "сто= Применение способа выпаривания рону при одновременном увеличении на- позволяет увеличить производительпря;кенности внешнего электрйческб2б = ""ноСть* выйарного аппарата íà 2009 поля количество образующегося газа Щ при минимальных затратах электроэнеррезко увеличивается,в то же время па- гйи на" поляризацию. дает его зависимость от теплового Потока.По условиям технологии упарива- Формула изобретения ния растворов не допускается разложение рабочей среды. Поэтому верхний Способ выпаривания водных раствопредел наложения потенциала"на поверх- ров в аппаратах с трубчатой поверхность нагрева для растворов солей ностью нагрева, включающий нагревание должен быть принят равным (-2,2)В, что раствора и одновременное введение в соответствует потенциалу разложения него рабочего тела в виде пузырьков раствора ° Однако в этом случае выде- газа, выделяемого из раствора путем ление газа осуществляется только за электролиза,отличающийся счет напряженности внешнего электри- тем, что, с целью повышения его экоческого поля, а это приводит к значи- номичности за C åò-снижения расхотельным энергозатратам. Следователь-. да электроэнергии и интенсификации но, ширина области потенциостатирова- процесса кипения электролиз ведут

1 ния составляет от (-0,8) до (-2,,2)В при наложении на поверхность нагре(ло вс;;ородной шкале), что соответст- ва электрического потенциала (-0,8)вует необходимому количеству выделяе- (-2,2)В и при плотности тока 0,01 мого газа для интенсификации тел- 0,05 A/cM лообмена. Источники информации, Наивыгоднейший режим потенциоста- gp принятые во внимание при экспертизе тирования поверхности нагрева для 1. Авторское свидетельство СССР растворов с точки зрения экономи- 9 176505, кл. В 63 J 1/00, 0 1135 ческих показателей осуществляется - - --"=: — 2. Авторское свидетельство СССР при потенциале поверхности, равном по заявке Р 1994148/26, (-1,3) В (фиг. 2) ° Здесь выделяется кл. В 01 0 1/00,, 1.02.74.

f 778734

Ненон9ансирующиссд

Фиг.1

1РЭ

-1И

-УИ . N б ввстВсннни юенцицд

М4_#_l вада

НИИПИ Эаказ 7885/1 Тираж 809 Полписиое

«««««««»ч»»««а «»«««««««««

Филиал ППП Патент", г. Ужгоррд, ул. Проектная.4