Physics | Thermodynamics » Dr. Ortutay Miklós - Bepárlás

BEPÁRLÁS (írta: Dr Ortutay Miklós) Az oldatok forrpontja magasabb, mint a tiszta oldószer forrpontja. A forrpont növekedés az oldat koncentrációjával növekszik. Az oldat forrpontja: ts = tp + β tp páratéri h mérséklet elnevezéssel nevével ellentétben nem a tényleges páratéri h mérsékletet illetik (ami természetesen azonos a forró folyadék h mérsékletével), hanem a páratérben lév g z adott nyomáshoz tartozó kondenzációs h mérsékletét. β : a koncentráció okozta forrpontnövekedés A forrpontnövekedést a gyakorlatban mérési eredmények alapján veszik figyelembe. Ha ismert egy adott koncentrációjú oldat forrpontja egy nyomáson, a Babo szabály segítségével más nyomás esetén meghatározható az oldat forrpontja: t1 h mérsékletü oldat p1 g znyomásának és a t1 h mérséklethez tartozó oldószer g znyomásának pw1 aránya állandó A szabály tömény oldatoknál nem alkalmazható. Dühring szabály: adott koncentrációjú

oldathoz tartozó forrpontok a víz forrpontjának függvényében egy egyenesen vannak: t s 2 − t s 1 oldat forrpont különbség = t s 2 − t s1 tiszta oldószer forrpont különbség Az ábrán egy bepárló test látható. A bepárlóba kerül , s rítend oldat melegítését, forralását a köpenytérbe vezetett g z kondenzációjával érik el. A bepárló alsó tere a létér, a fels tere a páratér. A cseppelragadás meggátlására a bepárló tetejére cseppfogó került beépítésre. Anyagmérleg: L1 = L2 + W Energiamérleg: Q + L1 i1 = L2 i2 + W iw Q = L2 ( i2 -i1 ) +W ( iw - i1 ) A f téssel (kondenzáció a köpenytérben) átadott energia a veszteséget is fedezi: G ( ig - ik ) = Q + Qveszt A veszteség a szükséges energia 5-10%-a : Qveszt = a Q A bepárló g zfogyasztása: Q(1 + a ) (1 + a )[L 2 (i 2 − i1 ) + W (i w − i k )] G= = ig − ik ig − i k A fajlagos g zfogyasztás a bevezetett f t g z és a termelt párag z aránya: Gfajl = G/W A fajlagos

páratermelés megmutatja, hogy 1 kg f t g zzel hány kg párag z állítható el : Wfajl = W/G = 1/Gfajl A bepárláshoz szükséges energia csökkentése párakompresszoros bepárlóval, h szivattyú alkalmazásával. Az egytestes bepárló páráját komprimálva, a g z ugyanabban a bepárlóban f t g zként használható. A kondenzátum az oldat el melegítésére használható fel. A komprimálást mechanikusan vagy g zinjektorral hajtják végre. A kompresszor védelme érdekében tökéletes cseppleválasztást kell megvalósítani, hogy az esetleges folyadékcseppek elpárolgása után maradó szilárd szennyez dés ne legyen zavar forrása. Jól alkalmazható gyümölcslevek alacsony h mérsékleten történ bes rítésére. Többtestes bepárlás Bepárlókat összekapcsolva az elpárologtatott oldószer egy másik testben f tésre (forralásra) felhasználható és ily módon csökkenthet a g zszükséglet. Egy egyenáramú bepárlótelep elvi kapcsolási vázlata: Az

I. testb l távozó 1’’ pára a II testbe bevezetett x1 koncentrációjú oldat forralására csak akkor alkalmazható ha az oldat forrpontja kisebb mint a f t térbe vezetett g z kondenzációs h mérséklete. Ezért a sorba kötött bepárló testek páratéri nyomását csökkenteni kell: pI > pII > pIII > pIV Egy kétfokozatú bepárló telep h mérséklet és nyomásviszonyai láthatók az ábrán: Az I. testben lév páratéri nyomás p1 A forrásban lév anyag h mérséklete a tiszta oldószer forrpontjánál a koncentráció okozta forrpontemelkedéssel és a bepárló testben lév folyadék felszín és közepes magassága közötti távolságból meghatározható hidrosztatikai forrpontemelkedéssel nagyobb. A tk kondenzációs h mérséklet és az oldat forrpontja közötti h mérséklet különbség a h átvitel hajtóereje. A bepárlóból távozó g záram kerül a következ fokozat f t terébe. A g zvezeték nyomásesése miatt h mérsékletcsökkenés

következik be. Mivel az egymást követ bepárlótestekben az oldat koncentrációja n miközben h mérséklete csökken a forralási h átadási tényez az anyagi tulajdonságok kedvez tlen változása (viszkozitás jelent sen n ) miatt csökken. Egy háromfokozatú egyenáramú bepárlótelep anyagmérlege a következ ábrán látható: xbe x1 x2 x3 Az oldat összetételét tömegkoncentrációval (x) vagy tömegtörttel (X) is megadhatjuk: S kg oldott anyag x= = L kg oldat L −S kg oldószer X= = S kg oldott anyag Bepárlás alatt az oldatban lév szárazanyag (oldott anyag) mennyiség nem változik, hiszen csak az oldószer kerül elpárologtatásra. Anyagmérleg az 1 testre: W1 = L0 - L1 = S(X0 - X1) = L0 - (X0/X1)L0 = L0 ( 1 -X0/X1) Az els testbe be- és kilép oldat szárazanyag-tartalma ugyanis állandó: S = x0 L0 = x1 L1 A h átadási viszonyok kedvez bbek ellenáramú kapcsolás esetén: A bes rítend oldatot egyre nagyobb nyomású terekbe kell vezetni, ezért

szivattyúk alkalmazása szükséges. A végtermék h mérséklete a legmagasabb, hiszen az I fokozat f tése történik friss g zzel. Nem alkalmazható olyan oldatoknál amelyek nagy koncentrációban h mérséklet érzékenyek. H cserél felület A gyártási költség azonos kialakítás, azonos f t felület esetén csökkenthet . Q1 Q2 F= = k 1∆t 1 k 2 ∆t 2 ∆t 1 / ∆t 2 = Mivel Q1 Q 2 / k1 k 2 ∆t 2 = ∆t − ∆t 1 ∆t 1 = ∆t 2 Q1 / k 1 Q /k = (∆t − ∆t 1 ) 1 1 Q2 / k 2 Q2 / k 2 Átalakítva ∆t 1 = ∆t Q1 / k 1 Q1 / k1 + Q 2 / k 2 Általános esetben ∆t i = ∆t Qi / k i n Qi / k i i =1 Feltételként fogalmazható meg az adott bepárló telep üzemeltetéséhez szükséges f t felületek minimuma. Két testb l álló bepárlótelep esetén: F = F1 +F2 Q1 Q2 F= + k 1∆t 1 k 2 (∆t − ∆t 1 ) Az összes f t felület minimális értéke a függvény - F=f(∆t1) - minimumaként meghatározható: dF Q Q2 =− 12 + 2 = 0 d∆t 1 k 1∆t 1 k 2

(∆t − ∆t 1 ) Innen: ∆t 1 = ∆t 2 Az els hányada: Q1 k1 Q2 k2 test hasznos h mérsékletkülönbségének és teljes (elvileg felosztható) hajtóer ∆t 2 Q1 / k 1 / Q 2 / k 2 Q1 / k 1 ∆t 1 ∆t = 1 = = ∆t 1 + ∆t 2 ∆t Q1 / k 1 + Q 2 / k 2 ∆t 2 Q1 / k 1 / Q 2 / k 2 + ∆t 2 Általánosítva: ∆t i = ∆t Q i / k i n Qi / k i i =1 F t felület minimumot csak különleges estben (pld. ha különlegesen drága szerkezet anyagból készülnek a testek) alkalmaznak. Bepárlótestek száma Tapasztalati adatok alapján a fajlagos g zfogyasztás és a bepárló testek száma közötti összefüggés látható a táblázatban: Testek száma 1 2 3 4 5 Fajlagos g zfogyasztás 1,1 0,57 0,4 0,3 0,27 Látható, hogy a bepárló testek számának növekedésével a f t g z megtakarítás mértéke csökken. A gyakorlatban 3-4 testb l álló telepeket alkalmaznak, mert több test estén az energiaköltségben jelentkez megtakarítás nem kompenzálja a beruházási

igényt. Állami támogatással m köd , tengervízb l édesvizet el állító üzemben 10 testes bepárlótelepek is vannak. A bepárló telep készülékeinek számát korlátozza az is, hogy a megfelel h átvitel biztosításához a testekben a f t g z kondenzációs h mérséklete és az oldat forrpontja között természetes cirkulációval m köd bepárló esetén minimum 5-7 0C, kényszercirkulációs bepárló esetén legalább 3 0C h mérséklet különbséget kell biztosítani. H cserél telep esetén a teljes hasznos h mérsékletkülönbség: ∆t = T1 − Tkond − β ahol T1 a friss g z telítési h mérséklete, Tkond az utolsó testb l távozó (rendszerint kondenzátorba vezetett ) g z kondenzációs h mérséklete, β az összes test forrpontemelkedéseinek összege Több testes bepárlótelep méretezési lépései: 1. Az összes elpárologtatandó vízmennyiség meghatározása a kezdeti és végkoncentráció valamint a bes rítend anyagmennyiség ismeretében.

A vízmennyiség önkényes, egyenletes felosztása a testek között. 2. Anyagmérlegek segítségével a testekb l távozó oldat koncentrációk meghatározása 3. A teljes nyomásesés (a friss g z nyomása (p1) és a kondenzátor nyomása (pkond) közötti különbség) elosztása a testek között. (p1 - pkond = ∆p = ∆pö/n) 4. A bepárlók páratéri nyomásának közelít értékének meghatározása (pld pg1 = p1 - ∆p) 5. A testek h mérséklet-veszteségének, a forrpontemelkedéseknek meghatározása 6. A hasznos h mérséklet-különbségek egyenletes elosztása a testek között (ha a h mérsékletkülönbség túl kicsi, csökkenteni kell a testek számát és a 2. ponttól újra kezdeni kell a számítást. 7. Közelít k értékek meghatározása az ismert Q h terhelések és hajtóer k ismeretében A hajtóer ket azonos f t felületre törekedve kell felosztani. 8. A bepárlókban lév oldatok forrpontjainak meghatározása 9. H mérlegekb l a testekben

elpárologtatott oldószer mennyiségek meghatározása, a bepárlótestek h átviteli teljesítményének meghatározása. 10.A h átviteli tényez k meghatározása 11.A f t felületek meghatározása ( Ha a felületek eltérnek egymástól új elpárologtatandó értékeket kell felvenni és a számítást meg kell ismételni.) Vogelbusch bepárló a - páratér és létér; b-,c-,d - léterek; e - f t g zcsonk; f - terel lemez; g - forrcs ; h kondenzcsonk; i - légtelenít ; k - habszelep; k1 - cseppfogó; l - lévezeték; n - friss lé; o f t köpeny; p - tömény lé; r - páracsonk; s - tisztítónyílás; Es áramú filmbepárlók 1.híg oldat betáplálás; 2f t g z bevezetés; 3kondenzcsonk; 5páracsonk; 6s r oldat elvezetése; Egyenáramú es filmes bepárlónál (b) a forrcsövekben az oldat és a g z iránya megegyezik, felülr l lefele halad. Az ellenáramú bepárlónál (a) a forrcsövekben a párag z az oldattal ellenkez irányba halad. A készülék jól m

ködik, ha a csövek között egyenletes a folyadékelosztás és a csöveken belül egyenletes, összefügg a kialakult folyadékréteg. A cs hossz 1,5-5 m. Kever s fimbepárlók 1.bepárló test; 2f t köpeny; 3folyadék kilépés; 4elosztó (cseppfogó) tálca; 5lapát; 6.tengely; 7kilép csonk; 8páracsonk H érzékeny anyagok bepárlására alkalmazzák. A lecsurgó folyadék hártya vastagsága (néhány tized mm) állítható. LUWA SAMBAY a - g ztér, b - f t köpeny, c - forgástengely, d - lapát, e - folyadékfilm f - készülékfal Kényszercirkulációs bepárlókészülék: A forralócsövekben lerakódás megakadályozására kristályosodó oldat esetén legalább 2-3 m/s cirkulációs sebesség szükséges. A csövekb l kilép , páratérbe kerül oldat a páratéri nyomáshoz tartozó forrpontnál kb. 2-6 0 C-al lehet csak nagyobb, hogy a g z-folyadék rendszer szétválasztása megoldható legyen. BUFLOVAK bepárló