Evaporarea cu evaporatoare. dimensionarea termică și geometrică

Evaporarea este operatia de concentrare a unor solutii care contin substante nevolatile dizolvate in solventi volatili, prin vaporizarea unei parti din solvent din solutia adusa la fierbere. Uneori evaporarea realizeaza indepartarea completa a solventului in vederea obtinerii componentelor nevolatile in stare solida, sau de topitura. Un astfel de exemplu este obtinerea hidroxidului de sodiu sub forma de topitura, prin concentrarea solutiilor obtinute prin electroliza. Caracteristic in evaporare este faptul ca vaporii rezultati la fierberea solutiei sunt formatii numai din solventul (solventii) volatil.

Intensitatea evaporarii se caracterizeaza printr-o marime denumita capacitatea de evaporare, m, care reprezinta cantitatea de dizolvant, W, evaporata in unitatea de timp, raportata la unitatea de suprafata de incalzire al evaporatorului.

Valoarea capacitatii de evaporare depinde de o serie de factori dintre care mai importanti sunt:

a). Concentratia solutiei. Cu cat concentratia este mai mare, vascozitatea ei este mai ridicata si transferul de caldura se face mai greu, ceea ce determina scaderea capacitatii de evaporare;

b). Viteza de circulatie a solutiei, influenteaza semnificativ intensitatea transferului de caldura si implicit valoarea capacitatii de evaporare;

c). Potentialul termic. Cu cat potentialul este mai mare cu atat capacitatea de evaporare este mai mare. Potentialul termic poate fi marit fie prin cresterea temperaturii agentului termic fie prin scaderea presiunii in spatiul de vaporizare, ceea ce determina scaderea temperaturii de fierbere a solutiei;

d). Depunerile de cruste pe suprafata de incalzire a evaporatorului influenteaza negativ transferul de caldura si, implicit, valoarea capacitatii de evaporare;

e). Presiunea din spatiul de fierbere a solutiei determina temperatura de fierbere si, implicit, vascozitatea solutiei care la randul ei influenteaza transferul de caldura;

f). Raportul dintre suprafata de transfer de caldura si volumul solutiei din evaporator. Cu cresterea acestui raport creste si capacitatea de evaporare;

g). Spumarea solutiei, este un fenomen ce trebuie diminuat sau chiar evitat, deoarece spuma poate fi antrenata de vapori in afara evaporatorului, ceea ce determina pierderea unei parti din solutie.

Metode de evaporare

In majoritatea cazurilor solutia concentrata obtinuta prin evaporarea partiala a solventului formeaza produsul principal iar vaporii solventului formeaza produsul secundar. Daca solventul solutiei este apa (situatie frecvent intalnita), aburul format prin fierberea solutiei se poate utiliza ca agent termic in alte instalatii sau in instalatia de evaporare din care acestia rezulta. Pentru aducerea la fierbere a solutiei din evaporator se foloseste un agent termic care, de obicei, este aburul si care, in evaporare, este denumit abur primar, pentru al deosebi de aburul care rezulta prin evaporarea solutiei, denumit abur secundar.

Dupa modul in care se utilizeaza aburul secundar pentru evaporare se deosebesc trei metode de evaporare:

-evaporarea simpla;

-evaporarea cu pompa de caldura;

-evaporarea cu efect multiplu. .

Evaporarea simlpa

In aceasta metoda vaporii secundari rezultati la evaporator sunt trecuti la un condensator de amestec pentru a se crea vid in spatiul de fierbere ori sunt utilizati in alte instalatii de incalzire sau chiar evacuati in atmosfera. Principalul dezavantaj al acestei metode de evaporare este neutilizarea caldurii vaporilor secundari pentru operatia de evaporare. Din acest motiv metoda este recomandata pentru cantitati mici de solutie.

Cel mai simplu evaporator care se utilizeaza si in evaporarea simpla este evaporatorul cu tevi scurte cu circulatia naturala a solutiei, denumit si evaporatorul Robert .

Acest evaporator este alcatuit dintr-o camera de incalzire, formata dintr-un fascicol de tevi prins intre doua placi tubulare, si o camera de fierbere formata dintr-o virola cilindrica prevazuta cu racorduri pentru alimentarea cu solutie diluata si pentru evacuarea vaporilor secundari. Tevile au lungimea cuprinsa intre 0,7-2,5 m si diametrul intre 30-50 mm, cu exceptia tubului central al carui diametru este intre 200-800 mm. Solutia concentrata este evacuata printr-un racord din capacul inferior al evaporatorului. Solutie diluata solutie concentrata abur primar abur secundar condens

Datorita volumului mai mic al solutiei din tevile fascicolului solutia se incalzeste mai repede in tevi decat in tubul central. In tevi solutia fierbe si formeaza un amestec solutie-vapori a carui densitate este mai mica decat densitatea solutiei din tubul central. Aceasta diferenta de densitate determina o circulatie naturala a solutiei in evaporator .