INSTALATII DE VAPORIZAREDefiniie: Vaporizatoarele sunt instalaii termice n care se realizeaz concentrarea soluiilor prin fierbere (vaporizare).Domenii de utilizare: central electrice, industria uoar, alimentar, farmaceutic, chimic, metalurgic neferoas.Simolizare:

Proprietile soluiilor binare: Solvent (dizolvant) = lichidul utilizat pentru dizolvarea solidului, iar n cazul a dou lichide, lichidul cu concentraia cea mai ridicat; Solvit (dizolvat) = cealalt component.Concentraia unei soluii = raportul ntre masa sau debitul de solvit i masa total de soluie brut:In chimia substanelor se folosete noiunea de fracie molar:

Temperatura de fierbere a soluiei este mai mare ca temperatura de fierbere a solventului pur, depinznd de proprietile fizico-chimice ale substanei dizolvate, de presiunea de lucru i de concentraia amestecului.Creterea ebulioscopic de temperatur:Legea lui Babo: raportul dintre presiunea de fierbere a soluiei i presiunea de fierbere a solventului pur, la temperatura de fierbere a soluiei este constant.Legea lui Tiscenco:

Dup presiunea de vaporizare (de lucru): atmosferice; sub presiune; sub vid. Clasificarea instalaiilor de vaporizare:Dup modul de funcionare: continu; periodic. Dup natura agentului nclzitor: nclzire cu abur; nclzire cu gaze de ardere; nclzire cu ageni lichizi (ulei, ap); nclzire electric. Dup modul de circulaie a soluiei: natural; forat. Dup modul de nclzire: direct; indirect.

Dup modul de utilizare a cldurii admise n proces de ag. de nclzire: cu circulaie simpl (ntr-o singur treapt); cu circulaie multipl (n mai multe trepte). Dup criteriul constructiv:- dup poziia suprafeei de nclzire: vertical; orizontal; nclinat.- dup amplasarea camerei de vaporizare: interioar; exterioara.- dup configuraia suprafeei de nclzire: cu cma; inelar; spiral; tubular; cu nervuri. Dup numrul de corpuri de vaporizare: cu un singur corp; cu mai multe corpuri.

Instalaiile de vaporizare n mai multe corpuri se pot clasifica dup mai multe criterii:Dup presiunea aburului secundar din ultima treapt:cu vid;cu contrapresiune;cu vid nrutit. Dup modul de alimentare cu abur primar:obinuite;cu corp zero;cu corp suplimentar. Dup schema de deplasare relativ a vaporilor nclzitori i a soluiei de vaporizat:n echicurent;n contracurent;n paralel;n curent mixt.

Clasificarea instalaiilor de vaporizare dup modul de alimentare cu abur primar: a fr corp zero; b cu un corp zero; c cu corpuri suplimentare.

Clasificarea instalaiilor de vaporizare dup schema de deplasare relativ a vaporilor nclzitori i a soluiei vaporizate a echicurent; b contracurent

Clasificarea instalaiilor de vaporizare dup schema de deplasare relativ a vaporilor nclzitori i a soluiei vaporizate c n paralel; d n curent mixt

Tipuri constructive de vaporizatoare 1. Vaporizator cu camer de nclzire cu dou plci tubulare independente 2. Vaporizator cu camer de nclzire separat fr recircularea soluiei

Tipuri constructive de vaporizatoare 3. Vaporizator cu camer de nclzire suspendat n interiorul vaporizatorului 4. Vaporizator cu camer de nclzire nclinat i separat fa de corpul vaporizatorului

Tipuri constructive de vaporizatoare 5. Vaporizator cu suprafa de nclzire orizontal i camer interioar 6. Vaporizator vertical cu camer de nclzire orizontal

Tipuri constructive de vaporizatoare 7. Vaporizator cu camer de nclzire exterioar 8. Vaporizator cu camer de nclzire exterioar i evi n form de U

Bilanul material al unei instalaii de vaporizareEcuaia de baz: Cantitatea de ap vaporizat dintr-un kg de soluie cu concentraia iniial: Pentru primul corp: Generaliznd:

Bilanul termic al unei instalaii de vaporizareCantitatea de cldur necesar vaporizrii (concentrrii) soluiei: Creterea hidrostatic de temperatur: t1 = temperatura vaporilor de solvent din spaiul de vapori la presiunea p1 indicat de manometrul montat n spaiul de vapori;t2 = temperatura de fierbere la presiunea , n care densitatea este calculat ca valoare merdie ntre densitatea soluiei la intrare i cea de la ieire. Scderea hidrodinamic de temperatur :t1 = temperatura vaporilor n camera de vapori, la presiunea p1, iar t1 = temperatura vaporilor la ieierea din conducta de vapori la

Bilanul termic al corpului nal unei instalaii de vaporizareIntrari:Iesiri:

Cldura specific a soluiei: - pentru soluii apoase:

Dn= coeficientul pierderilor de cldur n mediul ambiant (analogia cu r); uzual n (0,950,98); a = coeficient de vaporizare (cantitatea de ap vaporizat de 1kg de abur primar); uzual a(0,920,99). = coeficient de autovaporizare; poate avea valori negative, pozitive sau egale cu zero, dup cum temperatura cu care intr soluia n aparat este mai mic, mai mare sau egal cu temperatura de fierbere n aparat; uzual (0,01 0,1) Observaie: Dac n = 1; n = 0; n = 1 Wn = Dn

Instalaia de vaporizare cu 3 corpuri Ipoteze: = 1; = 0; = 1 W1 = D1W2 = D1 E1Pentru n corpuri: Instalaii cu vid : Dc = Wn Instalaii cu vid nrutit: Dc = Wn En

W3 = D1 E1 E2W = W1 + W2 + W3 = 3 D1 2 E1 E2

Instalaia de vaporizare cu corp 0 W0 = D0W1 = D0 (E0 R)W2 = D0 - (E0 R) - E1W3 = D0 - (E0 R) - E1- E2W4 = D0 - (E0 R) - E1- E2 E3

W = W0+W1 + W2 +W4= W3 + W4 = 5 D0 4 ( E0 R) 3 E1 2 E2 E3Dab = D0 + R

Instalaia de vaporizare cu corp suplimentar W1 = D1W2 = D1 - E1WS = WSW = W1 + W2 + WS = 2 D1 + WS - E1

Imprirea diferenei active de temperatur ntre corpurile instalaiei de vaporizare Considerente ce trebuie avute n vedere: realizarea unor anumite temperaturi ale vaporilor secundari; respectarea cerinelor regimului tehnologic la vaporizare, pentru a evita variaii n calitatea produsului; repartizaea ct mai raional i eficient a diferenei utile (disponibile) de temperatur ntre corpurile instalaiei. Diferena activ de temperatur: Condiii: suprafa total minim de transfer de cldur; suprafa egal a tuturor corpurilor; suprafae egale ale corpurilor i realizarea simultan a suprafeei totale minime.

Suprafa total minim de transfer de cldur Se consider dou corpuri i i j: Generaliznd:

b) Suprafat egal a tuturor corpurilor (S1 = S2 = = Sn)

c) Suprafeele egale ale corpurilor i realizarea simultan a suprafeei totale minime

Alegerea schemei termice a instalaiilor de vaporizare n mai multe trepte:

Presiunea aburului secundar al ultimei trepte; Presiunea aburului primar; Numrul de trepte; Schema de alimentare cu soluie a instalaiei; Schema de prenclzire a soluiei nainte de vaporizare; Utilizarea cldurii cu potenial sczut rezultat din instalaie. Presiunea aburului secundar al ultimei trepte:

Dac nu sunt posibiliti de utilizare a aburului secundar: schema de vaporizare cu vid (aburul secundar din ultima treapt fiind condensat; pcd =0,1-0,2 bar)Dac sunt posibiliti de utilizare a aburului secundar: schema de vaporizare cu contrapresiune sau vid nrutit (presiunea aburului secundar din ultima treapt este funcie de parametrii agentului ce urmeaz a fi prenclzit)

Presiunea aburului primar:Presiunea impus se verific tPresiunea nu este impus se determin printr-un calcul tehnico-economicpab < 10-12 barDeterminarea numrului optim de trepte ale instalaiilor de vaporizare:

Calcul tehnico-economic

numrului de corpuri

Uzual: 3, 4 corpuriAlegerea sistemului de alimentare cu soluie:

Echicurent cea mai rspnditContracurent concentrarea soluiilor a cror vscozitate crete mult cu mrirea concentraieiParalel concentrare mic a soluiei soluii care cristalizeaz rapidMixt idem contracurent dar scade numrul pompelor de circulaie

Schema prenclzirii soluiei nainte de vaporizare:

Pentru micorarea debitului de abur primar necesar vaporizrii este oportun prenclzirea regenerativ a soluiei, nainte de intrarea n prima treapt de vaporizare, pn la o temperatur cu cteva grade mai mic ca temperatura sa de saturaie din primul corp.

Abur secundar din ultima treapt de vaporizare; pentru prenclzirea n continuare se recomand s se utilizeze condensatul aburului de nclzire Abur primar ntr-un schimbtor de cldur special Utilizarea cldurii de potenial cobort, disponibil n instalaie sau n cadrul gospodriei energetice a ntreprinderii.

ETAPELE CALCULULUI TERMIC AL INSTALAIILOR DE VAPORIZARE CU MAI MULTE CORPURICalculul termic de proiectare al unui vaporizator urmrete determinarea ariei suprafeei de transfer termic a aparatului. Acesta are la baz ecuaiile de bilan masic, bilan termic i transfer termic.

n cazul instalaiilor cu mai multe corpuri, calculul ariilor suprafeelor de nclzire ale corpurilor se face concomitent cu mprirea diferenei utile de temperatur pe corpurile instalaiei i cu determinarea debitelor de vapori de nclzire, precum i a debitelor de vapori secundari din fiecare corp. Ca i n cazul calculului unui singur vaporizator (instalaie cu un corp), calculul se face pe baza bilanurilor termice i masice i a ecuaiilor de transfer termic. Numrul mare de necunoscute conduce la un sistem de ecuaii algebrice cu un numr mare de ecuaii, care, de obicei, se rezolv iterativ.

Datele de intrare ale calculului de proiectare al instalaiilor cu mai multe corpuri sunt, de obicei:

numrul vaporizatoarelor n; schema circulaiei relative a vaporilor nclzitori i a soluiei; temperatura sau presiunea aburului primar (tab sau pab); temperatura sau presiunea n condensator (tc sau pc); debitul soluiei iniiale Gi; concentraia iniial a soluiei bi; concentraia final a soluiei bf = bn; temperatura iniial a soluiei ti;

Dac corpurile instalaiei au prize de vapori, este necesar i cunoaterea debitelor de vapori prelevai. n urma calculului termic se stabilesc:

debitul aburului primar Dab; debitele vaporilor secundari W1, W2, ...Wn; temperaturile vaporilor n primele n 1 vaporizatoare tv1, tv2, ..., tv,n-1; ariile suprafeelor de nclzire ale celor n vaporizatoare S1, S2, ... , Sn.

n general, se recomand urmtoarea succesiune a calculelor:

Calculul debitului total de ap vaporizat din ecuaia de bilan masic pe soluie. Alegerea debitelor de ap vaporizat n fiecare vaporizator, astfel nct suma lor s fie egal cu debitul total de ap vaporizat, calculat anterior. Calculul concentraiei soluiei dup fiecare din primele n 1 corpuri, din ecuaiile de bilan masic pe substana dizolvat. Stabilirea, prin calcul sau aproximri, a creterilor de temperatur pe fiecare corp i apoi determinarea diferenei utile de temperatur pe instalaie. mprirea diferenei utile de temperatur pe corpurile instalaiei i determinarea pentru fiecare corp a urmtoarelor temperaturi: temperatura de fierbere a soluiei, temperatura vaporilor formai prin vaporizarea soluiei, temperatura vaporilor de nclzire i temperatura condensatului. ntocmirea bilanurilor termice ale vaporizatoarelor. La aceste ecuaii se adaug ecuaia de bilan masic pe apa vaporizat i se rezolv sistemul de ecuaii format astfel; rezult debitul aburului primar i debitele vaporilor secundari. Calculul ariilor suprafeelor de transfer termic ale vaporizatoarelor din ecuaiile de transfer termic.

Dac valorile obinute ntr-o etap difer mult de cele alese ntr-o etap anterioar, calculul se reia cu noile valori; de exemplu, dac debitele vaporilor secundari obinute n etapa 6 nu sunt aproximativ egale cu cele alese n etapa 2, se reiau calculele ncepnd cu etapa 3.

Exploatarea instalaiilor de vaporizare:Pentru a realize un regim economic de exploatare este necesar s se ia urmtoarele msuri:

s se pstreze presiunea aburului primar constanta, variaiile permise fiind de 0,1 bar; s se pstreze distribuia de presiune i temperatur din proiect n toat instalaia; s se asigure ndeprtarea continu i eficient a condensatului din corpurile instalaiei; s se asigure alimentarea instalaiei cu soluie diluat prenclzit pn la o temperatur apropiat de temperatura de saturaie; s se pstre nivelul constant al soluiei n corpurile instalaiei; se vor nltura pierderile de soluie i agent termic prin neetaneiti; se va pstra ct mai cobort vidul la corpurile cu presiune mai mic dect cea atmosferic, n acest scop verificndu-se periodic instalaiile cu ejecie i pstrndu-se ct mai cobort temperatura apei de rcire a condensatoarelor; cel puin o dat pe schimb se vor ndeprta din camerele de nclzire aerul i alte gaze necondensabile, prin aerisiri; se va respecta graficul de curire a corpurilor i n caz de necesitate se vor efectua splri suplimentare pentru ndeprtarea depunerilor de sruri; se vor pstra n stare de funcionare i se vor verific periodic aparatele de msur i control i instalaia de automatizare.

*********************************