источником тепла является нагретый воздух или горяч, дымовые газы, приводимые в непосредственное соприкосновение с выпариваемой жидкостью. При нагревании паром выпарной аппарат снабжается паровой нагревательной камерой, имеющей форму двойного дна, змеевика, вертикальных, горизонтальных или перекрещивающихся трубок и пр. Одна сторона стенки нагревательной камеры соприкасается с греющим паром, другая сторона стенки омывается кипящим раствором. Расход тепла на В. при однократной утилизации теплоты греющего пара складывается из двух слагаемых: 1) количества тепла, необходимого для нагревания раствора, поступающего на выпаривание, до t\un., и 2) расхода тепла на парообразование, т. е. собственно на выпаривание. Первое слагаемое определяется по ф-ле:

= Scit - to) Cal, где S-количество раствора, поступающего на В., с-теплоемкость раствора, to-температура поступающего раствора, t-температура его кипения. Второе слагаемое q определяется по формуле:

= wli - Cjt) Cal, где W-количество выпариваемого растворителя, i-полное теплосодержание 1 кг паров, образующихся из растворителя при выпаривании, и Сх-его теплоемкость. Полный расход тепла Q, как сумма указанных слагаемых, определяется по ф-ле:

Q = Sc(t - to) + W(i - Cit). В промышленной технике чаще всего растворителем является вода, для которой Ci = l. Расход пара D на В. определяется по ф-ле:

D= = Sc + кг,

где Я-полная теплота греющего пара, а т-теплота конденсата. Для точного определения расхода пара на В. необходимо еще принять во внимание тепловые потери. Результаты расчетов, полученные по последней ф-ле с достаточной для технических целей точностью, показывают, что в условиях однократн. использования тепла для выпаривания 1 кг воды расходуется около 1 кг пара. Размеры поверхности нагрева F определяются по формуле:

где Q-количество тепла, проходящее через поверхность нагрева в 1 иншут -J.? (расход тепла),А;-коэфф. теплопередачи и &-разность температур греющего пара и кипящей жидкости. В некоторых химических производствах (сахарное, дубильно-экстрактное, каустич. соды, солеварение, опреснение морской воды) приходится выпаривать громадные ко-.ничества воды. В этих случаях В. сопря-

жено с большим расходом топлива на парообразование. Т. к. удаление в атмосферу больпшх количеств горячих паров привело бы к потере всего содержащегося в них тепла, то для В. в большом масштабе применяются аппараты с многократным использованием тепла, так назьш. многокорпусные выпарные аппараты. Такие аппараты расходуют значительно меньшее количество греющего пара по сравнению с однокорпусным аппаратом.

Современные многокорпусные аппараты д.пя В. больших масс жидкости имеют устройство, схематически изображенное на фиг. 1. В закрытый котел /, называемый первым корпусом и снабженный трубчатой обогревательной камерой А, по трубе ot поступает жидкий раствор, предназначенный для В. В нагревательную камеру по трубе bi поступает греющий пар, каковым обыкновенно является отработанный пар из паровой машины или турбины. В нагревательной камере пар, конденсируясь, отдает свою скрытую теплоту раствору, который закипает и дает вторичный пар более низкого давления,чем первоначальный греющий (первичный) пар. Конденсат, полученный из первичного пара в нагревательной камере А, по трубе CCi стекает в конденсационный горшок, откуда по мере накопления конденсацион. вода самотеком или насосом отводится в общий сборник; несконденсировавшийся пар из конденсационного горшка уходит по трубе didi. Сгущенный в первом корпусе до определенной концентрации раствор выходит из него по трубе а2 2 и поступает во второй корпус, имеющий устройство, одинаковое с первым. Из парового пространства Bi первого корпуса вторичный пар через сухопарник (ловушку) поступает в нагревательную камеру второго корпуса по трубе 6262; в эту же трубу по трубе didi входит и пар, не сконденси-

I Конденсационный гортн

Фиг. 1.

ровавшийся в конденсационном горшке первого корпуса; таким обр. вторичный пар из первого корпуса является греющим первичным паром для второго корпуса. Конденси-

руясь в нагревательной камере второго корпуса, этот пар поддерживает раствор во втором корпусе в состоянии кипения и дает некоторое количество вторичного пара еще более низкого давления. Из нагревательной камеры второго корпуса А конденсационные воды поступают во второй конденсационный горшок, раствор по трубе aa перетекает из второго корпуса в третий, а вторичный пар из парового пространства В 2 по трубе ЬзЬз поступает в нагревательную камеру третьего корпуса, и т. д. Число корпусов в нек-рых установках достигает десяти. Чаще применяются четырех- и пятикор-пусные аппараты. Необходимым условием передачи тепла в каждом корпусе является наличие нек-рой разности t° греющего пара и кипящего раствора, или, что то же, наличие разности давлений первичного и вторичного пара. Давлерше вторичного пара в первом корпусе д. б. больше, чем во втором, во втором-больше, чем в третьем, и т. д. Эта разность давлений в корпусах создается или при помощи избыточного давления в паровом пространстве первого корпуса, или при помощи разрежения в последнем корпусе, или же комбинацией обоих этих условий. При увеличении давления в первом корпусе соответственно повышается и #°к п. раствора; для многих органич. веществ повышение t°Kun. является опасным, т. к. может повлечь их разложение. Поэтому при В. растворов органическ. веществ разность давлений в корпусах создается понижением давления в последнем корпусе при помощи воздушного насоса. В этом случае вторичный пар из последнего корпуса проводят в конденсатор (обыкновенно барометрический), а этот последний соединяют с воздушным насосом. При абсолютном давлении в конденсаторе в 150-1вО мм рт.ст. оказывается достаточным держать давление в первом корпусе равным 1 atm или несколько выше, что соответствует t°Kun. раствора около 100° и для большинства органическ. веществ является безопасным. В том случае, если для В. нехватает отработанного (мятого) пара из паровых двигателей, в нагревательную камеру первого корпуса проводят, кроме мятого пара, свежий пар из парового котла, при чем его редуцируют при помопщ редукционного вентиля до давления, одинакового с давлением мятого пара. Если же, кроме пара для машин, имеется свежий пар невысокого давления (3-4 atm), а двигатели могут работать с противодавлением до 3-4 aim, то свежий пар из котлов низкого давления смешивают с мят,1м паром в нагревательной камере первого корпуса непосредственно. В том случае, когда отработанного пара из машин не имеется, обогревание первого корпуса ведется исключительно при помощи Свежего пара из паровых котлов. Наконец, не исключена возможность нагревания первого корпуса при помощи самостоятельной топки. При недостаточном количестве мятого пара чаще всего в последнее время можно встретить следующую комбинированную систему обогревания выпарного аппарата свежим и мятым паром. Перед первым корпусом устанавливают добавочный корпус, т. н. ноль-корпус, обогреваемый

исключительно свежим паром. Раствор поступает на В., проходя через ноль-корпус. Давление вторичного пара в ноль-корпусе поддерживается равным давлению мятого пара, так что этот последний м. б. смешан со вторичным паром ноль-корпуса и по общей с ним трубе введен в нагревательную камеру первого корпуса. При такой комбинированной системе обогревания свежим и мятым

Фиг. 2.

паром ноль-корпус заменяет собой редукционный вентиль, но представляет по сравнению с последним то удобство, что, понижая давление свежего пара, попутно нагревает и отчасти упаривает раствор, т. е. усиливает действие выпарного аппарата.

Применение многокорпусного аппарата может преследовать двоякую цель: или сгущение жидкого раствора, или получение чистой дистиллированной воды (напр. опреснение морской воды), или ту и другую цель одновременно. Так, напр., в тех случаях, когда главной целью является В. раствора, большим подспорьем парового хозяйства фабрики является применение конденсационных вод для питания паровых котлов, конечно, только в том случае, если воды эти не содержат вредных газов, выделяющихся из раствора. Помимо этого, в нек-рых случаях, например на сахарных з-дах, выпарному аппарату ставят еще и третью задачу: производство экстра-пара, потребляемого на стороне для целей обогревания различных аппаратов, не имеющих непосредственного отношения к В. В этом последнем смысле многокорпусный выпарной аппарат можно рассматривать как комбинированный паровой котел, дающий пар разного давления как выше, так и ниже атмосферного. Для отбирания экстра-пара от труб, проводящих вторичный пар, делают ответвления по которым часть вторичного пара из того или иного корпуса отводится в нагревательный аппарат, из к-рого конденсационная вода стекает в конденсационный горшок, соединенный паровой трубкой с трубкой вторичного пара из следующего корпуса, как показано схематически на фиг. 2. Как паровой котел, многокорпусный выпарной аппарат представляет большое разнообразие и дает возможность всегда выбрать пар, наиболее подходящий для поставленной цели. Наиболее выгодной представляется, однако, утилизация экстра-пара из последних корпусов. Пар из этих корпусов, многократно использованный для выпаривания.

является более дешевым, чем пар из первых корпусов. Как источник пара выпарной аппарат ограничен требованиями, предъявляемыми к стушенному раствору. В. раствора никогда не доводится до пределов, очень близких к его насыщению, т. к. в противном случае делается возможной кристаллизация pacTBopepiHoro вещества внутри аппарата. Поэтому количество выпариваемой воды ограничивается заданными начальной и конечной концентрациями раствора. Оно определяется по формуле:

где W-количество выпариваемой воды на 1 кг первоначального раствора, 5о-начальная, а Б-конечная концентрация раствора, выраженные в каких-либо одинаковых единицах. В наших дальнейших расчетах концентрация везде выражается в % по весу раствора. По этой ф-ле, напр., для превращения 14%-ного раствора в 70 %-ный количество выпариваемой воды определяется в Т=1-=

=0,8 кг на 1 кг начального раствора. Разумеется, не все это количество вьшариваемой воды м. б. потреблено на стороне в виде экстра-пара, т. к. часть его пойдет на обогревание следующего корпуса самого выпарного аппарата и на компенсацию тепловых потерь. В том случае, когда для обогревания аппарата примешивается пар со стороны (напр. мятый пар), отбор экстра-пара м. б. соответственным образом увеличен без изменения концентрации сгущенного раствора. Это ясно видно из сопоставления равенств, выражающих материальный баланс выпарного аппарата. Если обозначим в кг: через D расход свежего пара на ноль-корпус, считая на 1 кг жидкого раствора, через R количество добавляемого в первый корпус мятого пара, через w количество конденсационной воды из всех корпусов, обогреваемых вторичным паром, через S количество сгущенного раствора и через Е количество экстра-пара, отбираемого на сторону, включая сюда и весь вторичный пар из последнего корпуса, то, составляя материальный баланс выпарки, в случае обогревания без мятого пара, получим равенство:

B + l = D + tv + E+S.

пар раств. конденсат

экстра- сгущ. пар раств.

Левая часть равенства выражает поступление в аппарат, правая-получение из аппарата, откуда Е = 1-S-W, а т. к. 1-5-не что иное как количество выпарной воды W, то

EW-w. (2)

В этом равенстве го представляет собой количество вторичного пара, израсходованного самой выпаркой. Для сравнения мы должны это количество в дальнейших выводах считать неизменным. При комбинированной системе нагревания материальный баланс выпарки сложится из следующих величин. Поступает на выпарку: 1 кг жидкого раствора, D кг свежего пара, R кг мятого пара, всего (l+B+R)кг; получается из выпарки: S кг сгущенного раствора, В кг конд. воды из ноль-корпуса, w кг конденсацион-

ной воды из остальных корпусов, Е кг экстра-пара, всего (S В + W -\- Е) кг. Так как

\ + B + R = S + B + iv + E,

то или

Е = W -tv + R (3)

Сопоставляя уравнения (2) и (3), находим, что при комбинированной системе обогревания выпарной аппарат дает большее количество экстра-пара на величину, равную добавленному количеству мятого пара.

Идея многократного использования теплоты греющего пара, или, что то же, теплотворной способности топлива, на практике оказалась чрезвычайно плодотворной. После введения в технику многокорпусных выпарных аппаратов оказалось возможным умень-пшть расход топлива на В. в несколько раз. Ярким примером в этом отношении являются свеклосахарные з-ды, в к-рых до введения описанных аппаратов расходовалось каменного угля до 40% по весу переработанной свеклы, после же введения новейших выпарных аппаратов расход этот постепенно понизился до 7-8%. С известньпйи ограничениями можно сказать, что производительность выпарных аппаратов, т. е. количество выпариваемой воды на весовую единицу топлива (или греющего пара), растет с увеличением числа корпусов, но т. к. вместе с этим растут и потери t°, зависящие от нескольких причин, то полезная разность t°, представляющая собой основное условие передачи тепла, уменьшается. Потери разности ° при выпаривании растворов обусловливаются следующими причинами. 1) Вследствие понижения упругости паров растворителя, при растворении в нем твердого тела, t°Kun. раствора всегда выше t° паров растворителя. Пользуясь вторичньпл паром для нагревания, мы, поэтому, теряем некоторую разность Г, равную повышению точки кипения раствора по сравнению с чистым растворителем. Это повышение точки кипения увеличивается с возрастанием концентрации раствора. Поэтому потеря разности t° вследствие понижения упругости пара (потеря от депрессии) должна увеличиваться по направлению от первого корпуса к последнему. Так, например, t°Kun. 15%-ного сахарного раствора выше 1°кип. чистой воды при том же давлении на 0,2°,каковая величина и представляет собой потерю разности t° при использовании вторичного пара 15%-ного сахарного раствора, между тем как для 60%-ного сахарного раствора эта потеря составляет уже 3°. %) Температура вторичного пара понижается вследствие падения давления при переходе его по паропроводу из одного корпуса в другой. Величина потери давления, при прочих равных условиях, пропорциональна уд. объему пара. Так как уд. объем вторичного пара увеличивается по направлению от первого корпуса к последнему, то, при одних и тех же условиях (паропровод одинакового сечения, одинаковое количество проходящего пара), абсолютная потеря давления д. б. в последних корпусах больше, чем в первых. 3) Т. к. высота слоя кипящего раствора в выпарных