Описание установки

На рисунке 2.27 приведена схема лабораторной установки. Первый корпус К1 работает на электрическом обогреве. Внутри медной трубы, установленной по центру стеклянной трубы, вмонтирована электрическая спираль, к выводам которой от автотрансформатора через ваттметр подведено питание. Между внутренней стенкой стеклянной трубы и наружной поверхностью медной трубы образуется кольцевой зазор, куда поступает жидкость из питательного бака ЕЗ.

Пароотделитель П4 центробежного типа состоит из стеклянного корпуса, внутри которого вмонтирован паропровод, соединенный с кипятильником. В этом трубопроводе установлен патрубок, пробка и отражатель. Патрубок установлен касательно к корпусу, что обеспечивает вращательное движение парожидкостной смеси. При вращении раствор отбрасывается к стенке корпуса и стекает по циркуляционной трубе Ц5 обратно в кипятильник, а вторичный пар проходит через отверстия отражателя и уходит через трубу во второй корпус К2 установки.

Вторичный пар, поступающий из первого корпуса подается внутрь кипятильной трубки, установленной по центру стеклянной трубы, где конденсируется и собирается в мернике Мб. Во второй корпус жидкость также поступает из мерника ЕЗ. Второй корпус имеет пароотделитель П7 и циркуляционную трубу Ц8, которые работают так же как в первом корпусе.

Вторичный пар из второго пароотделителя П7 по трубе уходит в конденсатор К9. Пар сначала омывает наружную трубу кольцевого конденсатора, затем внутреннюю. Освободившийся от конденсата воздух уходит через патрубок в промежуточную емкость ЕЮ и далее откачивается водоструйным насо- сом Н11. Конденсат стекает в стеклянный корпус, который одновременно является мерником М12. При открытии крана конденсат из мерника Ml2 поступает в промежуточную емкость Е10, откуда через водоструйный насос Н11 удаляется из установки.

Мощность, потребляемая электронагревателем первого корпуса, измеряется ваттметром В12 и регулируется при помощи автотрансформатора (ЛАТР) Тр13.

Принцип работы многокорпусных выпарных установок состоит в том, что вторичный пар, полученный в первом аппарате (корпусе), поступает на обогрев второго корпуса, в котором давление в зоне кипения должно быть ниже давления вторичного пара в первом корпусе. Таким обра­зом, выпаривание во втором корпусе происходит за счет использования теплоты вторичного пара из первого корпуса.

Первый корпус лабораторной установки работает на электрическом обогреве. В этом случае количество тепла, выделяемое электрическим нагревателем , определяется по формуле, Дж

, (2.14)

где – сила тока, А; – напряжение, В; – мощность электронагревателя, Вт; – продолжительность опыта, с.

Количество вторичного пара, полученного в первом корпусе, можно определить из уравнения теплового баланса

, (2.15)

где – масса раствора, кг; – удельная теплоемкость, Дж/(кг°С); – температура кипения раствора, °С; – начальная температура раствора, °С; – масса вторичного пара, полученная в первом корпусе за время t,кг; – удельная теплота парообразования вторичного пара, Дж/кг; – потери тепла в окружающую среду, Дж.

Если жидкость нагрета до температуры кипения, и, если не учитывать потери теплоты в окружающую среду (вся теплота пошла на выпаривание), то уравнение теплового баланса примет вид

. (2.16)

При стационарном тепловом состоянии системы вся теплота, выделившаяся в электронагревателе, передается кипящей жидкости. В этом случае уравнение теплоотдачи

, (2.17)

где a – коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей жидкости, ; – температура стенки, °С; – площадь теплоотдачи, м².

Температура стенки первого корпуса определяется с помощью двух термопар, закрепленных на наружной поверхности электронагревателя. По результатам измерений температуры поверхности в двух точках определяется температура стенки, как среднее этих двух замеров

. (2.18)

Второй корпус лабораторной установки обогревается вторичным паром, полученным в первом корпусе. В этом случае тепло, выделившееся при конденсации этого пара (без учета нагрева раствора до температуры кипения и потерь тепла) пойдет на парообразование. Уравнение теплового баланса

, (2.19)

где – теплосодержание пара, Дж/кг; – удельная теплоемкость конденсата, Дж/(кг°С); – температура конденсата, ° С; – количество вторичного пара, образовавшегося во втором корпусе за время t, кг.

Теплота от конденсирующего пара передается к кипящей системе во втором корпусе за счет теплопередачи

, (2.20)

где – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²×°С); – температура греющего пара (температура вторичного пара, вышедшего из первого корпуса), °С; – поверхность теплопередачи, м².