Transcript null

Dagens föreläsning
Tema 3
Indunstning
Kap 1-2
Allmänt indunstning
Repetition enkeleffektsindunstare
Kokpunktsförhöjning
Avluftning
Generella balanser för flerstegsindunstare
Vad är indunstning ?
Indunstning innebär att ett lösningsmedel (vanligen vatten) förångas från en
lösning så att koncentrationen av ett icke flyktigt ämne ökar i lösningen.
Indunstning kräver tillförsel av energi, sker mha kondenserande ånga
I princip en värmeväxlare följt av en enhet för separation av koncentrerad
lösning och bildad ånga
Tillämpningar
- svartlut och avloppslösningar på massabruk
- sockerlösningar på sockerbruk
- mjölk och vassle inom mejeriindustrin
- natriumhydroxid, kalciumklorid och TMP inom den kemiska industrin
- fruktjuicer, kaffe- och teextrakt inom livsmedelsindustrin
- antibiotika, vitaminer och insulin inom läkemedelsindustrin
Tillverkning av strösocker
Energianvändning per år i Sverige
Svartlut
Socker
Mejeri
Oorganiska + organiska produkter
7.2 TWh
0.5
0.2
1.0
Totalt
8.9 TWh
Jämför
Destillation
Torkning
6
33
Några jämförelsetal
Kapacitet
mängd avdunstat lösningsmedel
kg/s
Värmebelastning
överförd effekt per ytenhet
W/m2
Värmeekonomi
primärenergi per kg avdunstat lösningsmedel
kJ/kg
Specifik ångförbrukning
kg primärånga per kg avdunstat lösningsmedel
kg/kg, -
Avdunstningsfaktor
inverterade värdet av specifik ångförbrukning
kg/kg, -
Balanser för ett steg
Primärånga
Entalpi
Mättnadstemp.
Yta
Skenbart värmegenomgångstal
Effekt
S
HS
TS
kg/s
J/kg
°C
A
ktot
m2
W/m2°C
Q
W
Sekundärånga
Koncentration
Entalpi
Temperatur
V
y
HV
TV
kg/s
J/kg
°C
Koncentrat
Koncentration
Entalpi
Temperatur
L
x
hL
TL
kg/s
J/kg
°C
Kondensat
Entalpi
Temperatur
Tillflöde
Koncentration
Entalpi
Temperatur
F
xF
hF
TF
FxF
L
V
Lx
kg/s
J/kg
°C
kg/s
J/kg
°C
Massbalanser
F
K
hK
TK
Energibalans
FhF
SHS
LhL
VHV
KhK
Skenbar temperaturskillnad
T
TS - TL
Ångans mättnadstemperatur – temperaturen i separatorn
= skenbar temperaturskillnad
Q
ktot A TS - TL
ktot = skenbart värmegenomgångstal
Princip flera steg
Flera steg
V1
V2
T1
V3
T2
T3
S
L1
L2
L3
2
1
3
K1
K2
K3
F
S
Q1
Q
V1
Q2
Q1
V2
Q3
Q2
V3
VN
QN
Q3
...
QN
Kokpunktsförhöjning, exempel 2.1
TH20 (60 kPa) = 86.0 C
T20 % NaOH (60 kPa) = 94 C
Kokpunktsförhöjningen = 8 ºC
HV (60 kPa, 94 C) = HV (60 kPa, 86 C) + Cpv T = 2653.1 + 1.87·8 = 2668.1 kJ/kg + 0.6 %
Kokpunktsförhöjning för 20 % NaOH
= 94-86 = 8 ºC
Skenbar temperaturskillnad
V1
V2
V3
T3 -
T1
T2
3
-T
T3
S
T1 -
TS
1
-T
T2 -
p1
2
-T
p2
2
1
3
Mättnadstemp.
Skenbar temp. skillnad
steg 1
TS
TS - T1
steg 2
T1 -
1
-T
steg 3
T2 -
2
- T
p1
p2
T1 -
1
- T
p1
- T2
T2 -
2
- T
p2
- T3
p3
Total skenbar temperaturskillnad
T
T3
TS
TV 3
T3
1
3
T p3
T
TS
TV 3
T
TS
TVN
T p1 - T p 2
2
1
2
3
N
i 1
i
T pi
T p1 - T p 2 - T p3
Exempel 2.2
Färskångans mättnadstemp.
Skenbar temp. skillnad steg 1
Skenbar temp. skillnad steg 2
Skenbar temp. skillnad steg 3
T p, 2 °C mellan varje steg
Kokpunktsförhöjning steg 1
Kokpunktsförhöjning steg 2
Kokpunktsförhöjning steg 3
130 °C
10 °C
12 °C
17 °C
2 °C
6 °C
12 °C
120
104
120
104
130
1
79
79
96
116
120
2
130
65
104
3
116
79
96
Kondensatexpansion
Kondensatet innehåller energi som kan användas för att förånga
mera lösningsmedel !!
V1
T1
V2
T2
V3
T3
S
L1
L2
2
1
K1
L3
3
Vflash 3
K2
K3
F
Pannhus
K3
K2
V2
Förvärmning av lösning
Lösningen skall förvärmas till några grader under stegets
kokpunkt innan den tillföres steget !!
V1
T1
V2
T2
V3
T3
S
L1
L2
2
1
K1
L3
3
Vflash 3
K2
K3
VVX 1
VVX 2
VVX 3
F
Varför skall vi avlufta ??
Inerta gaser reducerar värmeöverföringstalen !!
utan inerta gaser
med inerta gaser
120 ºC
120 ºC
116 ºC
Inverkan av dålig avluftning
VN-1
yN-1
N
yN
Vavl
yN
KN
yN
VN 1
y N -1
Vavl
Exempel på reduktion av värmegenomgångstal
Relativt värmegenomgångstal
Molbråk inerta gaser i ångan
Hur skall vi avlufta på indunstaren ?
Avluftning från varje steg
Kondensor
vakuumpump
V1
T1
V2
T2
V3
Vavl
T3
S
L1
L2
2
1
K1
L3
3
Vflash 3
K2
K3
VVX 1
VVX 2
VVX 3
F
Kondensering av ånga från sista steget
Varmvatten
Vavl
V3
Vakuumpump
T3
L3
3
Vflash 3
Kallvatten
K3
VVX 3
Barometriskt
fallrör
Generell balans
Vavtapp
Lin
Vavl j
Lj
Vj
Vavtapp
Vj
Lin xin
Tj
Vj-1
Ljxj
(y 0)
Lj
j
K j -1
Vflash j
Lin hL ,in
Lin
Kj
Kj-1
VVX
LVVX in
LVVX ut
L j hL , j
V j - 1 H V, j - 1
V j H V, j
V j -1
K j - 1hK, j - 1
Vavl, j H V, j - 1
Kj
Vavl j
LVVX ,in hVVX ,in
VavtappH V, j
K j hK, j
LVVX ,ut hVVX ,ut
Dagens aha …
Håll koll på temperaturer och tryck på ångrespektive vätskesidan
Ta vara på energin i olika strömmar som utgående
lösning och kondensat
Dela in indunstaren i beräkningsceller så att det blir
enkelt att göra mass- och energibalanser