Dagens föreläsning. Tema 3 Indunstning

Transkript

1 Dagens föreläsning ema 3 Indunstning Kap 1-2 Allmänt indunstning Repetition enkeleffektsindunstare Kokpunktsförhöjning Avluftning Generella balanser för flerstegsindunstare

2 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

3 illämpningar - svartlut och avloppslösningar på massabruk - sockerlösningar på sockerbruk - mjölk och vassle inom mejeriindustrin - natriumhydroxid, kalciumklorid och MP inom den kemiska industrin - fruktjuicer, kaffe- och teextrakt inom livsmedelsindustrin - antibiotika, vitaminer och insulin inom läkemedelsindustrin

4 illverkning av strösocker

5 Energianvändning per år i Sverige Svartlut 7.2 Wh Socker 0.5 Mejeri 0.2 Oorganiska + organiska produkter 1.0 otalt 8.9 Wh Jämför Destillation 6 orkning 33

6 Några jämförelsetal Kapacitet mängd avdunstat lösningsmedel kg/s Värmebelastning överförd effekt per ytenhet W/m 2 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, -

7 Balanser för ett steg Sekundärånga V kg/s Koncentration y - Entalpi H V J/kg emperatur V C Primärånga S kg/s Entalpi H S J/kg Mättnadstemp. S C Koncentrat L kg/s Koncentration x - Entalpi h L J/kg emperatur L C Yta A m 2 Skenbart värmege- k tot W/m 2 C nomgångstal Effekt Q W Kondensat K kg/s Entalpi h K J/kg emperatur K C illflöde F kg/s Koncentration x F - Entalpi h F J/kg emperatur F C Massbalanser Energibalans F L V Fh F SH S Lh L VH V Kh K Fx F Lx

8 Skenbar temperaturskillnad S - L Ångans mättnadstemperatur temperaturen i separatorn = skenbar temperaturskillnad Q k tot A S - L k tot = skenbart värmegenomgångstal

9 Princip flera steg

10 Flera steg V 1 V 2 V S L 1 L 2 L K 1 K 2 K 3 F S V1 V2 V3 V N Q1 Q2 Q3 Q N Q Q1 Q2 Q3... Q N

11 Kokpunktsförhöjning, exempel 2.1 H20 (60 kpa) = 86.0 C 20 % NaOH (60 kpa) = 94 C Kokpunktsförhöjningen = 8 ºC H V (60 kpa, 94 C) = H V (60 kpa, 86 C) + C pv = = kj/kg %

12 Kokpunktsförhöjning för 20 % NaOH = = 8 ºC

13 Skenbar temperaturskillnad V 1 V 2 V p S S p p Mättnadstemp. Skenbar temp. skillnad steg 1 S S - 1 steg p p1-2 steg p p2-3

14 otal skenbar temperaturskillnad S p1 - p2 3 V 3 3 p3 S V p1 - p2 - p3 i N 1 S VN i pi

15 Exempel 2.2 Färskångans mättnadstemp. 130 C Skenbar temp. skillnad steg 1 10 C Skenbar temp. skillnad steg 2 12 C Skenbar temp. skillnad steg 3 17 C p, 2 C mellan varje steg Kokpunktsförhöjning steg 1 2 C Kokpunktsförhöjning steg 2 6 C Kokpunktsförhöjning steg 3 12 C

16 Kondensatexpansion Kondensatet innehåller energi som kan användas för att förånga mera lösningsmedel!! V 1 V 2 V 3 S L 1 L 2 L V flash 3 K 1 K 2 K 3 F Pannhus K3 K2 V2

17 Förvärmning av lösning Lösningen skall förvärmas till några grader under stegets kokpunkt innan den tillföres steget!! V 1 V 2 V 3 S L 1 L 2 L V flash 3 K 1 K 2 K 3 VVX 1 VVX 2 VVX 3 F

18 Varför skall vi avlufta?? Inerta gaser reducerar värmeöverföringstalen!! utan inerta gaser med inerta gaser 120 ºC 120 ºC 116 ºC

19 Inverkan av dålig avluftning V N-1 y N-1 N y N V avl y N K N VN 1 yn yn -1 V avl

20 Exempel på reduktion av värmegenomgångstal Relativt värmegenomgångstal Molbråk inerta gaser i ångan

21 Hur skall vi avlufta på indunstaren? Avluftning från varje steg Kondensor vakuumpump V 1 V 2 V 3 V avl S L 1 L 2 L V flash 3 K 1 K 2 K 3 VVX 1 VVX 2 VVX 3 F

22 Kondensering av ånga från sista steget V avl Varmvatten V 3 Vakuumpump 3 L 3 3 V flash 3 Kallvatten K 3 Barometriskt fallrör VVX 3

23 Generell balans V avtapp V avl j L in L j V j V avtapp j V j L in x in L j x j (y 0) V j-1 L j j V flash j K j-1 V j-1 K j V avl j LinhL,in V j-1hv, j-1 K j-1hk, j-1 LVVX,inhVVX,in L in K j L jhl, j V j HV, j Vavl, j HV, j-1 VavtappHV, j K jhk, j LVVX,uthVVX,ut K j-1 VVX L VVX in L VVX ut

24 Dagens aha Håll koll på temperaturer och tryck på ångrespektive vätskesidan a 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