Dagens föreläsning ema 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
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
illverkning av strösocker
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
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, -
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
Skenbar temperaturskillnad S - L Ångans mättnadstemperatur temperaturen i separatorn = skenbar temperaturskillnad Q k tot A S - L k tot = skenbart värmegenomgångstal
Princip flera steg
Flera steg V 1 V 2 V 3 1 2 3 S L 1 L 2 L 3 1 2 3 K 1 K 2 K 3 F S V1 V2 V3 V N Q1 Q2 Q3 Q N Q Q1 Q2 Q3... Q N
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 = 2653.1 + 1.87 8 = 2668.1 kj/kg + 0.6 %
Kokpunktsförhöjning för 20 % NaOH = 94-86 = 8 ºC
Skenbar temperaturskillnad V 1 V 2 V 3 3-3 - p3 1 2 3 S S 1-1 - p1 2-2 - p2 1 2 3 Mättnadstemp. Skenbar temp. skillnad steg 1 S S - 1 steg 2 1-1 - p1 1-1 - p1-2 steg 3 2-2 - p2 2-2 - p2-3
otal skenbar temperaturskillnad S 3 1 2 p1 - p2 3 V 3 3 p3 S V 3 1 2 3 p1 - p2 - p3 i N 1 S VN i pi
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 120 104 79 130 120 104 79 116 96 65 1 120 2 104 3 79 130 116 96
Kondensatexpansion Kondensatet innehåller energi som kan användas för att förånga mera lösningsmedel!! V 1 V 2 V 3 S 1 2 3 L 1 L 2 L 3 1 2 3 V flash 3 K 1 K 2 K 3 F Pannhus K3 K2 V2
Förvärmning av lösning Lösningen skall förvärmas till några grader under stegets kokpunkt innan den tillföres steget!! V 1 V 2 V 3 S 1 2 3 L 1 L 2 L 3 1 2 3 V flash 3 K 1 K 2 K 3 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 V N-1 y N-1 N y N V avl y N K N VN 1 yn yn -1 V avl
Exempel på reduktion av värmegenomgångstal Relativt värmegenomgångstal Molbråk inerta gaser i ångan
Hur skall vi avlufta på indunstaren? Avluftning från varje steg Kondensor vakuumpump V 1 V 2 V 3 V avl 1 2 3 S L 1 L 2 L 3 1 2 3 V flash 3 K 1 K 2 K 3 VVX 1 VVX 2 VVX 3 F
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
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
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